CN106338773B - 用于检验导电体的存在的设备和包含所述设备的充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于检验导电体的存在的设备和包含所述设备的充电装置。用于检验在用于感应充电的装置的充电线圈的近场中导电体的存在的设备具有至少一个用于以磁场形式提供发送信号的发送装置。设备具有至少一个用于从由发送装置提供的并且感应到接收装置中的发送信号中产生接收信号的接收装置，发送装置和接收装置被构造，使得由于所感应的发送信号在接收装置中在存在导电体的情况下构造第一接收信号并且在不存在导电体的情况下构造与第一接收信号不同的第二接收信号，发送装置和接收装置根据充电线圈的磁功率场被构造，使得由于所感应的发送信号在接收装置中在不存在导电体的情况下构造部分接收信号，部分接收信号在接收信号中基本上抵消。

Description

用于检验导电体的存在的设备和包含所述设备的充电装置
技术领域
本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的用于检验导电体的存在的设备，其具有用于以磁场的形式提供发送信号的至少一个发送设备。此外，本发明涉及按照权利要求12的前序部分所述的具有这样的设备的用于对电动车辆以感应方式充电的充电装置。
背景技术
在用于电动车辆的感应式充电装置情况下，通常初级线圈和次级线圈被使用用于传输电能。在对电动车辆的电池充电时必须防止导电体可能到达初级线圈和次级线圈之间的大的空隙中。由于在空隙中充电场的作用，导电体可能被加热。在最坏的情况下，例如在金属涂层的塑料情况下或者在金属涂层的纸的情况下可能发生物体（Körper）的自燃。
为了能够检验在初级线圈和次级线圈之间的间隙中导电体的存在，例如金属探测器被使用。金属探测器基于不同的、大多感应式测量原理。但是因为必须防止车辆的大的金属质量干扰测量方法，所以使用所述金属探测器特别用于空隙监控要求特别适配的行动。此外，在测量之前对探测器的校准（如在常用的金属探测器情况下常见的那样）不能容易被实施。
发明内容
本发明的任务是阐明可以如何尤其在用于电动车辆的充电装置情况下更简单地和更可靠地识别导电体的解决方案。
所述任务通过具有专利权利要求1的特征的设备、尤其也通过按照权利要求12所述的充电装置解决。本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
用于检验在用于感应充电的装置的充电线圈的近场中导电体的存在的按照本发明的设备，其具有至少一个用于以磁场形式提供发送信号的发送装置，其中所述设备具有至少一个用于从由发送装置提供的并且感应到接收装置中的发送信号中产生接收信号的接收装置，并且发送装置和接收装置这样地被构造，使得由于所感应的发送信号在接收装置中在存在导电体的情况下构造第一接收信号，并且在不存在导电体的情况下构造与第一接收信号不同的第二接收信号，其中发送装置和接收装置这样地根据充电线圈的磁功率场（Leistungsfeld）被构造，使得由于感应的发送信号在接收装置中在不存在导电体的情况下构造部分接收信号，所述部分接收信号在接收信号中基本上抵消。
利用该设备可以检验在设备的预先确定的周围环境区域中导电体的存在。该设备也可以被构造用于，探测至少部分地由导电材料构成的物体。该设备尤其可以被使用用于检验导电体是否位于用于电动车辆的充电装置的初级线圈和次级线圈之间的间隙中。该设备包括发送装置，利用所述发送装置可以以磁场形式发出发送信号。
此外，该设备包括可以接收发送信号或者发送信号的部分的接收装置。接收信号尤其可能被导电体影响。对磁场的这种影响或者改变可以由接收装置检测。因此，可以根据第一和/或第二信号推断出在接收装置的周围环境区域中导电体的存在。
发送装置和接收装置当前根据充电线圈的磁功率场这样地构造，使得如果导电体不位于设备的周围环境区域中，那么没有接收信号利用接收装置被探测。
所述解决方案的主要的优点是：在避免充电线圈和用于探测的装置（发送/接收装置）之间感应式耦合的情况下在以感应方式充电时提供外来体的探测。
发送装置和接收装置可以分别被改进为线圈。因此可以提供使用两个或更多个磁退耦线圈的设备。在无干扰体的情况下，线圈这样地彼此布置，使得刚好没有接收信号可以被测量。如果在接收装置的接收范围中引入导电体或者金属干扰体，那么部分接收信号可以这样地构造，使得所述部分接收信号在接收信号中不抵消，或者接收信号超过阈值。以这种方式可以以简单和可靠的方式探测导电干扰体。
在一种扩展方案中，发送装置和接收装置分别具有至少一次绞合（in sichgedreht）的导体环的形状。具有两个发送线圈或者具有两个接收线圈的发送装置或者接收装置可以通过以下方式被提供，即导体环被绞合一次。具有多个发送线圈或者接收线圈的发送装置或者接收装置可以通过以下方式被提供，即导体环多次、也即在不同的位置处被绞合。因此，发送装置或者接收装置可以以简单的和成本低的方式被提供。
在另一优选的扩展方案中，在接收信号中信号抵消这样地进行，使得发送装置的几何形状实施和/或接收装置的几何形状实施根据充电线圈的磁功率场的对称特性来确定。
通过在几何形状上与磁功率场的对称特性适配，可以不仅保证设备的发送线圈和接收线圈之间的互相退耦，而且保证设备和充电装置的初级线圈之间的退耦。
如果按照本发明的设备这样地被改进，使得在存在磁功率场的z分量关于安放在发送装置和接收装置的xy平面中的充电线圈的y轴和x轴的交叉点的点对称时，
a）发送装置的导体环在几何形状上被布置为使得所述导体环这样地位于磁功率场的y轴上，使得由绞合的导体包围的、尤其成形为“眼睛”的开口落到y轴上，
b）接收装置的导体环在几何形状上被布置为使得所述导体环这样地位于磁功率场的x轴上，使得由绞合的导体构成的交叉点落到x轴上，
那么所述优点特别起作用。
优选地，这可以以有利的方式这样地被使用或者通过以下方式改进，即充电线圈根据所谓的双D线圈系统被构造，其中线圈对、尤其双D线圈系统的初级线圈与y轴轴对称地布置在xy平面中。
在此，如果设备可替代地被设计为使得在存在磁功率场的z分量关于安放在发送装置和接收装置的xy平面中的充电线圈的x轴和/或y轴的轴对称时，
a）发送装置的导体环在几何形状上被布置为使得所述导体环这样地位于磁功率场的y轴上，使得由绞合的导体构成的交叉点落到y轴上，
b）接收装置的导体环在几何形状上被布置为使得所述导体环这样地位于磁功率场的x轴上，使得由绞合的导体构成的交叉点落到x轴上，
根据对称性的几何形状适配的优点也起作用。
优选地，所述替代方案可以以有利的方式这样地被使用或者通过以下方式改进，即充电线圈按照所谓的圆形线圈系统构造，其中尤其圆形线圈系统的初级线圈的中点位于xy平面的x轴和y轴的交点上。
接收装置可以这样地被构造，使得由于由发送装置所产生的磁场，在接收装置中产生部分接收信号。在此，接收装置优选地这样地被构造，使得所述接收信号互相抵消。
在另一实施方式中，发送装置具有预先确定数量的发送线圈，所述发送线圈在发送装置的主延伸方向上并排布置。发送装置也可以通过并排布置的导体环提供。
在此情况下也可设想的是，接收装置的接收线圈和发送装置的发送线圈结构相同地被构造。发送装置也可以具有偶数数量的发送线圈。因此，可以提供用于检验金属外来体的存在的成本低的设备。
接收装置可以具有多个接收线圈，所述接收线圈例如通过相应的导体环构造。电导体可以这样地彼此布置在相应的接收线圈之间，使得所述电导体交叉。当前，接收线圈可以如此相对于发送线圈布置，使得接收线圈的交叉点相对于发送线圈在中心地布置。因此可以实现：发送装置的电场均匀地被传输给两个接收线圈。
优选地，接收线圈在接收装置的主延伸方向上并排布置。此外，各个接收线圈例如可以通过相应的导体环改进。因此，可以提供可以被简单地和成本低地制造的接收装置。
优选地，该设备包括多个发送装置和多个接收装置，所述发送装置和接收装置如此彼此布置，使得发送装置的主延伸方向与接收装置的主延伸方向垂直。因此，可以提供发送线圈和接收线圈的阵列。因此，通过相应地读取接收线圈可以近似地检测导电体关于各个接收线圈的位置和形状。
优选地，该设备具有控制装置，利用所述控制装置可顺序地操控用于相应提供发送信号的发送装置。以这种方式，可以按顺序激活各个发送装置。因此通过读取所有的接收装置，可以近似地测定金属干扰体的位置和形状。
用于对电动车辆充电的按照本发明的充电装置包括按照本发明的设备。该设备尤其布置在初级线圈和车辆侧的次级线圈之间的间隙中。利用该设备可以可靠地检测：金属外来体是否位于初级线圈和次级线圈之间的空隙中。
附图说明
现在根据在图中示出的实施例进一步阐述本发明。在此：
图1以阵列形式示出用于检验导电体的存在的设备的示意图，所述阵列具有八个发送装置和八个接收装置，并且由借助于双D线圈装置构造的充电装置来运行；
图2以阵列形式示出用于检验导电体的存在的设备的示意图，所述阵列具有八个发送装置和八个接收装置，并且由借助于双D线圈装置构造的充电装置来运行。
具体实施方式
以下进一步描绘的实施例是本发明的优选的实施方式。
图1以多个发送装置12的第一阵列SE和多个接收装置（接收支路）18的第二阵列EE的示意图示出用于检验导电体的存在的设备10，所述阵列在当前的实施例中分别具有八个发送装置12和八个接收装置18。这样的阵列EE、SE作为另一优点提供明显更大数量的相互退耦的线圈，所述线圈允许附加地推导针对位于感应区域中的物体或者干扰对象的尺寸信息，并且此后执行适配的控制。在此，相应的接收装置18和发送装置12彼此类似地被构造。
在此，发送装置12和接收装置18如此彼此布置，使得多个发送接收对被构成。在此，每个发送接收对总是由环状的天线（诸如所谓的“环形（Loop）”天线和/或蝴蝶状的天线（所谓的“蝴蝶”天线））组成，所述天线在几何形状上如此相叠地放置，使得所述天线磁退耦。
在当前的实施例中，相应的发送装置12和接收装置18可以通过相应的光刻法被施加到未示出的载体元件上。在这样的扩展方案中可能的是：印制导线可以位于载体元件的上侧上和下侧上。在此，载体元件尤其可以是电路板。
发送装置12如此相对于接收装置18布置，使得发送装置12的相应的主延伸方向hS与接收装置18的相应的主延伸方向hE垂直地布置。因此，涉及垂直的和水平的微长（länglich）的线圈，所述线圈在这里示出的8×8装置的示例中分别多次绞合，使得形成交叉点KP。
当前的实施例作为用于关于磁功率场的z分量Bz点对称的充电线圈装置的可能的实施方式将双D线圈系统作为充电线圈装置示出。
在此，z分量的相反的方向可被识别，所述方向通过放置在y轴y的左边和右边的用实线示出的初级线圈的中心中的叉号（Kreuz）或者点表明。
按照本发明的实施方式在所述对称形状的情况下起了作用，其中接收支路（装置）18的通过扭绞形成的交叉点KP中的各一个对于每个接收支路18位于x轴x上并且同时起了作用，通常在两个交叉点KP之间由扭绞的导体划定界限的、也被称作眼睛的开口AUGE中的各一个对于每个发送支路（装置）12位于y轴x上（在该附图中示例性地仅用点化圆圈标出眼睛AUGE之一）。
通过按照本发明与对称特性适配的所述叠加，单独通过几何形状给出：每个水平的接收装置18在所有八个垂直的发送装置12处退耦以及每个垂直的发送线圈12也与所有八个水平的接收装置18退耦。但是首先防止或者至少减少阵列EE、SE的感应式耦合，当所述阵列EE、SE按规定位于充电装置的充电线圈系统的一个或多个初级线圈的附近（在近区中）时，所述感应式耦合形成。使用按照本发明的设备10的按照本发明的充电装置那么因此也与设备退耦。
此外，在所示的示例情况下可以设置控制装置，利用所述控制装置可以相应地操控各个发送装置12。尤其发送装置可以被加载发送电流I。此外，测量装置可以被设置，所述测量装置被构造用于，接收各个接收装置18的接收信号并且必要时相应地分析所述接收信号。
如果现在顺序地对发送装置12中的每一个加载发送电流Is，并且分别读取接收装置18的十一个所感应的接收信号UE，那么在该示例中获得121个不同的测量信号。所述装置的另一优点在于，发送和接收电子设备的漂移可以分别对整个行结果和列结果产生影响，并且因此可以在自动校准中被排除。在分别构成发送装置12和接收装置18的扭绞的导体带结构的端部区域处，强制性地出现不均匀性，所述不均匀性可能导致发送装置12和接收装置18之间的减小的退耦。所述减小的退耦可以通过在该区域中适当地改变印制导线敷设（Leiterbahnführung）或者通过引入分立的器件被避免。
在图1中示出的阵列结构相对于传统的金属探测器能够实现简单的空间分辨率并且由此能够实现尤其在车辆底盘与实际存在的导电体12或者干扰对象之间的区分。通过发送装置12和接收装置18以及阵列EE、SE的相互退耦，可以提供足够的灵敏度和因此提供可使用的测量信号。此外，以行和列布置提供以下可能性：在运行中通过相应的校准来禁止发送和接收电子设备的漂移。
如果使用载体元件或者电路板，那么这显示出以下优点，这些仅须在边缘处被接触。因此可以放弃电路板之内的可能干扰的布线。
图2示出按照图1的设备10，具有以下区别：阵列SE、EE按照本发明根据使用圆形线圈系统作为充电线圈系统的事实而在几何形状上与在图1中不同地被放置。
不同于在图1中示出的双D系统，这里充电场的z分量Bz关于空间（x，y）的两个其它的剩余的轴是轴对称的。
因此按照为此设置的按照本发明的改进方案，不仅在接收支路12的中心中的交叉点KPE必须位于x轴x上，而且发送支路12的中心中的交叉点KPS必须位于y轴y上，以便实现在阵列EE、SE与充电装置的充电线圈之间的可比的退耦效果，如有利地在图1中示出的示例中所阐述的那样。
在图1和图2中示出的解决方案应仅被看作示例，并且本发明和本发明的改进方案不被限制于此。更确切地说，两种变型方案有利地被改进。
代替在图2中、但是也在图1中示出的布置，例如发送装置12和接收装置18的每种其它的数量和布置也是可能的。通过奇数数量的发送装置12和接收装置18得到以下优点：形成双重轴对称布置，所述双重轴对称布置可以相对于用于电动车辆的充电装置的初级线圈和/或次级线圈更好地被布置。
只要保持满足按照本发明的对称条件、也即交叉点和/或眼睛的与对称性有关的放置，那么通过扭绞给定的交叉的数量、发送和接收支路12、18的数量、各个发送支路12或者接收支路18之间的间隔以及精确的几何形状可以任意地被改变。
此外，只要保持给定阵列EE、SE关于充电场的对称性，那么传感器面的外轮廓可以具有任意的轮廓，也即例如以圆的方式被实施。
此外，发送支路12或者接收支路18的数量可以是偶数的。但是也存在使用条件，其中如果设备10可替代地具有奇数数量的发送装置12和奇数数量的接收装置18，或者使用偶数和奇数布置的组合，那么是有利的。
如果例如选择分别奇数数量的发送装置和接收装置，那么可以双重地轴对称地构建具有阵列EE、SE的印制电路板或者电路板。因为如果使金属探测器电路板和充电线圈系统的对称轴重合，那么例如在发送线圈或者接收线圈中的通过强的充电场（典型地在85kHz处）所感应的电压由于对称原因变成零，所以这有利地起作用。
本发明具有以下优点，即本发明使得能够自由地选择发送装置12的数量和接收装置18的数量。
在另一实施方式中，发送线圈12（发送阵列SE的发送支路）和接收装置18（接收阵列EE的接收支路）可以借助于光刻方法被施加到载体元件上。例如发送线圈12和接收线圈18可以由导电材料、尤其金属构成。所述发送线圈和接收线圈可以例如被施加到电路板上。替代于光刻方法，也可以使用相应的印刷方法。
于是，这也可以如此被改进，使得发送线圈12和接收线圈18分别具有布置在载体元件的上侧上的子区域和布置在载体元件的下侧上的子区域。在发送线圈或者接收线圈的布置在载体元件的上侧上的子区域和布置在下侧上的子区域之间可以设置相应的贯通接触部。因此发送线圈12和接收线圈18的节省空间的布置可以在无短路的情况下被提供。
本发明不限制于所述描述，更确切地说，包括所有由权利要求所包括的扩展方案和按照权利要求的改进方案的组合。
特别是，通过这些由权利要求所包括的扩展方案例如由此实现本发明的优点：
1.由充电系统引起的谐波明显减弱地被耦合输入到阵列系统EE、SE中，使得外来体的探测（Foreign Object Detection（异物检测）“FOD”）、也即FOD运行即使在进行的功率传输时被简化或者确实首先变得可能。
2.FOD接收器电子设备通过谐波引起的过载的危险总计地降低，使得可以使实施（Implementierung）的电子设备（例如在按照本发明的充电装置中）更灵敏，这又允许也探测在传感器电路板、也即承载阵列EE、SE的电路板的较大的间隔中的较小的对象。
3. 经由通过“散布（Verschmieren）”位置信息表现的充电线圈在设备10（尤其由阵列EE、SE组成的FOD系统）的发送线圈和接收线圈12、18之间的不期望的耦合强烈地被减少。
4.在FOD系统10的发送线圈和接收线圈12、18之间的耦合与充电系统的状态（例如通过温度提高或者老化引起的充电线圈的几何形状变化）无关。
5.FOD传感器结构（阵列EE、SE）10可以以与初级线圈的小的间隔被安装，这因此意味着较小的结构高度。于是传感器结构可以例如也直接地被集成到充电线圈的反正需要的遮盖物中。

Claims (13)

1.用于检验在用于感应充电的装置的充电线圈的近场中导电体的存在的设备（10），具有至少一个用于以磁场形式提供发送信号（16）的发送装置（12），其特征在于，
-所述设备（10）具有至少一个用于从由发送装置（12）提供的并且感应到接收装置（18）中的发送信号（16）中产生接收信号（UE）的接收装置（18），
-发送装置（12）和接收装置（18）被构造，使得由于所感应的发送信号，在接收装置（18）中在存在导电体的情况下构造第一接收信号，并且在不存在导电体的情况下构造与第一接收信号不同的第二接收信号（UE），
-发送装置（12)和接收装置（18）根据充电线圈的磁功率场被构造，使得由于所感应的发送信号，在接收装置（18）中在不存在导电体的情况下构造部分接收信号，所述部分接收信号在接收信号中基本上抵消。
2.按照权利要求1所述的设备（10），其特征在于，所述发送装置（12）和所述接收装置（18）分别具有至少一次绞合的导体环的形状。
3.按照权利要求1或2所述的设备（10），其特征在于，在接收信号中进行信号的抵消，使得发送装置的几何形状实施和/或接收装置的几何形状实施根据充电线圈的磁功率场的对称特性来确定。
4.按照权利要求1或2所述的设备（10），其特征在于，在存在磁功率场的z分量（BZ）关于安放在发送装置（12）和接收装置（18）的xy平面中的充电线圈的y轴（y）和x轴（x）的交叉点的点对称时，
a）发送装置（12）的导体环在几何形状上布置，使得所述导体环位于磁功率场的y轴（y）上，使得由绞合的导体包围的、尤其成形为“眼睛”的开口（AUGE）落到y轴（y）上，
b）接收装置（18）的导体环在几何形状上布置，使得所述导体环位于磁功率场的x轴（x）上，使得由绞合的导体构成的交叉点（KP）落到x轴（x）上。
5.按照权利要求4所述的设备（10），其特征在于，所述充电线圈根据所谓的双D线圈系统构造，其中线圈对、尤其双D线圈系统的初级线圈与y轴（y）轴对称地布置在xy平面中。
6.按照权利要求1或2所述的设备（10），其特征在于，在存在磁功率场的z分量（BZ）关于安放在发送装置（12）和接收装置（18）的xy平面中的充电线圈的x轴（x）和/或y轴（y）的轴对称时，
a）发送装置（12）的导体环在几何形状上布置，使得所述导体环位于磁功率场的y轴（y）上，使得由绞合的导体构成的交叉点（KP）落到y轴（y）上，
b）接收装置（18）的导体环在几何形状上布置，使得所述导体环位于磁功率场的x轴（x）上，使得由绞合的导体构成的交叉点（KP）落到x轴（x）上。
7.按照权利要求6所述的设备（10），其特征在于，所述充电线圈按照所谓的圆形线圈系统构造，其中尤其圆形线圈系统的初级线圈的中点位于xy平面的x轴（x）和y轴（y）的交点上。
8.按照权利要求1或2所述的设备（10），其特征在于，所述接收装置（18）具有预先确定数量的接收线圈（20），所述接收线圈（20）相对于发送装置（12）布置，使得所述发送信号（16）基本上以相同的部分被感应到相应的接收线圈（20）中。
9.按照权利要求1或2所述的设备（10），其特征在于，所述接收线圈（20）在接收装置（18）的主延伸方向（hE）上并排布置。
10.按照权利要求1或2所述的设备（10），其特征在于，所述设备（10）包括多个发送装置（12）和多个接收装置（18），所述发送装置和接收装置如此彼此布置，使得发送装置（12）的主延伸方向（hS）与接收装置（18）的主延伸方向（hE）垂直。
11.按照权利要求9所述的设备（10），其特征在于，所述设备（10）具有控制装置（30），利用所述控制装置（30）能够顺序地操控用于相应地提供发送信号（16）的发送装置（12）。
12.按照权利要求10所述的设备（10），其特征在于，所述设备（10）具有控制装置（30），利用所述控制装置（30）能够顺序地操控用于相应地提供发送信号（16）的发送装置（12）。
13.用于对电动车辆以感应方式充电的充电装置，具有按照权利要求1至12之一所述的设备（10）。
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