CN107078557B - 用于感应式传输电功率的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于感应式传输电功率的系统，其中，车辆具有金属部件和次级线圈，该次级线圈具有次级绕组和设置为线圈芯的铁氧体材料，其中初级绕组静止地布置，为该初级绕组连接、尤其串联或并联电容器用于形成振荡电路，其中用于确定振荡电路的共振频率的处理单元与初级绕组电连接，其中，设置用于将确定的共振频率与第一频率值f1和/或与第二频率值f2比较的元件，尤其该元件的至少一个输出用于驱控致动器，如继电器或类似装置。

Description

用于感应式传输电功率的系统
技术领域
本发明涉及一种用于感应式传输电功率的系统。
背景技术
从文献DE 44 46 779 C2中已知，能量可以感应式地通过变压器传输。
发明内容
因此本发明的目的是，改进一种系统，其中可以防止错误使用。
上述目的根据本发明在根据权利要求1中所述特征的系统中实现。
在用于感应式传输电功率的系统中，本发明的重要特征是，车辆具有金属部件和次级线圈，该次级线圈具有次级绕组和设置为线圈芯的铁氧体材料，其中，初级绕组静止地布置，为该初级绕组连接、尤其串联或并联电容器用于形成振荡电路，其中用于确定振荡电路的共振频率的处理单元/分析单元/评估单元与初级绕组电连接，其中，设有用于将所确定的共振频率与第一频率值f1和/或与第二频率值f2比较的元件，尤其该元件的至少一个输出用于驱控致动器、如继电器或类似装置。
这样的优点是，随着超过值f1可以实现车辆的到达，并通过低于值f2的情况可识别出车辆的包括铁氧体材料的次级线圈在初级绕组上到达感应式耦合的最优位置。因此仅须确定振荡电路的相应的当前的共振频率，即优选以重复的方式定期确定。因此可以防止错误使用。仅当次级线圈存在时才会释放初级电流，并进而对车辆进行充电，尤其对车辆的蓄能器充电。但是没有次级绕组的情况下不对车辆充电。
在一有利的设计方案中，在初级绕组上布置另外的铁氧体材料，该铁氧体材料的作用是作为初级绕组的线圈芯。这样有利的是，也可以设计为从车辆方面实施识别。因为铁氧体材料在此还具有如下作用，该铁氧体材料可以影响包括电容器和次级线圈的其它振荡电路的共振频率。尤其当车辆靠近初级绕组并进而当布置在初级绕组上的铁氧体材料靠近次级绕组时，降低了这个共振频率。
在一有利的设计方案中，第一频率值f1大于第二频率值f2，尤其第一频率值f1大于在车辆不存在时振荡电路所具有的共振频率，尤其第二频率值f2小于在车辆不存在时振荡电路所具有的共振频率。这样的优点是，车辆的金属部件具有增大共振频率的作用，即车辆在超过较高的频率f1时可识别，并且一旦次级线圈的铁氧体材料足够近地靠近初级绕组时，次级线圈的铁氧体材料就降低该共振频率。因此可以设计为在低于较小的频率f2时识别次级线圈的铁氧体材料、即进而识别可感应式充电的车辆。
在一有利的设计方案中，次级线圈被至少一个金属部件包围，尤其沿贯通次级线圈的平面取向，该平面平行于车辆的行驶平面。这样的优点是，当车辆靠近初级绕组时首先金属部件到达初级绕组的近距离区域、即敏感区域中，从而提高了共振频率。当次级线圈的铁氧体材料到达初级绕组的近距离区域、即敏感区域中时，才可以实现共振频率的降低。
在一有利的设计方案中，包括电容器的馈电单元可以由元件这样驱控，使得在低于第二频率值f2时由馈电单元向初级绕组中施加中频的电流，尤其使得在超过第二频率值f2时切断由馈电单元向初级绕组中施加的中频电流。这样的优点是节省能量，因为只要识别到没有车辆存在就可以关闭馈电单元。
在一有利的设计方案中，处理单元具有振荡器，可以控制该振荡器产生的频率。这样的优点是，可以以简单的方式确定共振频率，即由振荡器产生的频率被输送给振荡电路，并检测在振荡器中的电流、相应的电压或阻抗，从而如此控制由振荡器产生的频率，使得检测到的值被调整到最优值。
在一有利的设计方案中，处理单元具有控制器，向该控制器输送振荡器的物理量的检测到的值、尤其电流或电压，如此调节振荡器的频率，使得可达到物理量的最优值。这样的优点是，可以以简单的方式确定共振频率，方式是由振荡器产生的频率被输送给振荡电路并检测振荡器中的电流、相应的电压或阻抗，从而如此控制由振荡器产生的频率，使得检测到的值被调整到最优值。
在一有利的设计方案中，为次级线圈连接、尤其串联或并联另一电容器用于形成一个另外的振荡电路，其中布置在车辆上的、用于确定所述另外的振荡电路的共振频率的一个另外的处理单元与次级线圈电连接，其中设置另一个、尤其由处理单元所包括的元件，该元件用于将所述另外的振荡电路的确定的共振频率与第三频率值f1和/或第四频率值f2比较。这样的优点是，也可以从车辆侧进行识别。
在一有利的设计方案中，第三频率值大于第四频率值，尤其其中第三频率值大于在不存在车辆的情况下所述另外的振荡电路具有的共振频率，尤其其中，第四频率值小于在不存在车辆的情况下另外的振荡电路具有的共振频率。这样的优点是，可以以简单的方式进行初级绕组的识别。
在一有利的设计方案中，另外的处理单元具有振荡器，该振荡器产生的频率是可控的。这样的优点是，可以以简单的方式确定共振频率。为此如此控制该振荡器的频率，使得检测到的量达到其最优值，例如在将振荡电路设计为并联振荡电路时输送给该振荡电路的电流最小，或在将振荡电路设计为串联振荡电路时输送给该振荡电路的电流最大。
在一有利的设计方案中，该另外的处理单元具有控制器，向该控制器输送另外的处理单元的振荡器的物理量的检测到的值、尤其电流或电压，并如此调节振荡器的频率，使物理量达到最优值。这样的优点是，简单的控制器、尤其线性控制器就足够了。
在一有利的设计方案中，初级绕组设置为除了初级线圈以外的导线环；尤其其中能够对初级线圈施加中频的电流用于向车辆的次级线圈传递功率；其中初级线圈与初级绕圈电流分离；尤其其中初级线圈和初级绕组设计为平面的、尤其设计为扁平卷绕，并彼此平行地布置，尤其是静止的、即尤其布置在地面侧。这样的优点是，初级绕组仅用于识别车辆，而初级线圈用于功率传输。因此初级线圈的绕组线的横截面是初级绕组的绕组线的横截面的至少十倍大。
在一有利的设计方案中，可控制的开关、尤其短路器布置在车辆上用于使次级绕组短路，其中用于产生可控制的开关的节拍化的、尤其均匀节拍化的或脉宽调制的驱控信号的元件布置在车辆上，尤其其中设置处理元件用于探测由驱控信号造成的确定的共振频率的失谐，处理元件尤其布置在静止侧、尤其布置在处理单元中。这样的优点是，可以在时间上反复地使次级线圈短路，阻抗的由此造成的相应交替的变化相应使共振频率失谐。借助于这个失谐变化的识别可以将信息从车辆传递到静止侧。尤其可以识别如下信息，即车辆是可充电的，这是因为例如车辆的蓄能器没有完全充满电。此外借助于用于短路器的驱控信号的占空比或占空比的调制可以传递另外的信息，例如最大许可充电功率或类似信息。
从属权利要求中得出另外的优点。本发明不局限于权利要求中的特征组合。尤其从任务提出和/或通过与现有技术的比较提出的任务中为本领域技术人员得出权利要求和/或单独的权利要求特征和/或说明和/或附图的特征的其它重要的组合可能性。
附图说明
下面根据附图详细说明本发明：
在图1中示出根据本发明的充电布置结构，用于将能量感应式地传输到车辆上。
在图2中示出充电布置结构的初级侧的依赖于车辆位置X的共振频率f。
在图3中区别于图1示意性示出通过控制次级线圈12短路实现的附加存在的数据传输。
在图4中示意性示出对应于图3的时间变化曲线，具有时间轴t，尤其是时间点t1对应于图2中的位置X1，时间点t2对应于图2中的位置X2。
具体实施方式
如在附图中所示，包括车轮13的车辆11在其底部具有次级线圈12，该次级线圈具有由铁氧体制成的线圈芯。
该车辆在其底部具有金属材料，该金属材料能导电。在此重要的是，在初级绕组中施加的交流电使用中频的情况下，所述材料并不加强磁场，而是产生抑制磁场的作用。在这种中频的情况下主要抑制磁场、中频的交变磁场的引导被阻止或与低频相比至少被强烈减小。材料在中频范围内的性能不是铁磁性的，虽然这种材料在低频的范围内具有铁磁性能。
而车辆的次级线圈12与初级绕组9一样具有铁氧体，该铁氧体产生加强磁场的作用。
布置在地面上的、即静止设置的初级绕组9被馈电单元10施加中频的交流电。该馈电单元在此也具有电容器，该电容器与初级绕组9共同形成振荡电路。在没有车辆11的情况下，该振荡电路的共振频率的值是频率值f0。
当车辆11靠近初级绕组时，车辆的金属部件首先进入初级绕组9的敏感区域中并通过金属的、即能导电的部件的抑制磁场的作用降低初级绕组9的电感。同时提高了共振频率f。但一旦次级线圈连同其铁氧体线圈芯进入到初级绕组9的敏感区域中，则初级绕组的电感增大并进而降低共振频率f。
以这种方式，通过识别到共振频率f超过值f1的情况可以进行车辆的识别。同样也可以实施对具有铁氧体的次级线圈的存在与否的识别，其方式是识别出共振频率低于值f2。
在此值f2小于值f1，同时值f2也小于值f0、即小于在不存在车辆11的情况下的共振频率的值。同样值f1大于值f0。
优选仅当馈电单元10向初级绕组9中不施加中频电流时，才进行共振频率f的确定。
一旦识别到车辆11存在，该车辆具有包括铁氧体材料的次级线圈12，则由馈电单元10向初级绕组9中施加中频的电流，在存在铁氧体材料的情况下该电流的共振频率f相当于振荡电路的共振频率。
为进行识别设置处理单元1，当识别到金属的、即能导电的部件靠近时，即共振频率超过值f1时，该处理单元驱控(6)并进而接通第一继电器K1，在识别到铁氧体材料靠近时，即共振频率低于值f2时，驱控(6)并进而接通第二继电器K2。
处理单元1为此与初级绕组9借助于捻合的引线8连接。借助于捻合的引线8将初级绕组9与变送器7、尤其电流断耦的变压的变送器7的初级侧连接。变送器7的次级侧与具有可控制的共振频率f的振荡器4连接，该振荡器由电压源3供电，该电压源与交流电压供电系统2连接。微处理器5如此驱控振荡器，使得由振荡器4产生的频率f被调整到由初级绕组9和馈电单元所具有的电容器形成的振荡电路的共振频率。为此例如获取振荡器中的电流并且通过调整振荡器4的频率调整至最优值。例如当振荡电路设计为并联振荡电路时，最优值是最小值，当振荡电路另选地设计为串联振荡电路时，最优值是最大值。
因此不仅向微处理器5输送检测到的振荡器4的电流值，而且在微处理器5中还设置控制器，该控制器例如设计为线性控制器，如P控制器、PI控制器或PID控制器。
一旦控制器的驱控值、即振荡器4的频率f超过频率值f1，微处理器就输出用于继电器K1的驱控信号。
一旦控制器的驱控值、即振荡器4的频率f低于频率值f2，微处理器就输出用于继电器K2的驱控信号。
通过继电器K1的接通，例如可以以声学、光学的方式示出警告信号或可以通过通信通道报告警告信号，这是因为识别到车辆11，但是不能进行感应式传输。
但当驱控继电器K2时，接通馈电单元10，从而实施从初级绕组9向次级线圈12的能量传输。传输的能量至少部分地存在车辆11的蓄能器中。当车辆11离开初级绕组9敏感区域后，关闭馈电单元10。因此可以节约能量损失，因为馈电电压的储备要求向馈电单元10输入能量。
通过如下方式也改善了车辆11在初级绕组9上的定位，即如此控制该位置，使得由处理单元1确定的共振频率f达到最小。因为铁氧体材料降低共振频率，并且当次级线圈12至初级绕组9的感应式耦合强度最大时，共振频率降幅最大。
如图2所示，车辆11的位置X进而与其相对于次级线圈12与初级绕组9之间的最佳感应式耦合的位置之间的距离线性相关。
在第一位置X1时，在此识别到车辆到达初级绕组12，共振频率达到频率值f1。
在第二位置X2时，在此识别到车辆的具有铁氧体的次级线圈的存在，共振频率达到频率值f2。
在另一根据本发明的实施例中，另选或附加地在车辆方面进行所述识别。为此设有处理单元与次级线圈连接。当车辆11靠近初级绕组9时，通过由次级线圈和布置在车辆上电容器形成的振荡电路的共振频率降到低于预定的阈值，识别到布置在初级绕组上的作为线圈芯的铁氧体。
在另一根据本发明的实施例中，除了直接使用初级绕组用于识别车辆外，另选地将初级绕组设计为独立的导线环，尤其在初级线圈内部可以设想在其它相同功能的情况下作为探测绕组。因此实现了仅用于功率传输的初级线圈9与仅用作识别车辆的、设计为导线环的初级绕组的电流分离。初级线圈和初级绕组两者都布置在地面上，线圈绕组优选设计为相对彼此并联布置的、平面的绕组，但是相对彼此电流分离。
如在图3和图4中所示，在相应的根据本发明的另一实施例中，在静止侧设置处理单元30，该处理单元使得能够探测阻抗的调制。根据识别的调制的信号，释放并控制馈电单元。
在车辆侧还附加地设置可控制的开关32，该开关可以被用于使次级线圈32短路。开关32的对应的驱控信号31由车辆电子电路产生或在静止侧通过通信通道、例如红外线或无线电发射并由车辆接收。
开关32、尤其短路器连接在整流器输入侧，从整流器中可以向车辆的蓄能器34馈电。
调制的短路造成相应的阻抗变化，可以在静止侧探测到该阻抗变化。因此驱控信号31产生二进制的阻抗-转换信号，由此车辆在实现静止侧的定位后可以传播信息。
为此可驱控的电子开关32在循环的交替中使次级回路、即车辆探测(Fahrzeug-Pick-Up)短路，然后再断开次级回路。
这通过精确确定的频率f_PKW和/或附加地通过限定的占空比δ_PKW、即接通时间相对于关闭时间的比例关系实现。
由此可以在开始充电之前、即在用于数据传输40的时间段中向静止侧传输关于车辆型号和/或预期的充电功率的信息，该时间段设置在充电、即能量传输41的时间段之前。
在静止侧上可以将短路的和空转的次级线圈之间的交替识别为交替的、尤其转换的阻抗。
在作为线圈探测器起作用的处理单元1中，虽然以静止侧上的固有频率f0激励系统，但是由于交替的阻抗相应以Δf失谐，由此可以将转换的阻抗识别为频率转换。
如此得到的信息、例如充电功率、释放信息被用于控制功率级别。
当蓄能器充满时，因此车辆应仅停放但不再加载能量，借助于没有产生的转换信号可以阻止能量传输。
在改进方案中，借助于在车辆中相应设置的短路器也可以在功率传输期间对探测线圈短路，这是因为该探测线圈具有电源性能。
在静止侧以如此方式可以看到这种短路的探测线圈，即不能实现控制的功率，尤其在能量传输41期间。如果识别出这种状态，则馈电单元完全停止功率输出。随后再次存在如下可能性，即车辆通过新的“阻抗转换循环”向静止侧传输新的、变化的充电设定并继续或再次开始充电过程。
附图标记列表：
1 处理单元
2 交流电压供电系统
3 产生电压供电
4 具有可控制的共振频率的振荡器
5 微处理器
6 继电器(K1、K2)的驱控
7 变送器、尤其电流断耦的变压的变送器
8 捻合的引线
9 尤其在地面上静止地布置的初级绕组
10 包括交流电源和电容器的中频的馈电单元
11 车辆
12 次级线圈，包括由铁氧体制成的线圈芯
12 车轮
20 频率的提高
21 频率的减小
30 处理单元
31 驱控信号
32 开关、尤其短路器
33 整流器
34 蓄能器
40 数据传输
41 能量传输
f 频率
f0 在不存在车辆的情况下的共振频率
f1 第一频率值
f2 第二频率值
K1 第一继电器
K2 第二继电器
X 车辆的相对位置
X1 第一位置，在该位置中识别到车辆到达
X2 第二位置，在该位置中识别到车辆的具有铁氧体的次级线圈的存在

Claims (30)

1.一种用于感应式传输电功率的系统，其中，车辆具有金属部件和次级线圈，该次级线圈具有次级绕组和设置为线圈芯的铁氧体材料，其中初级绕组静止地布置，为该初级绕组连接有一电容器用于形成振荡电路，
其特征在于，用于确定振荡电路的共振频率的处理单元与初级绕组电连接，其中，设置用于将确定的共振频率与第一频率值f1和/或与第二频率值f2比较的元件，该元件的至少一个输出用于驱控致动器，其中，第一频率值f1大于第二频率值f2，其中，第一频率值f1大于在不存在车辆的情况下振荡电路具有的共振频率，第二频率值f2小于在不存在车辆的情况下振荡电路具有的共振频率。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，初级绕组与电容器串联或并联连接用于形成振荡电路。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述致动器是继电器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，在初级绕组上布置另外的铁氧体材料，该另外的铁氧体材料作为用于初级绕组的线圈芯起作用。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，次级线圈被至少一个金属部件包围。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，次级线圈在贯通次级线圈的平面中被至少一个金属部件包围，该平面平行于车辆的行驶平面取向。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述元件能够如此驱控包括电容器的馈电单元，使得在低于第二频率值f2时馈电单元向初级绕组中施加中频的电流。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述元件能够如此驱控包括电容器的馈电单元，使得在超过第二频率值f2时，切断由馈电单元向初级绕组中施加的中频电流。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，处理单元具有振荡器，该振荡器产生的频率是可控的。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，处理单元具有控制器，向该控制器输送振荡器的物理量的检测值，并如此调节振荡器的频率，使得实现物理量的最优值。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所物理量是电流或电压。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，为次级线圈连接另一电容器用于形成一个另外的振荡电路，其中布置在车辆上的、用于确定所述另外的振荡电路的共振频率的一个另外的处理单元与次级线圈电连接，其中设置另一个元件，该另一个元件用于将所述另外的振荡电路的确定的共振频率与第三频率值f1和/或与第四频率值f2比较。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，次级线圈串联或并联所述另一电容器用于形成所述另外的振荡电路。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述另一个元件由所述另外的处理单元所包括。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，第三频率值大于第四频率值，其中第三频率值大于在不存在车辆的情况下所述另外的振荡电路具有的共振频率，其中第四频率值小于在不存在车辆的情况下所述另外的振荡电路具有的共振频率。
16.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，该另外的处理单元具有振荡器，该振荡器产生的频率是可控的。
17.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，该另外的处理单元具有控制器，向该控制器输送该另外的处理单元的振荡器的物理量的检测到的值，并如此调节振荡器的频率，使得达到物理量的最优值。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述物理量是电流或电压。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，初级绕组设置为除了初级线圈以外的导线环；其中初级线圈与初级绕组电流分离。
20.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，能够对初级线圈施加中频的电流用于向车辆的次级线圈传输功率。
21.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，初级线圈和初级绕组设计为平面的，并相对彼此平行地布置。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，初级线圈和初级绕组设计为扁平绕组。
23.根据权利要求21所述的系统，其特征在于，初级线圈和初级绕组静止地布置，即布置在地面侧。
24.根据权利要求19所述的系统，其特征在于，初级线圈的绕组线的横截面是初级绕组的绕组线的横截面的至少十倍大。
25.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，可控制的开关布置在车辆上用于使次级绕组短路，其中用于产生可控制的开关的节拍化的或脉宽调制的驱控信号的元件布置在车辆上。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，可控制的开关是短路器。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述驱控信号是均匀节拍化的。
28.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，设置处理元件用于探测由驱控信号造成的确定的共振频率的失谐。
29.根据权利要求28所述的系统，其特征在于，该处理元件布置在静止侧。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于，该处理元件布置在处理单元中。
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