CN108431912A - 感应式功率传输单元、用于感应式功率传输的系统和通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应式功率传输单元，其中，所述感应式功率传输单元(1)包括至少一个绕组结构(2)和至少一个磁通引导装置，其中，所述感应式功率传输单元(1)还包括至少一个天线元件(10)，其中，所述至少一个磁通引导装置的至少一个部分是所述天线元件(10)的一部分。本发明还涉及一种用于感应式功率传输的系统和一种通信方法。

Description

感应式功率传输单元、用于感应式功率传输的系统和通信 方法
技术领域
本发明涉及一种用于感应式功率传输的系统的感应式功率传输单元、一种用于感应式功率传输的系统以及一种在这种感应式功率传输系统的初级单元与次级单元之间进行通信的方法。
背景技术
电动车辆、特别是轨道车辆和/或道路汽车可以通过借助于感应式功率传输而传输的电能来操作。这种车辆可以包括所谓的接收装置，其适于接收交变电磁场并且通过电磁感应产生交变电流。这种接收装置可以包括或提供所谓的次级绕组结构。此外，这种车辆可以包括适于将交流电(AC：Alternating Current)转换为直流电(DC：Direct Current)的整流器。DC可以用来给牵引电池充电或者操作电机。整流器将接收装置提供的AC转换成DC。
感应式功率传输通常使用由初级绕组结构产生交变电磁场的初级单元和包括用于接收所述电磁场的接收装置的次级单元来执行。初级单元和次级单元可以例如每个都包括一组提供前述初级和次级绕组结构的三相绕组。初级单元的一组绕组可以安装在地面上(初级绕组)，并且可以由路侧电源转换器(WPC：Wayside Power Converter)供电。次级单元的一组绕组安装在车辆上。例如，第二组绕组可以附接在车辆的下面，在有轨电车情况下在它的一些车厢之下。初级单元的该组绕组也可以称为初级侧，其中，次级单元的该组绕组可以称为次级侧。初级和次级侧可以是高频变换器的一部分，以将电能传输到车辆。这种传输可以在处于静态状态(当车辆没有移动时)和处于动态状态(当车辆移动时)时完成。
US 7454170 B2公开了一种用于在第一装置与第二装置之间感应式传输功率和全双工数据信号的感应式传输系统。传输系统包括这两个装置之间的双向感应信道、用于通过感应信道以第一频率将功率信号从第一装置传输到第二装置的发射机、用于以第一调制频率调制第一数据信号的第一调制装置以及用于以第二调制频率调制第二数据信号的第二调制装置。此外，发射机通过感应信道将调制后的第一数据信号从第一装置传输到第二装置，并且通过感应信道将调制后的第二数据信号从第二装置传输到第一装置。第一调制频率和第二调制频率至少相差一倍。
感应式功率传输通常需要相对于初级绕组结构对车辆侧次级绕组结构进行正确定位，以便使传输功率量最大化，同时也为了满足安全要求并确保电磁兼容性。
WO 2011/127455 A2描述了与车辆相关联的无线功率天线的无线充电和无线功率对准。
WO 2014/023595 A2公开了一种车辆和一种感应充电单元，其中，感应充电单元包括初级线圈，车辆包括次级线圈。此外，在充电位置中，次级线圈相对于初级线圈位于优选的空间位置范围内，从而，为了设置充电位置，系统借助于电磁距离和利用三角测量法测量角度来确定描述次级线圈相对于初级线圈的与时间相关的空间位置的定位。系统借助于定位和充电位置来检测接近充电位置的定位所沿着的至少一个部分驱动方向。
这些文件公开了感应式功率传输(IPT：Inductive Power Transfer)单元的通信天线，也就是初级单元或次级单元。然而，这些通信天线被设计为单独的元件。因此，必须在IPT单元内提供用于这种通信天线的附加的安装空间。如果这种安装空间由壳体中的凹部提供，则壳体的制造过程是复杂的，并且壳体的密封性可能受到负面影响。
发明内容
存在这样的技术问题：提供一种感应式功率传输(IPT)单元、一种用于感应式功率传输的系统以及一种初级单元与次级单元之间的通信方法，它们允许在将IPT单元的建造空间需求降到最低的同时在初级单元与次级单元之间进行高质量通信。
本解决方案由具有权利要求1、13和16的特征的主题提供。进一步的有利实施例由具有从属权利要求的特征的主题提供。
本发明的主要思想是提供一种用于通信目的的天线元件，其中，IPT单元的磁通引导装置提供所述天线元件的一部分。天线元件也可以是用于定位目的的元件。
提出了一种IPT单元。IPT单元可以是感应式功率传输系统的初级单元或者次级单元。IPT单元可以包括产生或接收用于感应式功率传输的交变电磁场的器件的全部或子集。
IPT单元包括至少一个绕组结构。在初级单元的情况下，绕组结构提供初级绕组结构，所述初级绕组结构在通电时产生用于感应式功率传输的交变电磁场。在次级单元的情况下，绕组结构提供次级绕组结构，所述次级绕组结构在接收由初级绕组结构产生的交变电磁场时产生交变输出电压。
此外，IPT单元包括至少一个磁通引导装置。磁通引导装置可以表示至少一个用于引导由绕组结构产生或接收的电磁场的磁通量的元件。优选地，IPT单元包括由多个磁通引导装置或元件构成的布置结构。所述至少一个磁通引导装置可以布置在背离绕组结构的有效体积空间的一侧上。有效体积空间可以表示在感应式功率传输期间初级单元与次级单元之间的体积空间。这种衬垫可以安装在路或停车空间的表面上或者集成在这种表面内。如果初级绕组结构被激活或提供有工作电流，则初级绕组结构产生交变(电)磁场。所述电磁场可以由一个或两个以上次级绕组结构接收。
在本发明的上下文中，可以使用以下参考坐标系。第一轴线，也可以称为纵向轴线，可以平行于绕组结构的纵向轴线、例如前述的延伸方向延伸。第二轴线，也可以称为横向轴线，可以平行于绕组结构的横向轴线取向。第三轴线，也可以称为垂直轴线，可以垂直于第一轴线和第二轴线取向。第三轴线可以平行于期望的功率传输方向，即从初级单元到次级单元取向。如果从初级单元指向次级单元，则垂直轴线可以从底部到顶部取向。
长度可以沿着第一轴线测量，宽度可以沿着第二轴线测量，高度可以沿着第三轴线测量。涉及诸如“之上”、“之下”、“前方”、“旁边”的方向的方向性术语可以涉及前述的纵向轴线、横向轴线和垂直轴线。
参照垂直轴线(及其方向)，所述至少一个磁通引导装置可以布置在次级绕组结构之上或布置在与次级绕组结构相同的垂直水平上。在初级绕组结构的情况下，所述至少一个磁通引导装置可以布置在初级绕组结构之下或布置在与初级绕组结构相同的垂直水平上。
每个绕组结构包括至少一个子绕组结构。子绕组结构可以由绕组结构的至少一个区段提供。特别地，子绕组结构可以提供环路或线圈，其中，环路或线圈由绕组结构的一个或多个区段提供。
绕组结构可以沿着纵向轴线延伸。优选地，绕组结构包括多个沿着纵向轴线延伸的子绕组结构。在这种情况下，绕组结构的相继的子绕组结构可以沿着所述纵向轴线彼此邻近地布置。彼此邻近可以表示子绕组的中心轴线，特别是对称轴线与另一个中心轴线例如沿着纵向轴线以预定的距离间隔开。环路或线圈可以是圆形的、椭圆形的或矩形的。当然，其它几何形状也是可能的。初级绕组结构的纵向轴线可以例如平行于行驶在初级绕组结构之上进入充电位置的车辆的期望的行驶方向。次级绕组结构的纵向轴线可以例如平行于安装有次级绕组结构的车辆的侧倾轴线。
相邻或邻近的子绕组可以是反向取向的。这可以意味着第一子绕组中的电流流向是顺时针取向的，其中，在相邻或邻近的第二子绕组中的电流流向是逆时针的。顺时针方向可以相对于指向相同方向的平行中心轴线来限定。如果电流流经所述子绕组，则邻近的子绕组将产生相同大小但取向方向相反的磁场。
特别地，绕组结构可以由平坦的子绕组结构提供，特别是平坦的环路或线圈提供。这意味着绕组结构基本上布置在二维平面内。
绕组结构可以包括至少一个沿着纵向轴线延伸的绕组区段和至少一个沿着横向轴线延伸的绕组区段。横向轴线可以取向成与纵向轴线正交。横向和纵向轴线可以张成前述平面，绕组结构基本上布置在所述平面中。纵向轴线和横向轴线都可以垂直于垂直轴线取向。
因此，绕组结构，特别是每个子绕组结构，可以由基本上或完全平行于纵向轴线延伸的区段和基本上或完全平行于横向轴线延伸的区段来提供。特别地，每个子绕组可以由两个基本上或完全平行于纵向轴线延伸的区段和两个基本上或完全平行于横向轴线延伸的区段提供。平行于横向轴线延伸的区段也可以称为有效区段。
磁通引导装置的布置结构可以包括多行磁通引导元件。一行可以包括一个或多个磁通引导元件。磁通引导元件的行可以彼此邻近地布置，特别是沿着横向轴线彼此邻近地布置。有可能的是，这些行邻接或以预定的非零距离彼此间隔开。
磁通引导装置的布置结构可以被设计为磁通引导层。所述层可以布置在初级绕组结构之下和/或布置在初级绕组结构内。替代性地，绕组结构可以布置在次级绕组结构之上和/或布置在次级绕组结构内。所述层的长度可以大于或小于绕组结构的长度，并且所述层的宽度可以大于或小于绕组结构的宽度。
在一行磁通引导元件中，多个元件可以沿着或平行于一直线布置，所述直线平行于纵向轴线。这些元件可以在元件的前端部或后端部区段处邻接或重叠。
例如，有可能的是，一行中的两个邻近的磁通引导元件彼此重叠。特别地，第一磁通引导元件的前端部区段可以布置在邻近的磁通量引导元件的后端部区段之下或布置在邻近的磁通引导元件的后端部区段之上。换句话说，邻近的磁通引导元件可以布置在不同的垂直位置处。
优选地，可以设计一行多个磁通引导元件，使得第一子组磁通引导元件布置在第一垂直位置处以及第二组磁通引导元件布置在第二垂直位置处，其中，第二垂直位置高于或低于第一垂直位置。在沿着所述行的磁通引导元件的布置结构内，可以提供来自第一组和第二组的磁通引导元件的交替序列。在所述构造中，可以在所述组中的一组的两个磁通引导元件之间提供间隙，其中，所述间隙被另一组的一个磁通引导元件覆盖或跨过。换句话说，磁通引导元件的布置或行可以提供凹部以接收绕组结构的至少一个区段。特别地，凹部可以被布置和/或设计以便接收绕组结构的沿着或平行于横向轴线延伸的区段。更特别地，凹部可以被设计和/或布置成使得绕组结构的在从一个子绕组结构沿着纵向轴线到相继的子绕组结构的过渡处的区段可以布置在凹部内。
此外，磁通引导元件的至少一个区段、磁通引导元件的行或磁通引导元件的布置可以延伸到绕组结构的一个子绕组结构中。这可以意味着所述至少一个区段延伸到由子绕组结构包围的体积空间或区域中。
磁通引导元件可以由磁性材料，特别是铁磁性材料制成。优选地，磁通引导装置由铁素体制成。
此外，感应式功率传输单元包括至少一个天线元件。天线元件可以是功率传输单元的通信单元的一部分。通信单元可以例如是发射机单元或接收机单元，特别是用于单向通信的单元。所述至少一个天线元件被设计为与绕组结构分离开。这意味着天线元件不是由绕组结构提供的。此外，天线元件可以是用于通信信号的接收天线元件或发射天线元件。通信信号特别可以是低频信号。这可以意味着天线元件被设计成使得具有100kHz至400kHz范围内的频率的信号可以由所述天线元件发射或接收。
根据本发明，至少一个磁通引导装置的至少一个部分是或提供天线元件的一部分。换句话说，天线元件的至少一部分可以被集成到所述至少一个磁通引导装置中或可以被集成到所述至少一个磁通引导装置上。特别地，天线元件可以是所谓的铁素体杆状天线，其中，天线绕组结构布置在铁素体元件上。在这种情况下，铁素体杆状天线的铁素体元件对应于或等于所述至少一个磁通引导装置的至少一部分。一般来说，天线元件可以是所谓的磁杆天线，其中，天线绕组结构布置在磁性材料构成的杆上。所述磁性材料可以是所述至少一个磁通引导装置的一部分。
这有利地允许减少用于提供用于通信目的的天线元件的建造空间要求。特别地，不需要附加的安装空间和/或感应式功率传输单元的设计的复杂变化。
在另一个实施例中，磁通引导装置被设计为条。在本发明的上下文中，条可以表示细长元件。条可以具有期望的形状，例如，圆柱形或板的形状。多个磁通引导装置，特别是磁通引导装置的行或布置结构中的多个磁通引导装置，可以彼此机械固定。例如，这些磁通引导装置可以彼此胶粘合。此外，这些磁通引导装置可以以分层布置方式布置。
天线元件可以是稍后将要解释的定位系统的一部分。
在另一个实施例中，天线元件卷绕在磁通引导装置的至少一个区段上。特别地，天线元件可以包括一个天线绕组结构，例如，线圈，其卷绕在磁通引导装置的至少一个区段，例如铁素体条的一个区段上。
这有利地允许通过使用感应式功率传输单元的现有磁通引导装置来提供磁杆天线。
在另一个实施例中，天线元件卷绕在多个磁通引导装置的至少一个区段上。这意味着磁杆天线的磁性元件由分离的磁通引导装置的多个区段提供。这有利地允许以现有布局的多个磁通引导装置提供天线的所期望的磁性元件。
在另一个实施例中，天线元件的至少一个部分在共同的投影平面中布置在由绕组结构包围的区域内。共同的投影平面可以与垂直轴线正交取向。这可以意味着天线元件布置在由绕组结构包围的区域或体积空间之下或布置在由绕组结构包围的区域或体积空间之上或布置在由绕组结构包围的区域或体积空间内。
由绕组结构包围的区域特别可以是由所述绕组结构的子绕组包围的区域。如果天线元件的至少一个部分布置在所述区域之下和/或布置在所述区域内，则绕组结构可以是初级绕组结构。替代性地，如果绕组结构是次级绕组结构，则天线元件的至少一个部分可以布置在由绕组结构包围的区域之上和/或布置在由绕组结构包围的区域内。
替代性地或附加性地，天线元件的至少一个部分在共同的投影平面中布置在由绕组结构包围的区域外。如果绕组结构是初级绕组结构，则天线元件的至少一个部分可以在共同的投影平面中布置在由绕组结构包围的区域外的区域之下。如果绕组结构是次级绕组结构，则天线元件的至少一个部分可以在共同的投影平面中布置在由绕组结构包围的区域外的区域之上。所包围的区域外的区域可以例如是绕组结构的沿着纵向轴线的两个邻近的子绕组之间的间隙的区域。天线元件也可以布置在所述间隙区域内。
换句话说，天线元件的至少一个部分可以与绕组结构布置在相同的垂直位置处。替代性地或附加性地，天线元件的至少一个部分可以布置在绕组结构的区段之上或之下，特别是在绕组结构的沿着或平行于横向轴线延伸的区段之下或之上。
有可能的是，整个天线元件布置在由绕组结构包围的区域之下或布置在由绕组结构包围的区域之上和/或布置在由绕组结构包围的区域内。替代性地，也可以将整个天线元件在共同的投影平面中布置在所包围的区域内或所包围的区域外。
然而，也可能的是，一个天线元件的至少一个区段布置在所包围的区域之下或布置在所包围的区域之上和/或布置在所包围的区域内，而另一个区段在共同的投影平面中布置在所包围的区域外的区域之下或所包围的区域外的区域之上。
这有利地为天线元件提供了具有更宽范围的电感的措施。这有利地在天线设计中提供了更多的灵活性，特别是当使用具有不同高度水平的铁素体结构时。
在另一个实施例中，天线元件提供低频天线。在这种情况下，可以将天线元件布置和/或设计为使得为100kHz至400kHz的频率区间提供期望的发射特性和/或接收特性。
在另一个实施例中，天线元件提供用于单向通信的发射机。这可以意味着天线元件被设计和/或布置为提供期望的发射特性。替代性地，天线元件提供用于单向通信的接收机。这可以意味着天线元件具有用于接收信号的期望特性。因此，天线元件可以是用于单向通信的发射机单元或接收机单元的一部分。
这有利地允许向/从感应式功率传输系统的另一个单元发射或接收信号。
在另一个实施例中，感应式功率传输单元是用于感应式功率传输的系统的次级单元。在这种情况下，感应式功率传输单元可以包括三个天线元件。这些天线元件可以设计为接收机。特别地，三个天线元件可以在次级侧坐标系中以不同的位置和/或以不同的取向布置。
替代性地，感应式功率传输单元可以包括单个天线元件。单个天线元件可以设计为提供发射机。
在一个替代性的实施例中，感应式功率传输单元是用于感应式功率传输的系统的初级单元。在这种情况下，感应式功率传输单元可以包括两个天线元件。这些天线元件可以设计为提供发射机或者可以设计为提供接收机。天线元件可以在初级侧坐标系中以不同的位置和/或以不同的取向布置。
使用两个或更多个天线元件，特别是布置在不同位置处和/或以不同取向布置的天线元件，有利地增加了用于确定相对位置的灵活性。两个天线放置的距离越远，位置确定的精度就越高。
在另一个实施例中，感应式功率传输单元还包括至少一个用于双向通信的通信单元。用于双向通信的通信单元例如可以设计为用于发射和/或接收超高频信号、例如频率区间为2.4GHz至5GHz的信号的单元。通信单元可以包括至少一个与集成了磁通引导装置的天线元件不同的天线元件。
这有利地允许用于感应式功率传输的系统的分离的单元之间的双向通信。
特别地，天线元件可以是系统的用于检测次级绕组结构相对于初级绕组结构的正确位置和/或取向的部分。在这种情况下，用于双向通信的通信单元允许在所述单元之间交换进一步的信息。
在另一个实施例中，感应式功率传输单元还包括至少一个用于操作所述至少一个天线元件的控制单元。在天线元件是发射机的情况下，控制单元可以提供信号，特别是电压信号，通过所述信号，所述至少一个天线元件被激活。在所述至少一个天线元件是接收机的情况下，控制单元可以评估天线元件的输出信号，例如输出电压。控制单元还可以例如控制通信单元的用于双向通信的操作。
此外，根据至少一个接收机天线元件的输出信号，优选地根据多个接收机天线元件的输出信号，控制单元可以确定次级绕组结构相对于初级绕组结构的位置和/或取向。
这有利地允许所述至少一个天线元件的初级侧或次级侧操作。此外，这有利地允许确定初级侧或次级侧正确的位置和/或取向。
在另一个实施例中，感应式功率传输单元包括补偿元件，所述补偿元件用于至少部分地补偿在天线元件中由用于感应式功率传输的电磁场感应出的电压。补偿元件可以例如由补偿绕组结构提供。补偿绕组结构可以被布置和/或设计为使得在补偿绕组结构中感应出的电压等于在天线元件内感应出的电压，但是具有不同的符号。在这种情况下，补偿绕组结构可以串联连接到天线元件的绕组结构。
有可能的是，如果绕组结构是初级绕组结构，则补偿绕组结构布置在所述至少一个磁通引导装置之下。如果绕组结构是次级绕组结构，则补偿绕组结构可以被布置在所述至少一个磁通引导装置之上。
还提出了一种用于感应式功率传输的系统。所述系统包括初级单元和次级单元。初级单元可以根据本发明中描述的感应式功率传输单元的实施例来设计。替代性地或附加性地，次级单元可以根据本发明中描述的感应式功率传输单元的实施例来设计。
优选地，初级单元和次级单元都包括天线元件，其中，相应单元的至少一个磁通引导装置是相应天线元件的一部分。
在一个优选的实施例中，初级单元包括两个天线元件，次级单元包括三个天线元件，其中，这些天线元件中的至少一个集成了至少一个磁通引导装置的至少一个部分。在这种情况下，初级单元的天线元件可以提供发射机，其中，次级单元的天线元件可以包括接收机。此外，由初级侧天线元件发射的信号可以由次级侧天线元件接收。初级绕组结构相对于次级绕组结构的位置和/或取向可以基于所接收的信号，例如通过次级侧控制单元来确定。
在一个替代性的实施例中，次级单元包括一个天线元件，初级单元包括两个天线元件。在这种情况下，次级侧天线元件可以是发射机，其中，初级侧天线元件可以是接收机。
这有利地允许利用最少数量的天线元件来检测初级绕组结构相对于次级绕组结构的正确位置和/或取向。
还提出了一种用于感应式功率传输的系统的初级单元和次级单元之间的通信方法。初级单元和/或次级单元根据本发明中描述的感应式功率传输单元的实施例中的一个实施例来设计。所述单元中的一个单元通过所述至少一个天线元件向其余单元发射信号。
替代性地或附加性地，所述单元中的一个单元通过所述至少一个天线元件接收其余单元的信号。
例如，有可能的是，初级单元通过所述至少一个天线元件发射信号，其中，次级单元通过所述至少一个天线元件接收所述信号。也可能的是，初级单元还可以包括两个天线元件，其中，两个天线元件均发射信号。还可能的是，次级单元包括多于一个、例如三个天线元件，其中，天线元件接收发射的信号。
优选地，次级单元通过所述至少一个天线元件，优选地通过恰好一个天线元件来发射信号。此外，初级单元通过所述至少一个天线元件，例如通过初级单元的两个天线元件接收所述信号。
如后面将要解释的，初级绕组结构相对于次级绕组结构的正确位置和/或取向可以根据发射和/或接收的信号来确定。
在另一个实施例中，次级绕组结构相对于初级绕组结构的正确位置和/或取向是根据所发射的信号和/或所接收的信号确定的。例如，有可能的是，次级绕组结构相对于初级绕组结构的位置和/或取向是根据次级绕组结构与初级绕组结构之间的距离以及初级绕组结构与次级绕组结构的纵向轴线之间的角度确定的。
有可能的是，例如通过测量，获知初级侧天线元件相对于初级绕组结构的位置和/或取向。此外，可以获知次级侧天线元件相对于次级绕组结构的位置和/或取向。在这种情况下，相对位置和/或取向也可以根据天线元件相对于相应绕组结构的已知几何布置来确定。
还可能的是，例如通过控制单元确定所接收的信号的至少一个信号特征。此外，可以以恒定的信号强度来产生由所述至少一个天线元件发射的信号。所述信号强度可以是预定的强度。
例如，有可能的是，至少一个次级侧天线元件接收由至少一个初级侧天线元件发射的信号。优选地，多个、例如三个次级侧天线元件接收至少一个、优选多个、例如两个由不同的初级侧天线元件发射的信号。此外，可以确定所接收的信号的信号强度。根据所接收的信号的信号强度，可以确定次级绕组结构与初级绕组结构的相对位置和取向。为了该确定，恒定的信号强度可以提供给次级侧控制单元。所述信息可以例如由用于双向通信的通信单元提供。
在另一个实施例中，次级绕组结构相对于初级绕组结构的位置和/或取向是根据所接收的信号的信号强度确定的。特别地，次级绕组结构的位置和/或取向可以根据所接收的信号的载波信号电平来确定。例如，可以通过调制载波信号将数据从次级单元发射到初级单元以便对信息进行编码。因此，所发射的信号可以由用数据信号调制的载波信号提供。特别地，可以通过相位调制将数据信号调制到载波信号上。载波信号可以例如具有405kHz的频率。
评估信号强度有利地允许简单但准确地确定相对位置和/或取向。
还可以根据所发射的信号和/或所接收的信号来确定次级绕组结构相对于初级绕组结构的正确或不正确的位置和/或取向。例如，有可能的是，信号由一个发射机天线元件、例如次级侧或初级侧的天线元件发射。此外，发射机信号可以由其余的感应式功率传输单元的两个或两个以上接收机天线元件接收。这两个或更多个接收机元件可以被布置在不同的位置处和/或以不同的取向布置。根据所接收的信号的信号强度，可以确定是否提供了次级绕组结构相对于初级绕组结构的正确位置和/或取向，例如，是否提供了对准状态。如果所有的信号强度都高于预定的一般阈值或者如果每个信号强度高于天线元件特定的阈值，则可以例如提供正确的位置和/或取向。如果所述至少一个信号强度低于一般或天线元件特定的阈值，则可以确定不正确的位置和/或取向，例如未对准状态。
在另一个实施例中，至少部分地补偿由用于功率传输的电磁场在所述至少一个天线元件中感应出的电压。所述补偿可以由前面已经描述的至少一个补偿元件提供。这有利地允许最小化用于功率传输的电磁场对所述至少一个天线元件的影响。
附图说明
将参照附图描述本发明。附图显示：
图1示出了根据本发明的感应式功率传输单元的示意性顶视图，
图2示出了图1中所示的感应式功率传输单元的示意性侧视图，
图3示出了根据另一个实施例的感应式功率传输单元的示意性顶视图，
图4示出了图3中所示的感应式功率传输单元的示意性侧视图，
图5示出了根据另一个实施例的感应式功率传输单元的示意性顶视图，
图6示出了图5中所示的感应式功率传输单元的示意性侧视图，
图7示出了根据本发明的另一个实施例的感应式功率传输单元的示意性顶视图，
图8示出了图7中所示的感应式功率传输单元的示意性侧视图，
图9示出了根据本发明的用于感应式功率传输的系统的示意性框图。
具体实施方式
在下文中，相同的附图标记表示具有相同或相似技术特征的元件。
图1示出了感应式功率传输单元1的示意性顶视图。感应式功率传输单元1包括绕组结构2，其中，绕组结构2包括第一子绕组2a和第二子绕组2b。绕组结构2沿着纵向轴线x延伸。
示出了第一子绕组2a提供了矩形的环路。第二子绕组2b也提供了矩形的环路。第一子绕组2a包围内部区域3a。第二子绕组2b包围内部区域3b。在两个子绕组2a、2b之间设置有间隙区域4。间隙区域4布置在第一子绕组的前端部区段5a与第二子绕组的后端部区段6b之间。还指示了第二子绕组的前端部区段6a和第一子绕组2a的后端部区段5b。前、后端部区段5a、5b、6a、6b平行于横向轴线y延伸。还示出了纵向区段7a、7b。通过连接第一子绕组2a和第二子绕组2b的纵向区段8示意性地示出了两个子绕组2a、2b的电连接。绕组结构2的区段可以由易弯导线或导体来提供。
此外，感应式功率传输单元1包括多个铁素体条9，其中，铁素体条9沿着纵向方向x延伸。示出了两个沿横向方向y彼此邻近布置的铁素体条9，其中，邻近的铁素体条9以非零距离与另一个间隔开。一个铁素体条9提供一行。铁素体条9被设计为铁氧体板。
此外，关于垂直方向z(见图2)，铁素体条9布置在绕组结构2之上。特别地，铁素体条9布置在由第一子绕组2a包围的区域3a、间隙区域4和由第二子绕组2b包围的内部区域3b之上。示出了铁素体条9具有沿着纵向轴线x的小于绕组结构2的长度的长度。
还示出了天线元件10，其中，天线元件10的绕组结构11卷绕在铁素体条9中的一个铁素体条的一个区段上。特别地，绕组结构11卷绕在铁素体条9的位于由第二子绕组结构2b包围的内部区域3b之上的区段上。
图2示出了图1中所示的感应式功率传输单元1的示意性侧视图。可以看出，整个铁素体条9布置在绕组结构2之上。此外，感应式功率传输单元1特别可以是用于感应式功率传输的系统19的次级单元(见图9)。
图3示出了根据本发明的另一个实施例的感应式功率传输单元1的示意性顶视图。图3中所示的感应式功率传输单元1被设计成类似于图1和图2中所示的感应式功率传输单元1。与图1和图2中所示的实施例不同，感应式功率传输单元1包括补偿绕组结构12。补偿绕组结构12具有矩形形状，其中，补偿绕组结构12的端子或端部区段连接到天线元件10的绕组结构11的端子或端部区段。由补偿绕组结构12包围的区域13布置在由第一子绕组2a包围的内部区域3a之上、间隙区域4和由第二子绕组2b包围的内部区域3b之上。示出了区域13布置在由第一子绕组2a包围的内部区域3a的一部分之上，所述部分大于内部区域3b的由补偿绕组结构12覆盖的部分。因此，补偿绕组结构12被布置和设计为使得由绕组结构2产生或接收的用于感应式功率传输的电磁场在补偿绕组结构12中感应出一电压，所述电压等于在天线元件10的绕组结构11中感应出的电压或者与所述电压相差不超过预定量。
与图1和图2中所示的实施例不同的另一个特征是，天线元件的绕组结构11卷绕在一行13铁素体条9中的多个铁素体条9上，其中一行13包括三个铁素体条9。绕组结构11的第一区段卷绕在第一铁素体条9a的布置在由第一子绕组2a包围的内部区域3a之上的区段上。天线元件10的绕组结构11的第二区段卷绕在第二铁素体条9b的布置在间隙4之上的区段上。最后，天线元件10的绕组结构11的第三区段卷绕在第三铁素体条9c的布置在由第二子绕组2b包围的内部区域3b之上的区段上。
图4示出了图3中所示的感应式功率传输单元1的示意性侧视图。示出了三个铁素体条9构成的行13。关于垂直方向z，第一铁素体条9a和第三铁素体条9c布置在比第二铁素体条9b低的位置处。第二铁素体条9b的后端部区段布置在第一铁素体条9a的前端部区段之上。此外，第三铁素体条9c的后端部区段布置在第二铁素体条9b的前端部区段之下。因此，第二铁素体条9b与第一铁素体条9a和第三铁素体条9c部分地重叠。总之，由铁素体条9a、9b、9c构成的行13提供凹部14。在凹部14内，布置了第一子绕组2a的前区段5a和第二子绕组2b的后区段6b。
进一步显示的是，第一铁素体条9a布置在由第一子绕组2a包围的内部区域3a内。由于天线元件的绕组结构11的第一区段卷绕在第一铁素体条9a上，所以它也布置在第一子绕组2a的内部区域3a中。相应地，第三铁素体条9c布置在第二子绕组2b的内部区域3b中。因此，天线元件10的绕组结构11的第三区段也布置在第二子绕组2b的内部区域3b中。第二铁素体条9b布置在间隙区域4之上。因此，天线元件10的绕组结构11的第二区段也布置在间隙区域4之上。
图5和图6示出了根据本发明的另一个实施例的感应式功率传输单元1的示意性顶视图和侧视图。图5中所示的感应式功率传输单元1被设计成类似于图1和图2中所示的实施例。与图1和图2中所示的实施例不同，天线元件10的绕组结构11完全布置在间隙区域4之上。
图7和图8示出了本发明的另一个实施例中的感应式功率传输单元1的示意性顶视图和示意性侧视图。图7和图8中所示的感应式功率传输单元1被设计成类似于图3和图4中所示的实施例。与图3和图4中所示的实施例不同，感应式功率传输单元1没有补偿绕组结构12。
然而，天线元件10的绕组结构11的不同区段卷绕在一行13铁素体条9a、9b、9c中的不同铁素体条9a、9b、9c上。
图9示出了用于感应式功率传输的系统19的示意性框图。系统19包括初级单元15和次级单元16。初级单元15可以安装在地面中或安装在地面上，特别是安装在路的表面上。因此，初级单元15也可以称为路侧单元。次级单元16可以安装在车辆上。
初级单元15包括两个布置在不同位置处的天线元件10。此外，初级单元15包括用于超高频双向通信的通信单元17。未示出初级单元15的初级绕组结构和其它元件。
次级单元16包括三个天线元件10和双向UHF通信单元17。
初级侧天线元件10相对于初级绕组结构的位置是已知的。还已知的是次级侧天线元件10相对于次级绕组结构的位置和取向。
为了确定次级绕组结构相对于初级绕组结构是否正确对准，初级侧天线元件可以传输具有恒定信号强度的信号。这意味着初级侧天线元件可以以恒定的传输功率运行。恒定的信号强度可以经由初级单元15的初级侧通信单元17传送到次级单元16。
三个次级侧天线元件10接收由初级侧天线元件10传输的信号。次级单元16的控制单元18评估所接收的信号的信号强度。根据所传输的信号的恒定信号强度、三个次级侧天线元件10的几何布置，可以确定初级绕组结构与次级绕组结构沿着垂直方向z的距离。此外，可以确定初级绕组结构的纵向轴线x相对于次级绕组结构的纵向轴线x的取向。如果距离在预定距离间隔内并且例如成角度的形式的取向在预定的取向间隔内，则可以确定次级绕组结构相对于初级绕组结构的正确位置和取向。可以使用所述信息来实现感应式功率传输。

Claims (19)

1.一种感应式功率传输单元，其中，所述感应式功率传输单元(1)包括至少一个绕组结构(2)和至少一个磁通引导装置，其中，所述感应式功率传输单元(1)还包括至少一个天线元件(10)，
其特征在于：
所述至少一个磁通引导装置的至少一个部分是天线元件(10)的一部分。
2.根据权利要求1所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述磁通引导装置被设计为条。
3.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述天线元件(10)卷绕在所述磁通引导装置的至少一个区段上。
4.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述天线元件(10)卷绕在多个磁通引导装置的至少一个区段上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述天线元件(10)的至少一个部分在共同的投影的平面中布置在由所述绕组结构(2)包围的区域内，和/或天线元件(10)的至少一个部分在共同的投影平面中布置在由所述绕组结构(2)包围的区域外。
6.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述天线元件(10)提供低频天线。
7.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传送单元，其特征在于，所述天线元件(10)提供用于单向通信的发射机或接收机。
8.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述感应式功率传输单元(1)是用于感应式功率传输的系统(19)的次级单元(16)。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述感应式功率传输单元(1)是用于感应式功率传输的系统(19)的初级单元(15)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述感应式功率传输单元(1)还包括至少一个用于双向通信的通信单元(17)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述感应式功率传输单元(1)还包括至少一个用于操作所述至少一个天线元件(10)的控制单元(18)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的感应式功率传输单元，其特征在于，所述感应式功率传输单元(1)还包括补偿元件，所述补偿元件用于至少部分地补偿在所述天线元件(10)中由用于感应式功率传输的电磁场感应出的电压。
13.一种用于感应式功率传输的系统，其中，所述系统包括初级单元(15)和次级单元(16)，其中，所述初级单元(15)和/或所述次级单元(16)是根据权利要求1至12中任一项设计的。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述初级单元(15)包括两个天线元件(10)，所述次级单元(16)包括三个天线元件(10)。
15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述次级单元(16)包括一个天线元件(10)，所述初级单元(15)包括两个天线元件(10)。
16.一种用于感应式功率传输的系统(19)的初级单元(15)与次级单元(16)之间的通信方法，其中，所述初级单元(15)和/或所述次级单元(16)是根据权利要求1至12中任一项设计的，其中，所述单元(15、16)中的一个单元通过所述至少一个天线元件(10)向其余单元(16、15)传输信号和/或所述单元(16、15)中的一个单元通过所述至少一个天线元件(10)接收其余单元(16、15)的信号。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，次级绕组结构相对于初级绕组结构的位置和/或取向是根据所传输的和/或所接收的信号确定的。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，次级绕组结构相对于初级绕组结构的位置和/或取向是根据所接收的信号的信号强度确定的。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，至少部分地补偿在所述至少一个天线元件(10)中由用于功率传输的电磁场感应出的电压。
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