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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Vorhandenseins eines elektrisch leitfähigen Körpers, mit zumindest einer Sendeeinrichtung zum Bereitstellen eines Sendesignals in Form eines magnetischen Feldes. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladeanordnung zum induktiven Laden eines Elektrofahrzeugs mit einer solchen Vorrichtung.
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Bei induktiven Ladeanordnungen für Elektrofahrzeuge werden üblicherweise Primärspulen und Sekundärspulen zum Übertragen der elektrischen Energie verwendet. Beim Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs muss verhindert werden, dass in den großen Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule elektrisch leitfähige Körper gelangen können. In Folge der Einwirkung des Ladefelds in dem Luftspalt kann der elektrisch leitfähige Körper erhitzt werden. Im schlimmsten Fall könnte es beispielsweise bei metallbeschichteten Kunststoffen oder bei metallbeschichteten Papieren zu einer Selbstentzündung des Körpers kommen.
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Um ein Vorhandensein eines elektrisch leitfähigen Körpers in dem Zwischenraum zwischen der Primärspule und der Sekundärspule überprüfen zu können, werden beispielsweise Metalldetektoren verwendet. Metalldetektoren basieren auf verschiedenen, meist induktiven Messprinzipien. Ein Einsatz dieser Metalldetektoren speziell zur Luftspaltüberwachung erfordert aber ein speziell angepasstes Vorgehen, da verhindert werden muss, dass die große Metallmasse des Fahrzeugs das Messverfahren stört. Außerdem ist eine Kalibrierung des Detektors vor der Messung, wie bei gängigen Metalldetektoren üblich, nicht ohne Weiteres umsetzbar.
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Hierzu beschreibt die
DE 44 23 661 A1 eine Suchspulenanordnung für ein induktives Suchgerät. Die Suchspulenanordnung weist eine oder mehrere Sendespulen zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfelds und im Bereich des Magnetfelds angeordnet mindestens eine Empfängerspulenanordnung auf, die eine Vielzahl von Windungen aufweist, die mehrere Spulenpaare bilden. Ein Spulenpaar weist eine Vielzahl hintereinander geschalteter Paare von in Differenz zueinander geschalteten und bezüglich der durch das Magnetfeld der Sendespule in ihnen induzierten Spannungen gleichen einzelnen Leiterschleifen auf.
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Ferner beschreibt die
DE 10 2013 219 131 A1 eine Vorrichtung zur Erkennung eines Fremdkörpers in einem Magnetfeld zur leitungslosen Energieübertragung. Jeder Spulenstapel umfasst eine Erregerspule sowie eine erste und eine zweite Messspule, wobei die Spulen in dem oder jedem ersten und zweiten Spulenstapel so zusammengeschaltet sind, dass aufgrund des zur Energieübertragung verwendeten Magnetfelds sowohl in das Erregerspulenpaar wie auch in die Messspulenpaare keine Spannung induziert wird. In das Erregerspulenpaar ist ein Erregerstrom einspeisbar, der zu einem Erregerfeld und zu einer über den Messspulen messbaren Messspannung führt, wobei die Messspannung zur Erkennung des Fremdkörpers auswertbar ist.
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Aus der
DE 10 2012 205 285 A1 ist eine Vorrichtung zur induktiven Leistungsübertragung bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Primäreinheit mit einer Primärspule und eine Sekundäreinheit mit einer Sekundärspule. Dabei erzeugt die Primärspule ein magnetisches Übertragungsfeld in einem Übertragungsbereich zwischen der Primäreinheit und der Sekundäreinheit. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Metalldetektoreinheit, die zur Detektion eines im Übertragungsbereich befindlichen metallischen Gegenstands geeignet ist.
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Die
DE 10 2012 205 283 A1 offenbart eine Vorrichtung zur induktiven Leistungsübertragung, die eine Primäreinheit mit einer Primärspule und eine Sekundäreinheit mit einer Sekundärspule umfasst und bei der die Primärspule ein magnetisches Übertragungsfeld in einem Übertragungsbereich zwischen der Primäreinheit und der Sekundäreinheit induziert. Die Vorrichtung weist eine gerade Anzahl von Detektorspulen auf, die paarweise entgegengesetzt gewickelt sind und ein Detektorpaar bilden.
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Des Weiteren offenbart die
DE 39 12 840 A1 eine Suchspulenanordnung für ein induktives Suchgerät mit einer Erregerspule zur Herstellung eines sich ändernden Magnetfelds und mit einer im Bereich des Magnetfeldes befindlichen, eine Vielzahl von Windungen aufweisenden flächenhaften Empfängerspule. Dabei ist es vorgesehen, dass zumindest die Empfängerspule in der Technik der gedruckten Schaltungen aufgebaut ist und eine Trägerschicht aus elektrisch isolierendem Material aufweist, auf der die Windungen in Form eines Leiterbandes von nebeneinander angeordneten Leiterbahnen aus elektrisch leitendem Material aufgebracht sind.
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Zudem beschreibt die
DE 694 21 204 T2 ein elektronisches Artikelüberwachungssystem, das Artikel erkennt, die elektromagnetisch ansprechende Marker tragen oder enthalten. Das System enthält eine Sendeantenne in Form einer großen Schleife aus stromführendem Material, die so eingerichtet ist, dass sie ein elektromagnetisches Abfragefeld erzeugt, wobei die Schleife so angeordnet ist, dass die Artikel die Schleife durchlaufen, wenn das System arbeitet. Zudem umfasst das System eine Empfangsantenne oder eine Anzahl Empfangsantennen, die dafür eingerichtet ist bzw. sind, eine elektromagnetische Antwort der Marker auf das Abfragefeld zu erkennen. Dabei ist es vorgesehen, dass die eine Empfangsantenne oder die Anzahl Empfangsantennen verschiebbare Einheiten sind, die in der Nähe der Sendeantenne, jedoch getrennt davon, angeordnet oder für eine Anordnung dort bestimmt sind, und dass die Empfangsantennen so betreibbar sind, dass sie ausgewählt vorbestimmte Abfragebereiche aktivieren.
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Ferner offenbart die
DE 601 06 215 T2 ein System zum Auffinden eines verborgenen Gegenstands. Das System umfasst Mittel zum Erzeugen eines ersten Signals und eines zweiten Signals aus induzierten Wirbelströmen, einschließlich eines Senders und eines Empfängers. Zudem umfasst das System ein Mittel, das feststellt, ob das erste Signal größer ist als das zweite Signal, ob das erste Signal kleiner ist als das zweite Signal und ob das erste Signal ungefähr gleich dem zweiten Signal ist.
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Schließlich beschreibt die
DE 43 33 225 A1 eine Messanordnung zum hochauflösenden Vermessen von magnetischen Körpern. Die Messanordnung besteht aus Spulen, die auf einem Träger schichtförmig aufgebracht sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie elektrisch leitfähige Körper, insbesondere bei einer Ladeanordnung für Elektrofahrzeuge, einfacher und zuverlässiger erkannt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überprüfen eines Vorhandenseins eines elektrisch leitfähigen Körpers, mit zumindest einer Sendeeinrichtung zum Bereitstellen eines Sendesignals in Form eines magnetischen Feldes, wobei die Vorrichtung zumindest eine Empfangseinrichtung zum Erzeugen eines Empfangssignals aus dem von der Sendeeinrichtung bereitgestellten und in die Empfangseinrichtung induzierten Sendesignal aufweist und die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung derart ausgebildet sind, dass sich bei einem Vorhandensein des elektrisch leitfähigen Körpers ein erstes Empfangssignal und bei einem Nichtvorhandensein des elektrisch leitfähigen Körpers ein vom ersten verschiedenes, zweites Empfangssignal in der Empfangseinrichtung in Folge des induzierten Sendesignals ausbildet.
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Mit der Vorrichtung kann das Vorhandensein eines elektrisch leitfähigen Körpers in einem vorbestimmten Umgebungsbereich der Vorrichtung überprüft werden. Die Vorrichtung kann auch dazu ausgebildet sein, einen Körper zu detektieren, der zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Insbesondere kann die Vorrichtung dafür verwendet werden, um zu überprüfen, ob sich in einem Zwischenraum zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule einer Ladeanordnung für Elektrofahrzeuge ein elektrisch leitfähiger Körper befindet. Die Vorrichtung umfasst eine Sendeeinrichtung, mit der ein Sendesignal in Form eines magnetischen Feldes ausgesendet werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Empfangseinrichtung, die das Sendesignal oder Teile davon empfangen kann. Insbesondere kann das Empfangssignal durch den elektrisch leitfähigen Körper beeinflusst werden. Diese Beeinflussung bzw. Veränderung des magnetischen Feldes kann von der Empfangseinrichtung erfasst werden. Somit kann anhand des ersten und/oder des zweiten Signals auf das Vorhandensein eines elektrisch leitfähigen Körpers im Umgebungsbereich der Empfangseinrichtung rückgeschlossen werden.
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Zudem weist die Empfangseinrichtung eine vorbestimmte Anzahl an Empfangsspulen auf, die derart zu der Sendeeinrichtung angeordnet sind, dass das Sendesignal im Wesentlichen zu gleichen Teilen in die jeweiligen Empfangsspulen induziert wird. Die Empfangseinrichtung kann zwei oder mehrere Empfangsspulen umfassen, in die jeweils das Sendesignal in Form des magnetischen Feldes gekoppelt werden kann. Die Empfangseinrichtung kann auch eine gerade Anzahl an Empfangsspulen aufweisen. Insbesondere kann in die Empfangsspulen jeweils eine elektrische Spannung induziert werden. Dabei können die Empfangsspulen derart ausgebildet sein, dass sich bei einem Nichtvorhandensein des elektrisch leitfähigen Körpers die induzierten Spannungen gegeneinander aufheben.
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Ferner sind die Empfangsspulen in einer Haupterstreckungsrichtung der Empfangseinrichtung nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Empfangsspulen können beispielsweise durch jeweilige Leiterschleifen gebildet sein. Somit kann eine Empfangseinrichtung bereitgestellt werden, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Außerdem weist die Sendeeinrichtung eine vorbestimmte Anzahl an Sendespulen auf, die in einer Haupterstreckungsrichtung der Sendeeinrichtung nebeneinander angeordnet sind. Auch die Sendeeinrichtung kann durch nebeneinander angeordnete Leiterschleifen bereitgestellt werden. Hierbei ist es auch denkbar, dass die Empfangsspulen der Empfangseinrichtung und die Sendespulen der Sendeeinrichtung baugleich ausgebildet sind. Die Sendeeinrichtung kann auch eine gerade Anzahl an Sendespulen aufweisen. Somit kann eine kostengünstige Vorrichtung zum Überprüfen eines Vorhandenseins eines metallischen Fremdkörpers bereitgestellt werden.
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Des Weiteren umfasst die Vorrichtung eine Mehrzahl von Sendeeinrichtungen und eine Mehrzahl von Empfangseinrichtungen, die so zueinander angeordnet sind, dass die Haupterstreckungsrichtungen der Sendeeinrichtungen senkrecht zu den Haupterstreckungsrichtungen der Empfangseinrichtungen liegen. Somit kann ein Array von Sendespulen und Empfangsspulen bereitgestellt werden. Durch ein entsprechendes Auslesen der Empfangsspulen kann somit die Position des elektrisch leitfähigen Körpers bezüglich der einzelnen Empfangsspulen genau erfasst werden.
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Zudem weist die Vorrichtung eine ungerade Anzahl an Sendeeinrichtungen und eine ungerade Anzahl an Empfangseinrichtungen auf. Im Grunde genommen sind die Anzahl der Sendeeinrichtungen und die Anzahl der Empfangseinrichtungen frei wählbar. Wählt man aber eine jeweils ungerade Anzahl von Sendeeinrichtungen und Empfangseinrichtungen, so kann die Leiterplatte bzw. die Sensorplatine zweifach achsensymmetrisch aufgebaut werden. Dies wirkt sich vorteilhaft aus, weil z. B. die durch das starke Ladefeld (typischerweise bei 85 kHz) induzierte Spannung in den Sende- bzw. Empfangsspulen aus Symmetriegründen Null wird, falls man die Symmetrieachsen von Metalldetektorplatine und Ladespulensystem zur Deckung bringt.
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Ferner weist die Vorrichtung eine Steuereinrichtung auf, mit der die Sendeeinrichtungen zum jeweiligen Bereitstellen des Sendesignals sequentiell ansteuerbar sind. Auf diese Weise können die einzelnen Sendeeinrichtungen der Reihe nach aktiviert werden. Durch das Auslesen aller Empfangseinrichtungen kann somit die Position eines metallischen Störkörpers genau ermittelt werden.
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Bevorzugt sind die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung derart ausgebildet, dass sich bei einem Nichtvorhandensein des elektrisch leitfähigen Körpers in der Empfangseinrichtung in Folge des induzierten Sendesignals Teilempfangssignale ausbilden, die sich in dem Empfangssignal im Wesentlichen aufheben. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können vorliegend derart ausgebildet sein, dass kein Empfangssignal mit der Empfangseinrichtung detektiert wird, falls sich der elektrisch leitfähige Körper nicht in einem Umgebungsbereich der Vorrichtung befindet.
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Die Empfangseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass in Folge des magnetischen Feldes, das von der Sendeeinrichtung erzeugt wird, Teilempfangssignale in der Empfangseinrichtung erzeugt werden. Dabei ist die Empfangseinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich diese Empfangssignale gegenseitig aufheben. Die Empfangseinrichtung kann auch derart ausgebildet sein, dass durch die Überlagerung der Teilempfangssignale ein Empfangssignal gebildet wird, das unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt. Es kann natürlich auch eine Differenz zum Empfangssignal gebildet werden, das vorherrscht, wenn sich kein leitfähiger Körper in der Umgebung der Vorrichtung befindet.
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Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung können jeweils als Spulen ausgebildet sein. So kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die zwei oder mehr magnetisch entkoppelte Spulen verwendet. Im störkörperfreien Fall sind die Spulen derart zueinander angeordnet, dass gerade kein Empfangssignal zu messen ist. Wenn der elektrisch leitfähige Körper bzw. der metallische Störkörper in den Empfangsbereich der Empfangseinrichtung eingebracht wird, können die Teilempfangssignale derart ausgebildet sein, dass sich diese in dem Empfangssignal nicht aufheben bzw. das Empfangssignal den Schwellenwert überschreitet. Auf diese Weise kann ein elektrisch leitfähiger Störkörper auf einfache und zuverlässige Weise detektiert werden.
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In einer Ausführungsform weist die Empfangseinrichtung zwischen zwei nebeneinander angeordneten Empfangsspulen einen Kreuzungspunkt auf und die Empfangseinrichtung ist so zu der Sendeeinrichtung angeordnet, dass der Kreuzungspunkt mittig zu einer der Sendespulen positioniert ist. Die Empfangseinrichtung kann mehrere Empfangsspulen aufweisen, die beispielsweise durch jeweilige Leiterschleifen ausgebildet sind. Zwischen den jeweiligen Empfangsspulen können die elektrischen Leiter derart zueinander angeordnet sein, dass sich diese kreuzen. Vorliegend können die Empfangsspulen so zu den Sendespulen angeordnet sein, dass der Kreuzungspunkt der Empfangsspulen mittig zu der Sendespule angeordnet ist. Somit kann erreicht werden, dass das elektrische Feld der Sendeeinrichtung gleichmäßig an zwei Empfangsspulen übertragen wird.
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Bevorzugt ist die Sendeeinrichtung derart ausgebildet, dass jeweils benachbarte Sendespulen entgegengesetzt gerichtete magnetische Felder bereitstellen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass sich benachbarte Sendespulen durch ihr erzeugtes magnetisches Feld gegenseitig beeinflussen.
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In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung jeweils eine Form einer zumindest einmal in sich gedrehten Leiterschleife auf. Eine Sendeeinrichtung bzw. eine Empfangseinrichtung mit zwei Sendespulen bzw. mit zwei Empfangsspulen kann dadurch bereitgestellt werden, dass eine Leiterschleife einmal in sich gedreht wird. Eine Sendeeinrichtung bzw. eine Empfangseinrichtung mit mehreren Sendespulen bzw. Empfangsspulen kann dadurch bereitgestellt werden, dass eine Leiterschleife mehrmals, das heißt an verschiedenen Positionen, in sich gedreht wird. Somit kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Sendeeinrichtung bzw. eine Empfangseinrichtung bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Sendespulen und die Empfangsspulen mittels eines Photolithographieverfahrens auf ein Trägerelement aufgebracht. Beispielsweise können die Sendespulen und die Empfangsspulen aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, gebildet sein. Diese können beispielsweise auf eine Platine aufgebracht sein. Alternativ zu dem Photolithograhieverfahren kann auch ein entsprechendes Druckverfahren verwendet werden.
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Bevorzugt weisen die Sendespulen und die Empfangsspulen jeweils Teilbereiche auf, die auf einer Oberseite des Trägerelements angeordnet sind und Teilbereiche, die auf einer Unterseite des Trägerelements angeordnet sind. Zwischen den Teilbereichen der Sendespulen bzw. der Empfangsspulen, die auf der Oberseite des Trägerelements angeordnet sind, und den Teilbereichen, die auf der Unterseite angeordnet sind, können entsprechende Durchkontaktierungen vorgesehen sein. Somit kann eine platzsparende Anordnung der Sendespulen und Empfangsspulen ohne Kurzschlüsse bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Ladeanordnung zum Laden eines Elektrofahrzeugs umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung. Die Vorrichtung ist insbesondere in einem Zwischenraum zwischen einer Primärspule und einer fahrzeugseitigen Sekundärspule angeordnet. Mit der Vorrichtung kann zuverlässig erfasst werden, ob sich ein metallischer Fremdkörper in dem Luftspalt zwischen der Primärspule und der Sekundärspule befindet.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Überprüfen eines Vorhandenseins eines elektrisch leitfähigen Körpers;
- 2 die Vorrichtung gemäß 1, in die der elektrisch leitfähige Körper eingebracht ist;
- 3 eine Ausführungsform einer Empfangseinrichtung der Vorrichtung;
- 4 eine ausschnittsweise Darstellung einer Anordnung der Sendeeinrichtung zu der Empfangseinrichtung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines Arrays, das elf Sendeeinrichtungen und elf Empfangseinrichtungen aufweist.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Überprüfen eines Vorhandenseins eines elektrisch leitfähigen Körpers 12 in einer schematischen Darstellung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Sendeeinrichtung 14, die vorliegend vereinfacht als Spule dargestellt ist. In die Spule kann ein Steuerstrom IS eingeprägt werden. Durch den Stromfluss in der Leiterschleife bildet sich ein magnetisches Feld aus. Dieses magnetische Feld dient als Sendesignal 16 der Sendeeinrichtung 14.
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Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 10 eine Empfangseinrichtung 18, die im vorliegenden Fall auch als Spule bzw. Leiterschleife ausgebildet ist. In dem gezeigten Beispiel überlagern sich die Sendeeinrichtung 14 und die Empfangseinrichtung 18 zumindest bereichsweise. In der gezeigten Anordnung kann durch eine geeignete Überlagerung der beiden Spulen erreicht werden, dass das Empfangssignal UE den Wert Null annimmt. Somit können zwei voneinander entkoppelte Spulen bereitgestellt werden, von denen eine als Sender und die andere als Empfänger dient. Für den Fall, dass sich kein elektrisch leitfähiger Körper in der Umgebung der Sendeeinrichtung 14 bzw. der Empfangseinrichtung 18 befindet, wird gerade kein Empfangssignal UE an der Empfangseinrichtung erzeugt.
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2 zeigt die Vorrichtung 10 gemäß 1, in die der elektrisch leitfähige Körper 12 eingebracht ist. Ist der elektrisch leitfähige Körper 12 bzw. ein metallischer Störkörper in das Sendefeld einer der Spulen eingebracht, so wird in den elektrisch leitfähigen Körper 12 ein Wirbelstrom IK induziert, der dafür sorgt, dass das resultierende Gesamtsignal der Anordnung bzw. der Vorrichtung 10 verzerrt wird. Infolgedessen wird das resultierende Gesamtsignal der Anordnung in die Empfangseinrichtung 18 eingekoppelt, was wiederum eine induzierte Spannung bzw. ein Empfangssignal UE zur Folge hat, welche größer Null ist. Gegenüber resonanten Verfahren, bei denen die Änderung einer Resonanzfrequenz oder einer Güte eines Schwingkreises detektiert wird, kann das hier beschriebene Kopplungsverfahren auch nicht resonant betrieben werden. Somit kann eine deutlich verbesserte Temperaturstabilität erreicht werden. Durch die Abmessungen der Sendeeinrichtung 14 bzw. der Empfangseinrichtung 18 bzw. die Größe der Spulen wird der Detektionsbereich in z-Richtung definiert.
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Die Vorrichtung 10 kann insbesondere dafür verwendet werden, um das Vorhandensein eines elektrisch leitfähigen Körpers 12 in einem Zwischenraum zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule einer Ladeanordnung für ein Elektrofahrzeug bzw. ein Hybridfahrzeug zu erfassen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 in einen Abstellplatz der Ladeanordnung integriert sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Vorrichtung 10 fahrzeugseitig angeordnet ist. Durch die Vorrichtung 10 kann verhindert werden, dass sich metallische Gegenstände bzw. Störkörper in dem Luftspalt zwischen Primärspule und Sekundärspule befinden. Wenn beim Ladevorgang ein derartiger Störkörper vorhanden ist, kann sich dieser erhitzen. Im schlimmsten Fall können Brände entstehen.
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Bei der Verwendung von nur zwei Spulen kann aus der Größe des Empfangssignals UE nicht darauf geschlossen werden, ob die Störung nun durch einen kleinen Störkörper in geringem Abstand oder einen großen Störkörper in großem Abstand hervorgerufen wurde. Dies macht eine Abgrenzung zwischen der Erfassung eines Körpers 12 und dem Fahrzeugchassis nahezu unmöglich.
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3 zeigt eine Ausführungsform einer Empfangseinrichtung 18 in einer schematischen Darstellung. In dem vorliegenden Fall ist die Empfangseinrichtung 18 aus einer Leiterschleife gebildet. Sie umfasst vier Empfangsspulen 20, die in einer Haupterstreckungsrichtung hE der Empfangseinrichtung 18 nebeneinander angeordnet sind. Die Empfangseinrichtung 18 ist aus der Leiterschleife dadurch gebildet, dass diese viermal in sich gedreht ist. Somit weist die Empfangseinrichtung 18 zwischen den Empfangsspulen 20 jeweils einen Kreuzungspunkt 22 auf, an dem sich die Leiterbahnen überlagern aber keine elektrische Verbindung aufweisen.
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Die in 3 dargestellte Empfangseinrichtung 18 weist also vier Empfangsspulen 20 auf, die auch als „Loops“ bezeichnet werden können. Zudem weist sie vier Strukturen auf, die die Form eines Schmetterlings aufweisen. Diese Strukturen umfassen jeweils einen Kreuzungspunkt 22.
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Die Sendeeinrichtung 14 kann im Wesentlichen baugleich zu der Empfangseinrichtung 18 ausgebildet sein. Das heißt die Sendeeinrichtung 14 kann ebenfalls aus einer Leiterschleife gebildet sein, die mehrmals in sich gedreht ist, so dass jeweilige Sendespulen 24 und zwischen den Sendespulen 24 angeordnete Kreuzungspunkte 26 gebildet werden. Die Sendespulen 24 sind dabei entlang der Haupterstreckungsrichtung hS der Sendeeinrichtung 14 nebeneinander angeordnet.
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4 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Anordnung der Sendeeinrichtung 14 zu der Empfangseinrichtung 18. Hierbei sind die Sendeeinrichtung 14 und die Empfangseinrichtung 18 derart zueinander angeordnet, dass die Haupterstreckungsrichtung hE der Empfangseinrichtung 18 senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung hS der Sendeeinrichtung 14 angeordnet ist. Zudem ist der Kreuzungspunkt 22 der Empfangseinrichtung 18 mittig zu der Sendespule 24 der Sendeeinrichtung 14 angeordnet. Wenn die Sendespule 24 durch elektrischen Strom IS durchflossen wird, bildet sich das Sendesignal 16 in Form eines magnetischen Feldes aus. Durch die Anordnung der Sendespule 24 zu den beiden Empfangsspulen 20 wird das magnetische Feld in beide Empfangsspulen zu gleichen Teilen eingekoppelt. Dadurch, dass die Leiterschleife, die die Empfangsspulen 20 bildet, in dem Kreuzungspunkt 22 verdreht ist, bilden sich in den beiden Empfangsspulen 20 als Teilempfangssignale jeweils induzierte Spannungen aus, die sich gegenseitig aufheben. Somit kann an einem äußeren Spannungsabgriff das Empfangssignal UE abgegriffen werden, das im Wesentlichen den Wert Null aufweist bzw. unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines Arrays, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel elf Sendeeinrichtungen 14 und elf Empfangseinrichtungen 18 aufweist. Ein derartiges Array bietet eine deutlich größere Anzahl an wechselseitig entkoppelten Spulen, die es erlauben, zusätzlich eine Größeninformation für den Körper 12 bzw. das Störobjekt abzuleiten. Dabei sind die jeweiligen Empfangseinrichtungen 18 und Sendeeinrichtungen 14 analog zu einander ausgebildet.
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Die Sendeeinrichtungen 14 und die Empfangseinrichtungen 18 sind dabei so zueinander angeordnet, dass eine Mehrzahl von Sende-Empfangspaaren gebildet wird. Jedes Sende-Empfangspaar besteht dabei immer aus einer schleifenförmigen Antenne („Loop“-Antenne) und einer schmetterlingsförmigen Antenne („Butterfly“-Antenne), die geometrisch so übereinander liegen, dass sie magnetisch entkoppelt sind.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Sendeeinrichtungen 14 und die Empfangseinrichtungen 18 durch ein entsprechendes Lithographieverfahren auf ein Trägerelement 28 aufgebracht. Vorliegend repräsentieren die durchgezogenen Linien Leiterbahnen, die sich auf der Oberseite des Trägerelements 28 befinden. Die gestrichelten Linien repräsentieren Leiterbahnen, die sich auf der Unterseite des Trägerelements 28 befinden. Das Trägerelement 28 kann insbesondere eine Platine sein.
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Die Sendeeinrichtungen 14 sind so zu den Empfangseinrichtungen 18 angeordnet, dass die jeweiligen Haupterstreckungsrichtungen hS der Sendeeinrichtungen 14 senkrecht zu den jeweiligen Haupterstreckungsrichtungen hE der Empfangseinrichtungen 18 angeordnet sind. Es handelt sich also um senkrechte und waagrechte längliche Spulen, die in dem Beispiel der hier gezeigten 11x11 Anordnung jeweils fünfmal bzw. sechsmal in sich gedreht sind. Damit ist allein durch die Geometrie gegeben, dass jede waagrechte Empfangseinrichtung 18 von allen elf senkrechten Sendeeinrichtungen 14 und auch jede senkrechte Sendeeinrichtung 14 von allen elf waagrechten Empfangseinrichtungen 18 entkoppelt ist.
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Darüber hinaus ist eine Steuereinrichtung 30 vorgesehen, mit der die einzelnen Sendeeinrichtungen 14 entsprechend angesteuert werden können. Insbesondere können die Sendeeinrichtungen 14 mit dem Sendestrom IS beaufschlagt werden. Zudem ist eine Messeinrichtung 32 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Empfangssignale UE der einzelnen Empfangseinrichtungen 18 zu empfangen und gegebenenfalls entsprechend auszuwerten.
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Wird nun sequentiell jede der Sendeeinrichtungen 14 mit dem Sendestrom IS beaufschlagt und werden jeweils die elf induzierten Empfangssignale UE der Empfangseinrichtungen 18 ausgelesen, so erhält man in diesem Beispiel 121 verschiedene Messsignale. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass Driften von Sende- und Empfangselektronik sich jeweils auf ganze Zeilen- und Spaltenergebnisse auswirken kann und somit in einer automatischen Kalibrierung eliminiert werden kann. An den Endbereichen der in sich verdrehten Leiterbandstrukturen, die jeweils die Sendeeinrichtungen 14 und die Empfangseinrichtungen 18 bilden, tritt zwangsweise eine Inhomogenität auf, die eine verringerte Entkopplung zwischen Sendeeinrichtung 14 und Empfangseinrichtung 18 zur Folge haben kann. Diese lässt sich durch eine in diesem Bereich geeignete Änderung der Leiterbahnführung oder durch die Einbringung diskreter Bauelemente vermeiden.
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An Stelle der in 5 gezeigten Anordnung ist auch jede weitere Anzahl und Anordnung von Sendeeinrichtungen 14 und Empfangseinrichtungen 18 möglich. Durch die ungerade Anzahl an Sendeeinrichtungen 14 und Empfangseinrichtungen 18 ergibt sich der Vorteil, dass eine zweifach achsensymmetrische Anordnung entsteht, die besser zu einer Primärspule und/oder einer Sekundärspule einer Ladeanordnung für ein Elektrofahrzeug angeordnet werden kann.
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Die in 5 gezeigte Arraystruktur ermöglicht gegenüber herkömmlichen Metalldetektoren eine einfache Ortsauflösung und dadurch eine Unterscheidung, insbesondere zwischen einem Fahrzeugunterboden und einem tatsächlich vorhandenen elektrisch leitfähigen Körper 12 bzw. einem Störobjekt. Durch die wechselseitige Entkopplung der Sendeeinrichtung 14 und der Empfangseinrichtungen 18 kann eine ausreichende Empfindlichkeit und somit verwertbare Messsignale bereitgestellt werden. Die Anordnung in Zeilen und Spalten bietet zudem die Möglichkeit, das Driften der Sende- und Empfangselektronik im Betrieb durch entsprechende Kalibrierung zu unterbinden. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass das Trägerelement 28 bzw. die Platine nur an den Kanten kontaktiert werden kann. Somit kann auf eine eventuell störende Verdrahtung innerhalb der Platine verzichtet werden.
