DE102014220251A1

DE102014220251A1 - Device for inductive energy transmission with a monitoring device

Info

Publication number: DE102014220251A1
Application number: DE102014220251.5A
Authority: DE
Inventors: Oliver Brueggemann; Ralph Schertlen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2016-04-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung von einer Sendespule zu einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule, mit einer Überwachungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen Zwischenraum zwischen der Sendespule und der Empfangsspule zu überwachen, wobei zur Überwachung ein Ultrabreitband-Radar eingesetzt wird, wobei die Überwachungsvorrichtung eine Kegelantenne aufweist.The present invention relates to a device for inductive power transmission from a transmitting coil to a receiving coil spaced from the transmitting coil, comprising a monitoring device which is designed to monitor a gap between the transmitting coil and the receiving coil, wherein an ultra-wideband radar is used for monitoring, wherein the monitoring device comprises a cone antenna.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung von mindestens einer Sendespule zu mindestens einer von der Sendespule beabstandeten Empfangsspule mit einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des zwischen der mindestens einen Sendespule und der mindestens einen Empfangsspule befindlichen Luftspaltes.The present invention relates to a device for inductive energy transmission from at least one transmitting coil to at least one receiving coil spaced from the transmitting coil with a monitoring device for monitoring the air gap located between the at least one transmitting coil and the at least one receiving coil.

Stand der TechnikState of the art

Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge verfügen üblicherweise über einen elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Traktions-Batterie, die die elektrische Energie für den Antrieb bereitstellt. Ist dieser elektrische Energiespeicher ganz oder teilweise entladen, so muss das Elektrofahrzeug eine Ladestation ansteuern, an der der Energiespeicher wieder aufgeladen werden kann. Bisher ist es hierzu üblich, dass an einer solchen Ladestation das Elektrofahrzeug mittels einer Kabelverbindung an die Ladestation angeschlossen wird. Diese Verbindung muss von einem Benutzer üblicherweise manuell hergestellt werden. Dabei ist es auch erforderlich, dass Ladestation und Elektrofahrzeug ein zueinander korrespondierendes Verbindungssystem aufweisen. Electric vehicles and hybrid vehicles usually have an electrical energy storage, such as a traction battery that provides the electrical energy for propulsion. If this electrical energy store is completely or partially discharged, then the electric vehicle has to control a charging station, at which the energy store can be recharged. So far, it is customary for this purpose that the electric vehicle is connected to the charging station by means of a cable connection at such a charging station. This connection must usually be made manually by a user. It is also necessary that charging station and electric vehicle have a mutually corresponding connection system.

Ferner sind vereinzelt auch kabellose Ladesysteme für Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge bekannt. Hierzu wird ein Elektrofahrzeug über einer Spule bzw. einem Ladepad oder Ladevorrichtung abgestellt. Diese Spule sendet ein magnetisches Wechselfeld aus. Das magnetische Wechselfeld wird von einer Empfangsspule innerhalb des Fahrzeugs aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Mittels dieser elektrischen Energie kann daraufhin eine Traktions-Batterie des Fahrzeugs geladen werden. Die Druckschrift DE 10 2011 010 049 A1 offenbart ein solches System zum Laden einer Fahrzeugbatterie, bei dem die Energie induktiv übertragen wird.Furthermore, occasionally wireless charging systems for electric vehicles or hybrid vehicles are known. For this purpose, an electric vehicle is parked above a coil or a charging pad or charging device. This coil emits a magnetic alternating field. The alternating magnetic field is absorbed by a receiving coil within the vehicle and converted into electrical energy. By means of this electrical energy, a traction battery of the vehicle can then be charged. The publication DE 10 2011 010 049 A1 discloses such a system for charging a vehicle battery, in which the energy is transmitted inductively.

Weiterhin kann der Energiespeicher des Elektrofahrzeugs auch zur Rückspeisung verwendet werden. Hierzu kann ebenfalls eine Kabelverbindung oder auch eine induktive Energie- bzw. Leistungsübertragung verwendet werden.Furthermore, the energy storage of the electric vehicle can also be used for feeding back. For this purpose, a cable connection or an inductive energy or power transmission can also be used.

Bei dem kabellosen Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeuges befindet sich zwischen der Sendespule der Ladestation und der Empfangsspule in dem Fahrzeug ein Luftspalt. In the wireless charging of a battery of an electric vehicle is located between the transmitting coil of the charging station and the receiving coil in the vehicle, an air gap.

Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit von Kraftfahrzeugen beträgt dieser Luftspalt einige Zentimeter. Luftspalte in der Größe von 10–25 cm sind dabei sehr verbreitet, wenn nicht durch Maßnahmen wie Absenken der fahrzeugfesten Spule, des gesamten Fahrzeugs oder Anheben der ortsfesten Spule oder einer Kombination dieser Maßnahmen ein ideal kleiner Luftspalt erreicht wird. Aufgrund der starken magnetischen Felder, die mit relativ hohen magnetischen Flußdichten auftreten, ist zu gewährleisten, dass Lebewesen durch den Einsatz des Systems nicht gefährdet werden und Fremdkörper wie metallische Gegenstände nicht oder nicht zu stark erhitzt werden. Für das Ladesystem kritische Fremdobjekte sind für einen sicheren Betrieb zu detektieren.Due to the required ground clearance of motor vehicles, this air gap is a few centimeters. Air gaps in the size of 10-25 cm are very common, unless an ideal small air gap is achieved by measures such as lowering the vehicle-fixed coil, the entire vehicle or lifting the stationary coil or a combination of these measures. Due to the strong magnetic fields, which occur with relatively high magnetic flux densities, it must be ensured that living beings are not endangered by the use of the system and foreign bodies such as metallic objects are not or not heated too much. For the charging system critical foreign objects are to be detected for safe operation.

Ein System zur kabellosen Energieübertragung wird beispielsweise in der DE 10 2009 033 236 A1 beschrieben. Die Überwachung des Zwischenraumes bei kontaktlosem Laden erfolgt hier mittels Ultraschall-, Radar- oder Infrarot- oder elektronischer Bildsensoren. Nachteilig an dem in der DE 10 2009 033 236 A1 genannten Überwachung ist, dass sie nicht gestattet, sowohl Materialien zu durchdringen, verdeckt eingebaut werden zu können, eine hohe Distanzauflösung und somit hohe Trennfähigkeiten von Objekten zu gewährleisten, Lebewesen zu detektieren, Bewegungen zu detektieren und dabei eine geringere Abstrahlung zu gewährleisten. Die zur Überwachung eingesetzten Antennen sind in unzähligen Ausführungsformen und mit unterschiedlichsten Eigenschaften (z.B. Richtcharakteristiken) bekannt. Jedoch fehlt es nachteilig bisher neben geeigneten Systemkonzepten insbesondere an unauffällig integrierbaren Antennen, die darüber hinaus noch eine geeignete Richtcharakteristik aufweisen. A system for wireless energy transmission is used for example in the DE 10 2009 033 236 A1 described. The monitoring of the gap in contactless charging takes place here by means of ultrasonic, radar or infrared or electronic image sensors. A disadvantage of the in the DE 10 2009 033 236 A1 is that it is not allowed to penetrate both materials, to be installed concealed, to ensure a high distance resolution and thus high separation abilities of objects, to detect living things, to detect movements and thereby to ensure a lower radiation. The antennas used for monitoring are known in innumerable embodiments and with very different properties (eg directional characteristics). However, it has been disadvantageously disadvantageous in addition to suitable system concepts in particular inconspicuous integrable antennas, which also have a suitable directional characteristics.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer geeigneten Antennen für eine induktive Energieübertragungsvorrichtung, mit der zuverlässig ein Gegenstand, ein Lebewesen oder auch Bewegungen in dem Übertragungsbereich der induktiven Energieübertragungsstrecke erkannt werden können, die dabei klein gebaut und verdeckt bzw. unauffällig verbaut werden kann.There is therefore a need for a suitable antenna for an inductive energy transmission device, with the reliably an object, a living being or even movements in the transmission range of the inductive energy transmission path can be detected, which can be built small and concealed or inconspicuously installed.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, die Überwachung des Bereichs des streufeldrelevanten Raumes um die Spulen zu ermöglichen. The device according to the invention with the characterizing part of claim 1 has the advantage of enabling the monitoring of the area of the stray field relevant space around the coils.

Erfindungsgemäß ist dazu eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung vorgesehen, die mindestens eine Sendespule und eine von der mindestens einen Sendespule beabstandete mindestens eine Empfangsspule und eine Überwachungsvorrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen Zwischenraum zwischen der mindestens einen Sendespule und der mindestens einen Empfangsspule zu überwachen, wobei zur Überwachung ein Radar, vorzugsweise ein Ultrabreitband-Radar eingesetzt wird, wobei die Überwachungsvorrichtung mindestens eine Kegelantenne aufweist. Kegelantennen weisen eine hohe Bandbreite auf, was für den Einsatz von Radar (bzw. Ultrabreitband-Radar) von Vorteil ist. Zusätzlich lassen sie sich einfach montieren. Des Weiteren besitzen sie ein Richtdiagramm in Eierform und zeichnen sich durch niedrige Bauhöhe aus, was einen unauffälligen bzw. verdeckten Einbau ermöglicht. Sie sind in unterschiedlichen Umgebungen elektrisch und mechanisch robust und lassen sich sehr einfach herstellen, indem sie beispielsweise durch einen Blechmantel geformt werden oder Kunststoff bedampft wird. Sie lassen sich auch massiv durch tiefgefräste Kegel realisieren.According to the invention, an apparatus for inductive energy transmission is provided for this purpose, which has at least one transmitting coil and at least one receiving coil and a monitoring device spaced from the at least one transmitting coil and a monitoring device which is designed to monitor a gap between the at least one transmitting coil and the at least one receiving coil. wherein for monitoring a radar, preferably an ultra-wideband radar is used, wherein the monitoring device at least has a cone antenna. Cone antennas have a high bandwidth, which is advantageous for the use of radar (or ultra-wideband radar). In addition, they are easy to assemble. Furthermore, they have a directional diagram in egg form and are characterized by low height, which allows an unobtrusive or hidden installation. They are electrically and mechanically robust in different environments and can be produced very easily, for example by being formed by a sheet-metal jacket or by plastic steaming. They can also be massively realized by deep-cut cones.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. The measures mentioned in the dependent claims advantageous refinements of the method specified in the independent claim are possible.

Vorteilhaft kontaktiert die mindestens eine Kegelantenne mit ihrer Kegelspitze ein Dielektrikum, welches sich auf einer Massefläche befindet. Alternativ kann die Kegelspitze mit Luft in Kontakt stehen. Die Kegelantenne wird über die Kegelspitze – auch als Fußpunkt oder Einspeisepunkt bezeichnet – gespeist. Der Kegel der Kegelantenne öffnet sich trichterförmig nach oben. Dieser Aufbau gewährleistet vorteilhaft die Breitbandigkeit bzw. hohe Bandbreite der Kegelantenne. Durch Variation der Höhe der Kegelspitze über der Massefläche lässt sich eine gute und einfache Anpassung vorteilhaft vornehmen.Advantageously, the at least one cone antenna contacts with its cone tip a dielectric, which is located on a ground plane. Alternatively, the cone tip may be in contact with air. The cone antenna is fed via the apex of the cone - also referred to as foot point or feed point. The cone of the cone antenna opens up in a funnel shape. This structure advantageously ensures the wideband or high bandwidth of the cone antenna. By varying the height of the apex of the cone over the ground surface, a good and simple adaptation can be advantageously carried out.

Weiterhin ist vorteilhaft, dass eine Zentralachse der mindestens einen Kegelantenne gegenüber einer Flächennormalen der Massefläche geneigt ist. Die sich daraus ergebende geneigte Kegelantenne besitzt die für den Anwendungsfall gewünschte eierförmige Charakteristik mit einem kleinen Antennengewinn von ca. 4dB in Neigungsrichtung; hat somit eine azimutale Vorzugsrichtung. Furthermore, it is advantageous that a central axis of the at least one cone antenna is inclined relative to a surface normal of the ground plane. The resulting tapered cone antenna has the desired egg-shaped characteristic for the application with a small antenna gain of about 4dB in the tilt direction; thus has an azimuthal preferred direction.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Kegelantenne auf dem Boden unterhalb des Fahrzeugs angebracht. Unabhängig vom Fahrzeugtyp kann somit eine Anordnung einer oder mehrerer Antennen realisiert werden, die stets eine an die Ladevorrichtung angepasste Überwachung des Zwischenraumes gewährleistet. In a further advantageous embodiment, the at least one cone antenna is mounted on the ground below the vehicle. Regardless of the type of vehicle can thus be realized an arrangement of one or more antennas, which always ensures a matched to the charging device monitoring of the gap.

Weiterhin ist vorteilhaft, mindestens eine Kegelantenne am Fahrzeugunterboden anzubringen. Bei dieser Anordnung hingegen ist die Überwachung des Luftspaltes zwischen Sende- und Empfangsspule unabhängig von der jeweiligen im Boden verbauten Sendespule und wird quasi "dauerhaft mitgeführt". Furthermore, it is advantageous to attach at least one cone antenna to the vehicle underbody. In this arrangement, however, the monitoring of the air gap between transmitting and receiving coil is independent of the respective built-in ground coil and is quasi "permanently entrained".

In einer vorteilhaften weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Kegelantenne am Fahrzeugunterboden und mindestens eine Kegelantenne am Boden unterhalb des Fahrzeugs angebracht. In an advantageous further embodiment, at least one cone antenna is mounted on the vehicle underbody and at least one cone antenna is mounted on the ground underneath the vehicle.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention. Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs und einer Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung; 1 a schematic representation of a vehicle and a device for inductive energy transfer;

2: eine schematische Darstellung einer Kegelantenne; 2 a schematic representation of a cone antenna;

3: eine schematische Darstellung eines Richtdiagramms einer Kegelantenne; 3 a schematic representation of a directional diagram of a cone antenna;

4: eine schematische Darstellung eines möglichen Systemaufbaus; 4 a schematic representation of a possible system structure;

5: eine schematische Darstellung des Ausleuchtbereichs einer singulären Kegelantenne; 5 a schematic representation of the footprint of a singular cone antenna;

6: eine schematische Darstellung des ausgeleuchteten Bereichs von vier Kegelantennen. 6 : a schematic representation of the illuminated area of four cone antennas.

Die in den Figuren dargestellten Zeichnungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht notwendigerweise maßstabsgetreu abgebildet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleichwirkende Komponenten.The drawings shown in the figures are not necessarily drawn to scale for the sake of clarity. Like reference numerals generally designate like or equivalent components.

1 zeigt ein Fahrzeug 23, das über einer Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung 10 (induktiven Ladestation) abgestellt ist. Das Fahrzeug 23 ist dabei so abgestellt, dass die Empfangsspule 12 des Fahrzeugs 23 über der Sendespule 11 angeordnet ist. Aufgrund der erforderlichen Bodenfreiheit des Fahrzeugs 23 besteht dabei zwischen dem Boden 21, in dem die Sendespule 11 angeordnet ist bzw. auf dem die Sendespule 11 z.B. als Ladepad aufgelegt ist und dem Fahrzeugunterboden 22 des Fahrzeugs 23, in dem sich die Empfangsspule 12 befindet, ein Zwischenraum 14 mit einem Luftspalt. Dieser Zwischenraum 14 mit dem Luftspalt kann dabei mehrere Zentimeter betragen. Bei heute üblichen Fahrzeugtypen sind Luftspalte zwischen 10 und 25 cm zu erwarten. Aber auch andere Größen für den Zwischenraum zwischen Boden 21 und Fahrzeugunterseite sind ebenso möglich. Dieser Zwischenraum 14 ist dabei normalerweise frei zugänglich. Daher besteht die Möglichkeit, dass in diesem Zwischenraum 14 jederzeit Lebewesen, Körperteile oder Gegenstände eindringen können. So können beispielsweise Tiere, wie Hunde, Katzen oder Mäuse, eindringen. Weiter besteht auch die Gefahr, dass aufgrund von äußeren Einflüssen Objekte, wie beispielsweise Schmutz (Metallspäne, Verpackungsmaterial, Getränkedosen, etc.) Unrat, Laub oder ähnliches, in diesen Zwischenraum 14 eindringen können. Insbesondere leicht brennbare, metallhaltige Gegenstände stellen während des induktiven Ladevorgangs dabei eine große Gefahr dar, da sich diese Gegenstände stark erwärmen und daraufhin gegebenenfalls entzünden können. 1 shows a vehicle 23 that over a device for inductive energy transfer 10 (inductive charging station) is turned off. The vehicle 23 is turned off so that the receiver coil 12 of the vehicle 23 above the transmitting coil 11 is arranged. Due to the required ground clearance of the vehicle 23 exists between the ground 21 in which the transmitting coil 11 is arranged or on which the transmitting coil 11 For example, as a charging pad is launched and the vehicle underbody 22 of the vehicle 23 in which the receiver coil 12 is located, a gap 14 with an air gap. This gap 14 with the air gap can be several centimeters. In typical vehicle types today, air gaps between 10 and 25 cm are to be expected. But other sizes for the space between the ground 21 and vehicle base are also possible. This gap 14 is usually freely accessible. Therefore, there is a possibility that in this space 14 any living thing, body parts or anytime Can penetrate objects. For example, animals such as dogs, cats or mice can invade. Further, there is also the danger that, due to external influences, objects such as dirt (metal chips, packaging material, beverage cans, etc.), debris, leaves or the like, in this space 14 can penetrate. In particular, flammable, metal-containing objects pose a great danger during the inductive charging process, since these objects heat up strongly and can then ignite if necessary.

Nachdem das Fahrzeug 23 so abgestellt wurde, dass die Empfangsspule 12 in dem Fahrzeug 23 sich über der Sendespule 11 befindet, kann das Aufladen der Traktionsbatterie 25 (hier nicht dargestellt) beginnen. Hierzu erzeugt die Sendespule 11 ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld wird von der Empfangsspule 12 aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie steht daraufhin über eine geeignete Schaltung 26 (hier nicht dargestellt) zum Aufladen der Traktionsbatterie 25 zur Verfügung. Für eine Rückspeisung elektrischer Energie vom Fahrzeug 23 in ein Energieversorgungsnetz kann auch umgekehrt die Spule im Fahrzeug 23 als Sendespule dienen, die ein magnetisches Feld erzeugt. Die Spule in der Ladestation arbeitet dann als Empfangsspule, die die Energie des magnetischen Felds empfängt und in elektrische Energie umwandelt. Diese elektrische Energie kann daraufhin in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden.After the vehicle 23 so turned off that the receiving coil 12 in the vehicle 23 above the transmitter coil 11 can, charging the traction battery 25 (not shown here) start. For this purpose, the transmission coil generates 11 a magnetic alternating field. This alternating magnetic field is from the receiving coil 12 absorbed and converted into electrical energy. This electrical energy is then via a suitable circuit 26 (not shown here) for charging the traction battery 25 to disposal. For a return of electrical energy from the vehicle 23 in a power supply network can also reverse the coil in the vehicle 23 serve as a transmitting coil that generates a magnetic field. The coil in the charging station then works as a receiving coil, which receives the energy of the magnetic field and converts it into electrical energy. This electrical energy can then be fed into a power grid.

Um während der induktiven Energieübertragung von der Sendespule 11 zu der Empfangsspule 12 sicherzustellen, dass sich in dem Zwischenraum 14 keinerlei unerwünschte Objekte (Gegenstände wie z.B. Metalle, Folien, etc. oder Lebendobjekte wie z.B. Tiere, ect.) befinden, wird dieser Zwischenraum 14 von einer Überwachungsvorrichtung 13 überwacht, die ein Radar 15 bzw. vorzugsweise ein Ultrabreitbandradar 15 ist und über mindestens eine Kegelantenne 16 verfügt. Es wird ein breitbandiges elektromagnetisches Signal ausgesendet. Dies geschieht bei Pulsradaren z.B. über das Aussenden von Pulsen, bei FSCW-Radar durch das zeitlich nacheinander erfolgende Aussenden von Signalen bei verschiedenen Frequenzen. Die ausgesendeten elektromagnetischen Wellen werden an Objekten, die sich in ihren elektrischen Eigenschaften vom Ausbreitungsmedium (z.B. Luft) unterscheiden, reflektiert. Die reflektierten Signale werden im Empfänger registriert und ihre Laufzeit bzw. Phase und Amplitude bestimmt. Über die Messung der Laufzeit und / oder Phase ist eine Entfernungsbestimmung möglich. Bevorzugt werden sehr kurze Pulse im Nanosekunden bzw. Sub-Nanosekundenbereich oder andere Signale mit einer hohen Bandbreite (GHz) ausgesendet. Hierdurch wird eine hohe Ortsauflösung im Zentimeter-Bereich erreicht. Bevorzugt wird hier der Frequenzbereich von 6 bis 8.5 GHz vorgeschlagen, der in Europa als generisches Ultrabtreitbandradar-Band freigegeben ist. Zusätzlich können elektromagnetische Wellen in verschiedenen Polarisationsrichtungen verwendet werden. Diese Informationen können genutzt werden, um ein polarimetrisches Ultrabreitbandradarsystem 13 aufzubauen, welches mit Hilfe der Polarisationsinformationen (Rückstreueigenschaften von Objekten sind neben der verwendeten Frequenz auch von der Polarisation der einfallenden elektromagnetischen Welle abhängig) eine zusätzliche Objektdiskriminierung vornimmt.To during the inductive energy transfer from the transmitting coil 11 to the receiving coil 12 make sure that in the gap 14 no unwanted objects (objects such as metals, foils, etc. or living objects such as animals, ect.) Are, this gap 14 from a monitoring device 13 monitored, which is a radar 15 or preferably an ultra-wideband radar 15 is and about at least one cone antenna 16 features. It is emitted a broadband electromagnetic signal. This happens with pulse radars eg via the emission of pulses, with FSCW radar by the successive emission of signals at different frequencies. The emitted electromagnetic waves are reflected on objects that differ in their electrical properties from the propagation medium (eg air). The reflected signals are registered in the receiver and their transit time or phase and amplitude are determined. By measuring the transit time and / or phase, a distance determination is possible. Preferably very short pulses in the nanosecond or sub-nanosecond range or other signals with a high bandwidth (GHz) are emitted. As a result, a high spatial resolution in the centimeter range is achieved. Preferably, the frequency range of 6 to 8.5 GHz is proposed here, which is released in Europe as a generic ultra-wideband radar band. In addition, electromagnetic waves in different polarization directions can be used. This information can be used to provide a polarimetric ultra wide band radar system 13 build, which uses the polarization information (backscatter properties of objects are dependent on the frequency used in addition to the polarization of the incident electromagnetic wave) additional object discrimination.

Die Detektion des Systems erfolgt mit Hilfe von Kegelantennen 16. Die Kegelantenne 16 besitzt eine Zentralachse 20 und wird zur Überwachung des Zwischenraums 14 zwischen der Sendespule 11 und der Empfangsspule 12 eingesetzt. Die Kegelantenne 16 kontaktiert mit ihrer Kegelspitze 17 ein Dielektrikum 24, welches sich auf einer Massefläche 18 befindet. Die Massefläche 18 weist eine Flächennormale auf, gegenüber der die Zentralachse 20 der Kegelantenne 16 geneigt ist. Die Kegelantenne 16 wird am Fußpunkt des umgekehrten Kegels gespeist. Der Kegel öffnet sich trichterförmig nach oben und ist an der flachen Seite nicht notwendigerweise metallisch (ein kegelförmiger Mantel um die Außenhaut eines Trichters ist ausreichend). Die Neigung der Kegelantenne 16 führt zu einer eierförmigen Richtcharakteristik mit einem kleinen Antennengewinn (ca. 4dB). Die Kegelantenne 16 kann sowohl auf dem Boden 21 als auch am Fahrzeugunterboden 22 angeordnet sein. Weiterhin ist auch eine Kombination aus einer Kegelantenne 16 am Boden 21 und einer Kegelantenne am Fahrzeugunterboden 22 möglich. Es werden mehrere Kegelantennen 16 (vorzugsweise vier) eingesetzt, die jeweils in den Ecken eines Rechtecks bzw. Quadrates angeordnet sind. Mehrere Kegelantennen 16 ermöglichen die genaue Bestimmung bzw. Eingrenzung der Position eines Fremdobjektes bzw. eines bewegten Objektes oder Lebewesens und sowohl eine laterale Auflösung bzw. Winkeltrennung und Aufteilung des Detektionsbereichs in lateraler Richtung. Die Abschätzung der Größe eines Objektes wird durch Verwendung mehrerer Kegelantennen 16 möglich. Die optional symmetrische Anordnung der Kegelantennen 16 kann genutzt werden, um z.B. einen Wasserfilm oder eine Eisschicht auf der Sendespule 11 bzw. Empfangsspule 12 auszublenden oder einen Drift der erfassten Daten z.B. durch Abtrocknen eines Wasserfilmes auf der Sendespule 11 bzw. Empfangsspule 12 nicht als Bewegungen eines Lebewesens zu werten (z.B. langsamer Drift der Messsignale mehrerer Antennen, evtl. Zeitkonstanten). Mittels mehrerer Kegelantennen 16 kann ein Fahrzeugunterboden 22 erkannt werden und bei Kalibrierung der Überwachungsvorrichtung 13 berücksichtigt werden, wobei ergänzend die hohe Ortsauflösung des Ultrabreitbandradarsystems ausgenutzt wird. Fahrzeugbewegungen (z.B. durch Ent- und Beladen oder Aussteigen) können ausgeblendet werden und werden nicht als Bewegung eines Lebewesens gewertet (z.B. gleiches Verhalten in Form von Schwingungen der Messsignale mehrerer Antennen). Weiterhin können temperaturbedingte Effekte ausgeblendet werden (z.B. langsamer Drift der Messsignale mehrerer Kegelantennen 16, evtl. Zeitkonstanten). Die Zwischenraumüberwachung kann vom Boden 21 als auch vom Fahrzeugunterboden 22 ausgehend erfolgen. Die mit den Kegelantennen 16 erfassten Signale werden bei Bedarf so geschickt miteinander verrechnet, dass der zu überwachende Zwischenraum 14 abgescannt werden kann. Darüber hinaus ist eine Bestimmung von Parametern eines Fremdobjekts möglich.The detection of the system is done with the help of cone antennas 16 , The cone antenna 16 has a central axis 20 and is used to monitor the gap 14 between the transmitter coil 11 and the receiving coil 12 used. The cone antenna 16 contacted with its cone tip 17 a dielectric 24 which is on a ground plane 18 located. The ground plane 18 has a surface normal, with respect to the central axis 20 the cone antenna 16 is inclined. The cone antenna 16 is fed at the base of the inverted cone. The cone opens upwards in a funnel shape and is not necessarily metallic on the flat side (a cone-shaped shell around the outer skin of a funnel is sufficient). The inclination of the cone antenna 16 leads to an egg-shaped directional characteristic with a small antenna gain (about 4dB). The cone antenna 16 can both on the ground 21 as well as on the vehicle underbody 22 be arranged. Furthermore, a combination of a cone antenna 16 on the ground 21 and a cone antenna on the vehicle underbody 22 possible. There are several cone antennas 16 (Preferably four) are used, which are each arranged in the corners of a rectangle or square. Several cone antennas 16 allow the exact determination or limitation of the position of a foreign object or a moving object or living thing and both a lateral resolution or angular separation and division of the detection area in the lateral direction. The estimation of the size of an object is made by using multiple cone antennas 16 possible. The optional symmetrical arrangement of the cone antennas 16 can be used to eg a water film or a layer of ice on the transmitter coil 11 or receiving coil 12 hide or drift the collected data eg by drying a water film on the transmitter coil 11 or receiving coil 12 not to be regarded as movements of a living being (eg slow drift of the measuring signals of several antennas, possibly time constants). By means of several cone antennas 16 can be a vehicle underbody 22 be detected and when calibrating the monitoring device 13 taking into account the high Spatial resolution of the ultra-wideband radar system is exploited. Vehicle movements (eg by loading and unloading or disembarking) can be hidden and are not counted as movement of a living being (eg same behavior in the form of vibrations of the measuring signals of several antennas). Furthermore, temperature-related effects can be hidden (eg slow drift of the measuring signals of several cone antennas) 16 , possibly time constants). The gap monitoring can be from the ground 21 as well as from the vehicle underbody 22 outgoing. The with the cone antennas 16 detected signals are so cleverly computed with each other that the space to be monitored 14 can be scanned. In addition, a determination of parameters of a foreign object is possible.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Kegelantenne 16. Gleiche Elemente in Bezug auf 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Die Kegelantenne 16 ist mit ihrer Kegelspitze 17 in ein Dielektrikum 24 eingebettet, welches eine Massefläche 18 kontaktiert oder steht mit Luft in Kontakt. Die Kegelantenne 16 weist eine Zentralachse 20 auf, die gegenüber der Flächennormale 19 der Massefläche 18 geneigt ist. Die Kegelantenne 16 wird am Fußpunkt gespeist, also dort, wo die Kegelspitze 17 im Dielektrikum 24 steckt oder mit Luft in Kontakt steht. 2 shows a schematic representation of a cone antenna 16 , Same elements in terms of 1 are provided with the same reference numerals and are not explained in detail. The cone antenna 16 is with her cone tip 17 in a dielectric 24 embedded, which is a mass surface 18 contacted or is in contact with air. The cone antenna 16 has a central axis 20 on, the opposite to the surface normal 19 the ground plane 18 is inclined. The cone antenna 16 is fed at the base, that is, where the apex of the cone 17 in the dielectric 24 infected or in contact with air.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Richtdiagramms einer Kegelantenne 16 aus 2. Gleiche Elemente in Bezug auf 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Die Kegelantenne 16 besitzt ein eierförmiges Richtdiagramm mit einer eierförmigen Charakteristik. Sie hat also eine azimutale Vorzugsrichtung, strahlt (bzw. empfängt) also stark im Azimut mit ausgeprägter Keule in Neigungsrichtung. 3 shows a schematic representation of a directional diagram of a cone antenna 16 out 2 , Same elements in terms of 2 are provided with the same reference numerals and are not explained in detail. The cone antenna 16 has an egg-shaped directional diagram with an egg-shaped characteristic. So it has an azimuthal preferred direction, so radiates (or receives) strongly in the azimuth with pronounced lobe in the direction of inclination.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Systemaufbaus einer Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung 10. Gleiche Elemente in Bezug auf die vorhergehenden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Dabei ist das Fahrzeug 23 über der Vorrichtung 10 abgestellt. Die Sendespule 11 (hier nicht dargestellt) ist in dem Ladepad 27 integriert (sog. Spulenbereich), welches wiederum von einem Ladepadrahmen 28 umgeben ist (sog. Infrastrukturperipherie). Das Ladepad 27 ist rechteckig aufgebaut, vorzugsweise quadratisch. In den Ecken des Ladepads 27 (vorzugsweise im Bereich des Ladepadrahmens) ist jeweils eine Kegelantenne 16 angebracht. 4 shows a schematic representation of a possible system structure of an apparatus for inductive energy transmission 10 , The same elements with respect to the preceding figures are provided with the same reference numerals and are not explained in detail. Here is the vehicle 23 over the device 10 switched off. The transmitting coil 11 (not shown here) is in the charging pad 27 integrated (so-called coil area), which in turn of a charging pad frame 28 is surrounded (so-called infrastructure periphery). The charging pad 27 is rectangular, preferably square. In the corners of the loading pad 27 (Preferably in the region of the loading pad frame) is in each case a cone antenna 16 appropriate.

5 zeigt eine schematische Darstellung des Ausleuchtbereichs 29 einer singulären Kegelantenne 16. Gleiche Elemente in Bezug auf die vorhergehenden Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht näher erläutert. Der Ausleuchtbereich 29 der in 5 dargestellten Kegelantenne 16' zeichnet sich durch eine eierförmige Richtcharakteristik aus. 5 shows a schematic representation of the illumination area 29 a singular cone antenna 16 , The same elements with respect to the preceding figures are provided with the same reference numerals and are not explained in detail. The footprint 29 the in 5 illustrated cone antenna 16 ' is characterized by an egg-shaped directional characteristic.

6 zeigt schließlich eine schematische Darstellung des ausgeleuchteten Bereichs von vier Kegelantennen 16. Dabei überlappen sich die jeweiligen Ausleuchtbereiche 29 der vier Kegelantennen 16 zu einem Überlappbereich 30, der (wie in 6 schematisch dargestellt) das Ladepad vollständig abdeckt. 6 finally shows a schematic representation of the illuminated area of four cone antennas 16 , The respective footprints overlap 29 of the four cone antennas 16 to an overlap area 30 who (as in 6 shown schematically) completely covers the charging pad.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011010049 A1 [0003]
DE 102009033236 A1 [0007, 0007]

Claims

Device for inductive energy transmission ( 10 ) of at least one transmitting coil ( 11 ) to one of the at least one transmitting coil ( 11 ) spaced at least one receiving coil ( 12 ), with a monitoring device ( 13 ), which is designed to provide a clearance ( 14 ) between the at least one transmitting coil ( 11 ) and the at least one receiving coil ( 12 ), with a radar ( 15 ), preferably an ultra-wideband radar, characterized in that the monitoring device ( 13 ) at least one cone antenna ( 16 ) having.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least one cone antenna ( 16 ) with its cone tip ( 17 ) with a dielectric ( 24 ), which is located on a ground plane ( 18 ) or in contact with air, and over the cone tip ( 17 ) is fed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a central axis ( 20 ) of the at least one cone antenna ( 16 ) against a surface normal ( 19 ) of the mass surface ( 18 ) is inclined.

Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the at least one cone antenna ( 16 ) on the ground ( 21 ) below the vehicle ( 23 ) is attached.

Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the at least one cone antenna ( 16 ) on the vehicle underbody ( 22 ) is attached.

Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that at least one cone antenna ( 16 ) on the vehicle underbody ( 22 ) and at least one cone antenna ( 16 ' ) on the ground ( 21 ) below the vehicle ( 23 ) are mounted.