DE102018214786A1

DE102018214786A1 - Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes über einer Primärspule einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung

Info

Publication number: DE102018214786A1
Application number: DE102018214786.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Romminger; Markus Stutika
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-08-30
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2020-03-05
Also published as: WO2020043486A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes (6) über einer Primärspule (2) einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit einer Bodenplatte (1), die die Primärspule (2) aufweist und einem Spulenträger (3) mit darauf angeordneten Magnetfeld-Messspulen, der oberhalb der Primärspule (2) angeordnet ist, wobei Messmittel (11), die ausgebildet sind, den Strom durch und/oder die Spannung an Anschlüssen der Messspulen zu erfassen, wobei die Spannung oder der Strom aufgrund eines durch die Primärspule (2) erzeugten Magnetfeldes verursacht ist, Vergleichsmittel (12), die ausgebildet sind, die gemessenen Spannungen und/oder Ströme in den zumindest zwei Messspulen miteinander oder mit Referenzspannungen und/oder Referenzströmen zu vergleichen, und Auswertemittel (13), die ausgebildet sind, aus dem Vergleichsergebnis das Vorhandensein eines Objektes (6) über der Primärspule (2) zu ermitteln, vorgesehen sind. In erfindungsgemäßer Weise ist der Spulenträger (3) elastisch gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes über einer Primärspule einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit einer Bodenplatte, die die Primärspule aufweist und einem Spulenträger mit darauf angeordneten Messspulen, der oberhalb der Primärspule angeordnet ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 10 2009 033 237 A1 bekannt.
Bei der bekannten Vorrichtung sind die Messspulen in einer größeren Anzahl in einer Matrix angeordnet und bedecken nahezu die gesamte, durch die Primärspule eingenommene Fläche. Sie dienen der Erkennung von sich oberhalb dieser Fläche befindenden metallischen Objekten und werden zu diesem Zweck zu Zeitpunkten, zu denen die Primärspule nicht bestromt ist, mit einem Strom beaufschlagt und es wird die Impedanz der Messspulen ermittelt. Diese hat einen anderen Wert, wenn sich ein metallisches Objekt in einem Raum oberhalb der Primärspule befindet, als bei einem freien Raum. Da sich die Impedanz der Messspulen, in deren Bereich sich das Objekt befindet, stärker ändert, kann nicht nur das Vorhandensein eines solchen Objekts erkannt werden, sondern auch seine Position innerhalb des Raumes.
Allerdings kann eine solche Detektion nur stattfinden, wenn kein durch die Primärspule erzeugtes Magnetfeld die Impedanzmessung beeinflusst, wenn also die Primärspule nicht bestromt ist und außerdem ist eine aufwändige Auswertevorrichtung erforderlich, da die Messspulen aktiv bestromt werden müssen. Zudem muss für eine Detektion von Fremdobjekten mit einer ausreichenden Ortsauflösung eine flächendeckende größere Anzahl von Messspulen vorgesehen sein.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, für die Detektion eines Objektes oberhalb einer Primärspule bei einer induktiven Energieübertragung eine Vorrichtung anzugeben, die mit wenig Aufwand und damit kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demnach ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes über einer Primärspule einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit einer Bodenplatte, die die Primärspule aufweist und einem Spulenträger mit darauf angeordneten Magnetfeld-Messspulen, der oberhalb der Primärspule angeordnet ist, sowie mit Messmitteln gebildet, die ausgebildet sind, den Strom durch und/oder die Spannung an Anschlüssen der Messspulen zu erfassen, wobei die Spannung oder der Strom aufgrund eines durch die Primärspule erzeugten Magnetfeldes verursacht ist. Die Vorrichtung weist ferner Vergleichsmittel auf, die ausgebildet sind, die gemessenen Spannungen und/oder Ströme in den zumindest zwei Messspulen miteinander oder mit Referenzspannungen und/oder Referenzströmen zu vergleichen, sowie Auswertemittel, die ausgebildet sind, aus dem Vergleichsergebnis das Vorhandensein eines Objektes über der Primärspule zu ermitteln. Der Spulenträger ist in erfindungsgemäßer Weise elastisch gelagert.
Die Messspulen werden also zur Erkennung von nicht-metallischen Objekten nicht aktiv bestromt, sondern das Magnetfeld der Primärspule induziert Spannungen in den Messspulen, die von der Lage der Messspulen beeinflusst sind. Da der Spulenträger elastisch gelagert ist, verkippen die Messspulen bei einer unsymmetrischen Belastung des Spulenträgers durch ein sich darauf befindendes Objekt oder werden näher zu der Primärspule gedrückt, so dass aus den induzierten Spannungen auf ein Objekt oberhalb der Primärspule, das auf dem Spulenträger liegt oder, im Falle eines lebenden Objektes wie beispielsweise einer Katze, sitzt, geschlossen werden kann.
Die induzierten Spannungen der Messspulen verändern sich, wenn sich die Lage der Messspulen im Magnetfeld der Primärspule verändert.
Wenn die Messspulen mit einem Widerstand abgeschlossen sind, kann aus der daran abfallenden Spannung auf den in den Messspulen fließenden Strom geschlossen werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Spulenträger auf Federelementen gelagert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Messspulen planare Spulen, die in einer weiteren Weiterbildung auf einer Folie aufgedruckt sind.
Dies erlaubt eine geringe Bauhöhe und ggf. einfache Herstellung, was beim induktiven Laden von Fahrzeugbatterien von großem Vorteil ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass bereits existierende Messspulen, die z.B. zur Fahrzeugpositionserkennung oder zur Erkennung von metallischen Objekten verwendet werden, durch die erfindungsgemäße elastische Lagerung auch zur Detektion von nicht-metallischen, insbesondere lebenden Objekten verwendet werden können.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen

1 eine erste schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
2 eine zweite schematische Darstellung der Vorrichtung bei Belastung mit einem Objekt.

In der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes 6 über einer Primärspule 2 ist die Primärspule in einem Gehäuse verbaut, das auf einer Bodenplatte 1 liegt. Es wäre genauso gut möglich, das Gehäuse innerhalb der Bodenplatte 1 zu verlegen. Oberhalb der Primärspule 2 ist ein Spulenträger 3 elastisch gelagert, wobei er in den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 mittels Federelementen 5 oberhalb der Primärspule 2 angeordnet ist.
Auf dem Spulenträger 3 sollen eine Anzahl von Messspulen ausgebildet sein, was in den 1 und 2 nicht dargestellt ist, die beispielsweise als planare Spulen auf einer Folie ausgebildet sein können. Ein Beispiel für solche planare Spulen ist in der DE 10 2009 033 237 A1 angegeben.
Oberhalb des Spulenträgers 3 ist eine Abdeckung 4 vorgesehen, die einen Schutz für die Messspulen auf dem Spulenträger 3 bilden soll. Die Messspulen auf dem Spulenträger 3 sind über eine Leitung 15 mit einer Steuereinheit 10 verbunden, die ihrerseits wiederum über Leitungen 14 einen Steuerstrom an die Primärspule 2 liefert.
Die Steuereinheit 10 beinhaltet Messmittel 11, die die Spannungen an den Messspulen oder die darin fließenden Ströme aufgrund einer durch das Magnetfeld der Primärspule 2 induzierten Spannungen in den Messspulen erfassen. Die Steuereinheit 10 enthält außerdem Vergleichsmittel, die die erfassten Spannungen und/oder Ströme mit erwarteten Spannungen bzw. Strömen vergleicht und schließlich Auswertemittel 13, die abhängig vom Abweichen der erfassten Spannungen und/oder Ströme von den Referenzwerten den Steuerstrom an die Primärspule 2 unterbricht, falls aufgrund der Signale des Auswertemittels 13 ein Objekt 6 auf den Spulenträger 3 angenommen wird.
In der 2 ist ein Objekt 6 mittig auf dem Spulenträger 3 platziert, das aufgrund seines Gewichtes den Spulenträger 3 gegen die Federkraft der Federelemente 5 zur Primärspule 2 hin bewegt, sodass sich das durch die Primärspule 2 erzeugte Magnetfeld, das die Messspulen auf dem Spulenträger 3 durchdringt, ändert und folglich die induzierten Spannungen oder die dadurch fließenden Ströme verändert sind, was von der Steuereinheit 10 erfasst werden kann. Die Steuereinheit 10 ist in der Darstellung der 2 nicht nochmals gezeigt, soll jedoch selbstverständlich vorhanden sein.
Wenn das Objekt 6 nicht mittig auf dem Spulenträger 3 liegt, sondern auf einem Randbereich des Spulenträgers 3, würde der Spulenträger 3 leicht verkippen, was ebenfalls zu unterschiedlichen Spannungen in den Messspulen führen würde, wodurch ggf. sogar die Position des Objektes 6 zumindest grob bestimmt werden könnte.
Durch eine entsprechende Ausbildung der Federkraft der Federelemente 5 sowie der Empfindlichkeit der Mess- 11, Vergleichs-12 und Auswertemittel 13 in der Steuereinheit 10 kann festgelegt werden, ab welchem Gewicht ein Objekt erkannt werden soll und auch bis zu welchem Gewicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009033237 A1 [0002, 0017]

Claims

Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes (6) über einer Primärspule (2) einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit - einer Bodenplatte (1), die die Primärspule (2) aufweist und - einem Spulenträger (3) mit darauf angeordneten Magnetfeld-Messspulen, der oberhalb der Primärspule (2) angeordnet ist, gekennzeichnet durch - Messmittel (11), die ausgebildet sind, den Strom durch und/oder die Spannung an Anschlüssen der Messspulen zu erfassen, wobei die Spannung oder der Strom aufgrund eines durch die Primärspule (2) erzeugten Magnetfeldes verursacht ist, - Vergleichsmittel (12), die ausgebildet sind, die gemessenen Spannungen und/oder Ströme in den zumindest zwei Messspulen miteinander oder mit Referenzspannungen und/oder Referenzströmen zu vergleichen, und - Auswertemittel (13), die ausgebildet sind, aus dem Vergleichsergebnis das Vorhandensein eines Objektes (6) über der Primärspule (2) zu ermitteln, - wobei der Spulenträger (3) elastisch gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (3) auf Federelementen (5) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen planare Spulen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen auf einer Folie aufgedruckt sind.