DE102019209778A1

DE102019209778A1 - Vorrichtung zur fehlertoleranten Positionssensorik einer induktiven Übertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019209778A1
Application number: DE102019209778.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Woll; Thorsten Schneider; Dietrich Klauk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2021-01-07

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieübertragungseinrichtung mit einer Primärspulenanordnung und einer Sekundärspulenanordnung umfassend eine Mehrzahl Sensoren, welche mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, welche einen aktuellen Positionsversatz der Sekundärspulenanordnung zu der Primärspulenanordnung ausgibt, wobei die Energieübertragungseinrichtung mindestens einen zusätzlichen Sensor umfasst, welcher ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer fehlertoleranten Positionssensorik einer induktiven Übertragungseinrichtung
Stand der Technik
Beim drahtlosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Hilfe der induktiven Übertragung von elektrischer Energie werden Übertragungssysteme eingesetzt, die aus einer Sendespulenanordnung und einer Empfangsspulenanordnung bestehen. Die Sendespulenanordnung einer Ladestation wird dazu beispielsweise mit einer flachen Wicklung auf die Fahrbahnoberfläche gelegt oder in die Fahrbahn eingelassen. Die Empfangsspulenanordnung mit einer ebenfalls möglichst flachen Wicklung wird am Fahrzeugboden angebracht. Für den Ladevorgang wird das Fahrzeug über der Sendespulenanordnung positioniert. Diese Systeme zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines Magnetfeldes, welches von der Sendespulenanordnung ausgehend in der Empfangsspulenanordnung einen elektrischen Strom induziert, sind in ihrem Wirkungsgrad in ausgeprägter Weise von der korrekten Ausrichtung der Sende- zu der Empfangsspulenanordnung abhängig. Bei einer sehr guten Ausrichtung ergibt sich ein optimaler Koppelfaktor zwischen der Sende- und der Empfangsspulenanordnung. Bereits kleine Abweichungen von der idealen Ausrichtung führen zu einem signifikanten Abfall des Wirkungsgrades der Übertragung zwischen der Sendespulenanordnung und der Empfangsspulenanordnung. Damit ist eine große Auswirkung auf den Systemwirkungsgrad von induktiven Übertragungseinrichtungen verbunden. Die Übertragung von elektrischer Energie kann nur in eine Richtung von der Sendespulenanordnung zu der Empfangsspulenanordnung erfolgen, es kann aber auch bei entsprechenden Systemen eine Energieübertragung in beide Richtungen erfolgen.
Zum induktiven Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird die Feinpositionierung des Fahrzeuges mit der Empfangsspulenanordnung gegenüber der Sendespulenanordnung durch den Fahrer oder über ein automatisiertes Parksystem vorgenommen. Bei der Positionierung des Fahrzeugs durch den Fahrer kann dieser durch ein Assistenzsystem unterstützt werden, da die Positionierung alleine durch die Sinne und Fertigkeiten des Fahrers in der Regel nicht zu einer optimalen Ausrichtung der Sendespulenanordnung und Empfangsspulenanordnung führt. Zusätzlich kann durch die geometrische Gestaltung der Spulenanordnungen eine vergrößerte Positionstoleranz erzielt werden. Damit kann beispielsweise die Anforderung an die Positionsgenauigkeit quer zur Fahrrichtung aufgeweitet werden, während die Positionstoleranz in Fahrtrichtung aufgrund der einfacheren Positionierung des Fahrzeugs durch Vorwärts- und Rückwärtsfahrt zur Erreichung eines optimalen Koppelfaktors eng gewählt werden kann.
Bei der Unterstützung des Fahrers durch ein Assistenzsystem wird eine verbesserte Positionierungsgenauigkeit erreicht. Dazu sind allerdings zusätzliche Mess-Systeme erforderlich, welche Zusatzkosten verursachen und für den rauen Einsatz mit Kraftfahrzeugen geeignet sein müssen. Beispielsweise wird in DE 10 2014 215 350 A1 ein System vorgeschlagen, welches eine Empfangsspulenanordnung am Fahrzeug umfasst, die drei Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds der Sendespulenanordnung durch Messung erfasst. Die erfassten Magnetfeldkomponenten und die Phasenbeziehungen zu dem elektrischen Wechselstromsignal werden durch eine Auswerteeinrichtung so ausgewertet, dass eine Feinpositionierungsinformation zur Verfügung steht. Die Feinpositionierungsinformation wird als Schnittmenge der Grobpositionsinformationen ermittelt, welche die Positionsinformation der Empfangsspulenanordnung relativ zu der Sendespulenanordnung aufweist bzw. ergibt.
Weiterhin wird in der DE 10 2015 106 317 A1 eine Sendespulenanordnung vorgeschlagen, welche eine Anordnung mit einem Leitlicht umfasst. Dieses mindestens eine elektrische Leuchtelement wird verwendet, um den Positionsversatz des elektromechanischen Übertragungsgliedes anzuzeigen. Dadurch, dass an einer Oberfläche der Bodenplatte ein elektrisches Leuchtelement angeordnet ist, kann auch bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen und schlechten Witterungsverhältnissen die Position der Bodenplatte und des darin angeordneten elektromagnetischen Übertragungsgliedes von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs erkannt werden, so dass eine präzise Positionierung des Kraftfahrzeugs auf der Bodenplatte bzw. über dem elektromagnetischen Übertragungsglied und eine damit verbundene effektive Übertragung von elektromagnetischer Energie möglich ist. Das mindestens eine Leuchtelement ist verbunden mit einer Steuereinheit, welche das Leuchtelement bei Annäherung eines Fahrzeugs aktiviert bzw. nach erfolgter Positionierung wieder deaktiviert. Weiterhin ist über eine Steuereinheit eine Sensierung des Umgebungslichts zugeordnet, über welche die Intensität der Lichtleistung des Leuchtelements auf Grundlage des erfassten Umgebungslichts gesteuert wird.
Außerdem wird beispielsweise in der WO 2019/034495 A1 eine drahtlose Ladevorrichtung zum Erzeugen eines zeitlich veränderlichen Magnetflusses innerhalb einer vorgegebenen Koppelzone vorgeschlagen, welche zum Positionieren einer drahtlosen Leistungsempfangseinheit für eine induktive Leistungsübertragung vorgesehen ist, wobei eine elektromagnetische Spulenanordnung zum Erzeugen des Magnetflusses vorgesehen ist und eine elektronische Leistungssteuereinheit zum Steuern einer elektrischen Leistung ausgebildet ist, die der Spulenanordnung bereitgestellt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spulenanordnung mehrere elektromagnetische Spulen umfasst, die jeweils dazu ausgebildet sind, einen Teil des Magnetflusses in einem anderen Bereich der Koppelzone bereitzustellen, wobei die Leistungssteuereinheit dazu ausgebildet ist, die elektrische Leistung für jede der Spulen unabhängig von den übrigen Spulen zu schalten.
Bei der Positionierung von induktiven Übertragungseinrichtungen insbesondere an elektrisch angetriebenen Fahrzeugen muss dementsprechend entweder ein ungenügender Wirkungsgrad in Kauf genommen werden oder aufwendige technische Systeme zur Verfügung gestellt werden. Bei aufwendigen technischen Assistenzsysteme ist die Einschränkung zu beachten, bei Beschädigungen der Sensorik nicht mehr hilfreich zu sein und damit die Präzision der Positionierung des Fahrzeugs alleine den Sinnen und Fertigkeiten des Fahrers zu überlassen. Bei der Auswertung des Magnetflusses innerhalb der Koppelzone ist ein sehr großer technischer Aufwand in Kauf zu nehmen.
Da der Wunsch besteht, elektrisch angetriebene Fahrzeuge sehr robust und bedienerfreundlich anbieten zu können, besteht der Bedarf nach einer Positionierungseinrichtung, welche kostengünstig und robust unabhängig von Schäden an der Sensorik eine präzise Positionierung an Ladestationen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge durchführen kann, wenn dort aufgrund von Vandalismus keine zusätzlichen Mittel zur Positionierung zur Verfügung stehen.
Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Energieversorgungseinrichtung mit einer kostengünstigen Sensorik zur Verfügung zu stellen, welche trotz eines Ausfalls eines ersten Sensors in der Lage ist, eine zuverlässige Positionsangabe der aktuellen Position der Sekundärspulenanordnung zu der Primärspulenanordnung auszugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil, dass trotz eines Ausfalls eines ersten Sensors eine zuverlässige Positionsangabe des aktuellen Positionsversatzes der Sekundärspulenanordnung zu der Primärspulenanordnung ausgegeben wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieübertragung umfasst neben einer Primärspulenanordnung und einer Sekundärspulenanordnung eine Mehrzahl von Sensoren, welche mit einer Auswerteeinrichtung verbunden sind, welche einen aktuellen Positionsversatz der Sekundärspulenanordnung zu der Primärspulenanordnung ausgibt. In vorteilhafter Weise umfasst diese Vorrichtung zu Energieübertragung mindestens einen zusätzlichen Sensor, welcher ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist. Damit bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieübertragung den Vorteil, dass bei einem Ausfall eines Positionssensors durch die Nutzung der Signale des mindestens einen zusätzlichen Sensors weiterhin eine zuverlässige Positionsversatzangabe der aktuellen Position der Sekundärspulenanordnung zu der Primärspulenanordnung ausgegeben wird. Der nicht unwahrscheinliche Ausfall eines Sensors führt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in vorteilhafter Weise nicht zu einem kompletten Ausfall des Positionierungssystems. Die Auswerteeinrichtung ist durch die Nutzung der Signale des mindestens einen zusätzlichen Sensors nach wie vor in der Lage, weiterhin eine zuverlässige Positionsangabe des aktuellen Positionsversatzes auszugeben.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
In vorteilhafter Weise sind die Sensoren der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung an der Primärspulenanordnung angeordnet und an der Sekundärspulenanordnung sind Reflektoren für die Signale der Sensoren angeordnet. Bevorzugt wird ebenfalls mindestens ein zusätzlicher Reflektor an der Sekundärspulenanordnung angeordnet. Ein Ausfall eines Reflektors durch eine Beschädigung oder durch Verschmutzung führt durch die Anordnung von mindestens einem zusätzlichen Reflektor an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in vorteilhafter Weise nicht zu einem kompletten Ausfall des Positionierungssystems. Die Auswerteeinrichtung ist in vorteilhafter Weise in der Lage, durch die Nutzung der Signale des mindestens einen zusätzlichen Reflektors weiterhin eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz auszugeben. Die Ausstattung der Sekundärspulenanordnung mit rein passiven Reflektoren führt zu einer kostengünstigen Ausführung der Sekundärspulenanordnung, da keine aktiven Sensoren an der Sekundärspulenanordnung angeordnet werden müssen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Sensoren der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung an der Sekundärspulenanordnung angeordnet sind und an der Primärspulenanordnung die Reflektoren für die Signale der Sensoren angeordnet sind. Bevorzugt wird ebenfalls mindestens ein zusätzlicher Reflektor an der Primärspulenanordnung angeordnet. Es ergibt sich somit ebenfalls der große Vorteil, dass bei einem Ausfall eines Reflektors an der Primärspulenanordnung durch eine Beschädigung oder Verschmutzung aufgrund der Anordnung von mindestens einem zusätzlichen Reflektor an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in vorteilhafter Weise kein kompletter Ausfall des Positionierungssystems vorliegt. Weiterhin führt die Ausstattung der Primärspulenanordnung mit rein passiven Reflektoren zu einer kostengünstigen Ausführung der Primärspulenanordnung, da keine aktiven Sensoren an der Primärspulenanordnung angeordnet werden müssen.
Vorteilhafterweise sind die Sensoren der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung sowohl an der Primärspulenanordnung als auch an der Sekundärspulenanordnung angeordnet. Hierbei umfassen die Sensoren ebenfalls mindestens einen zusätzlichen Sensor. Von großem Vorteil ist bei der Anordnung der Sensoren sowohl an der Primärspulenanordnung als auch an der Sekundärspulenanordnung, dass hier sowohl die Signale der Sensoren an der Primärspulenanordnung als auch die Signale der Sensoren an der Sekundärspulenanordnung zur Auswertung durch die Auswerteeinrichtung zur Verfügung stehen. Ein Ausfall eines Sensors durch eine Beschädigung oder Verschmutzung führt durch die Anordnung der Sensoren an der Primärspulenanordnung als auch an der Sekundärspulenanordnung in Verbindung mit mindestens einem zusätzlichen Sensor an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in vorteilhafter Weise nicht zu einem kompletten Ausfall des Positionierungssystems. Die Auswerteeinrichtung ist in vorteilhafter Weise in der Lage, durch die Nutzung der Signale der Sensoren der Primärspulenanordnung oder der Signale der Sensoren der Sekundärspulenanordnung auch bei einem kompletten Ausfall der Sensoren einer Spulenanordnung weiterhin eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz auszugeben. Aufgrund der Ausstattung mit mindestens einem zusätzlichen Sensor ist weiterhin der Vorteil verbunden, dass durch die Anordnung von mindestens einem zusätzlichen Sensor an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung ein Ausfall eines Sensors in vorteilhafter Weise nicht zu einem kompletten Ausfall des gesamten Positionierungssystems führt. Die Auswerteeinrichtung ist in vorteilhafter Weise in der Lage, durch die Nutzung der Signale des mindestens einen zusätzlichen Sensors weiterhin eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung auszugeben.
Bevorzugt werden die Sensoren der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung so ausgeführt, dass die Sensoren sowohl Signale senden als auch empfangen können. Diese Ausführung hat den großen Vorteil, dass sowohl bei einer mit Reflektoren ausgestatteten Spulenanordnung als auch bei einer mit Sensoren ausgestatteten Spulenanordnung eine mit Sensoren, welche sowohl Signale senden als auch empfangen können, ausgerüstete Spulenanordnung eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz durch die Auswerteeinrichtung ermöglicht. Sofern beide Spulenanordnungen mit Sensoren ausgerüstet sind, welche Signale senden als auch empfangen können, ergibt sich der große Vorteil, dass selbst bei einem kompletten Ausfall der Sende- oder Empfangs-Sensorik einer Spulenanordnung weiterhin eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz zwischen der Primärspulenanordnung und der Sekundärspulenanordnung durch die Auswerteeinrichtung möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Sensoren der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung so ausgeführt, dass die Sensoren sowohl Signale senden als auch empfangen können als auch reflektieren können. Bei dieser Ausführung ergibt sich der weitere große Vorteil, dass selbst bei einem kompletten Ausfall der Sensorik einer Spulenanordnung aufgrund der Reflektion der Signale der anderen Spulenanordnung weiterhin eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz der Sekundärspulenanordnung in Bezug auf die Primärspulenanordnung durch die Auswerteeinrichtung möglich ist.
In vorteilhafter Weise senden die an der Primärspulenanordnung angeordneten Sensoren der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung Signale zur Positionsbestimmung aus, welche von den an der Sekundärspulenanordnung angeordneten Sensoren empfangen werden. Somit ist eine zuverlässige Positionsangabe der aktuellen Position der Sekundärspulenanordnung in Bezug auf die Primärspulenanordnung durch die Auswerteeinrichtung aufgrund der Signale der an der Sekundärspulenanordnung angeordneten Sensoren möglich.
In vorteilhafter Weise bietet es sich an, durch die an der Sekundärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren die Signale zur Positionsbestimmung auszusenden, welche von den an der Primärspulenanordnung angeordneten Sensoren empfangen werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige Positionsangabe der aktuellen Position der Sekundärspulenanordnung in Bezug auf die Primärspulenanordnung durch die Auswerteeinrichtung aufgrund der Signale der an der Primärspulenanordnung angeordneten Sensoren.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die an der Primärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren die Signale zur Positionsbestimmung aussenden, welche von den an der Sekundärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Reflektoren reflektiert werden und von den an der Primärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren empfangen werden. In vorteilhafter Weise übernehmen die an der Primärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren eine aktive Rolle, während an der Sekundärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Reflektoren eine passive Rolle übernehmen. Damit wird eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz der Sekundärspulenanordnung in Bezug auf die Primärspulenanordnung durch die Auswerteeinrichtung aufgrund der Signale der an der Primärspulenanordnung angeordneten Sensoren ermöglicht.
Von großem Vorteil ist es, wenn die an der Sekundärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren die Signale zur Positionsbestimmung aussenden, welche von den an der Primärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Reflektoren reflektiert werden und von den an der Sekundärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren empfangen werden. In vorteilhafter Weise übernehmen die an der Sekundärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Sensoren eine aktive Rolle, während die an der Primärspulenanordnung der erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung angeordneten Reflektoren eine passive Rolle übernehmen. Damit wird eine zuverlässige Positionsangabe mit dem aktuellen Positionsversatz der Sekundärspulenanordnung in Bezug auf die Primärspulenanordnung durch die Auswerteeinrichtung aufgrund der Signale der an der Sekundärspulenanordnung angeordneten Sensoren ermöglicht.
In vorteilhafter Weise werden die Sensoren als magneto-induktive Sensoren ausgeführt. Diese magneto-induktiven Sensoren sind anders als herkömmliche Messverfahren in der Lage, auch durch nicht ferromagnetische Materialien hindurchzumessen, insbesondere durch Metalle wie Aluminium und Edelstahl. Bei Anwendungen in rauen Umgebungen können die magento-induktiven Sensoren in vorteilhafter Weise in geschlossenen Systemen oder Gehäusen angeordnet werden. Diese Sensoren kombinieren die Nutzung von Wirbelströmen und die Messung der magnetischen Feldstärke. Damit wird eine vergleichsweise gute Linearität erzielt, die bei reiner Messung der magnetischen Feldstärke oder bei einer Messung mit Hall-Sensoren nicht zu erreichen ist.
Bevorzugt werden die Sensoren als kapazitive Sensoren ausgelegt. Dabei bilden Gegenfläche und der Sensor einen elektrischen Kondensator, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit des Abstandes verändert. Durch eine analoge oder digitale Linearisierung der Kennlinie eignet sich dieses Sensorprinzip auch für Abstände, die eigentlich aufgrund der starken Nichtlinearität des Verfahrens diesem Sensorprinzip nicht zugänglich sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden Infrarot-Sensoren eingesetzt. Durch die Verwendung von Licht sind diese Sensoren besonders störungsfrei und werden nicht wie andere Sensorkonzepte gestört. Kapazitäten oder Magnetfelder sind nicht in der Lage, diese Sensoren zu stören. Die Verwendung von Licht im nicht sichtbaren Bereich vermeidet auch die Beeinträchtigung des Wohlbefindens von Menschen während der Messung. Durch die Möglichkeit, dem Lichtstrahl Informationen aufzumodulieren, werden eindeutige Sender-Empfänger - Beziehungen geschaffen, so dass sich nebeneinanderliegende Sensoren bzw. deren Signale nicht stören.
Vorteilhaft werden die Sensoren in einer weiteren Ausführungsform als Ultraschallsensoren ausgelegt. Durch die Verwendung von Schallwellen im nicht hörbaren Bereich, den sogenannten Ultraschallwellen, sind diese Sensoren besonders störungsfrei und werden nicht wie andere Sensorkonzepte gestört. Kapazitäten oder Magnetfelder sind nicht in der Lage, diese Sensoren zu stören. Die Beeinträchtigung des Wohlbefindens von Menschen während der Messung ist ebenfalls ausgeschlossen. Durch die Modulierung der Ultraschallsignale besteht die Möglichkeit, eindeutige Sender-Empfänger - Beziehungen zu schaffen, um gegenseitige Störungen benachbarter Sensoren auszuschließen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Energieübertragungseinrichtung so ausgelegt, dass eine Energieübertragung sowohl von der Primärspulenanordnung in die Sekundärspulenanordnung als auch von der Sekundärspulenanordnung in die Primärspulenanordnung möglich ist. Damit ergibt sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, beispielsweise eine mit einer Sekundärspulenanordnung verbundene elektrische Speichereinrichtung durch eine mit einem Versorgungsnetz verbundene Primärspulenanordnung zu laden und bei Bedarf die elektrische Energie aus der mit der Sekundärspulenanordnung verbundenen elektrischen Speichereinrichtung wieder in die Primärspulenanordnung zu übertragen und in das Versorgungsnetz einzuspeisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Es zeigt:

1 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Mehrzahl Sensoren.
2 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Mehrzahl Sensoren und eine Mehrzahl Reflektoren.
3 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung umfassend eine Mehrzahl Sensoren und eine Mehrzahl Reflektoren mit teilweisen Schäden sowohl an den Sensoren als auch an den Reflektoren.

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. In 1 sind die Primärspulenanordnung 2 und die Sekundärspulenanordnung 3 mit ihrem jeweiligen flachen Gehäuse gezeigt, die Spulenwicklungen und die erforderlichen Ferrite sind nicht dargestellt. Beispielsweise kann die Primärspulenanordnung 2 in eine Fahrbahn eines Fahrzeuges eingelassen sein oder auf die Fahrbahnoberfläche aufgelegt sein. Ebenfalls kann beispielsweise die Sekundärspulenanordnung 3 an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnet sein, welches zur Aufladung des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs so mit der Sekundärspulenanordnung 3 über der Primärspulenanordnung positioniert wird, dass der Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2,3 möglichst gering ist. Durch einen möglichst geringen Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2,3 wird ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Übertragung elektrischer Energie zwischen den beiden Spulenanordnungen 2,3 erreicht.
Weiterhin umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 eine Mehrzahl Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6. Neben diesen Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6 umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 beispielhaft einen zusätzlichen Sensor SZ1.
Die Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6 sind mit der Auswerteeinheit 4 verbunden. Diese Auswerteeinheit 4 ermittelt aus den Signalen der Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6 den Positionsversatz 5 und die Ausrichtung der beiden Spulenanordnungen 2, 3 zueinander und gibt den Positionsversatz 5 aus.
Dieser Positionsversatz 5 wird von einem Fahrer oder einer Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs verwendet, das Fahrzeug in eine Position mit einem möglichst geringen Positionsversatz 5 zu manövrieren.
Weiterhin umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 in dem in 1 gezeigten Beispiel einen zusätzlichen Sensor SZ1. Dieser zusätzliche Sensor SZ1 ist ebenfalls mit der Auswerteeinheit 4 verbunden. Für die Positionsbestimmung durch die Auswerteeinheit 4 ist dieser zusätzliche Sensor SZ1 bei den üblichen Triangulationsverfahren aber nicht erforderlich. Die Positions- und Ausrichtungsbestimmung mit der Ermittlung des Positionsversatzes 5 zwischen der Primärspulenanordnung 2 und der Sekundärspulenanordnung 3 kann alleine mit Hilfe der Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6 durchgeführt werden.
Bei einem Ausfall eines der Sensoren S1, S2, S3 kann zur Positionsbestimmung mit der Ermittlung des Positionsversatzes 5 zwischen der Primärspulenanordnung 2 und der Sekundärspulenanordnung 3 der zusätzliche Sensor SZ1 verwendet werden. Somit hat ein Ausfall eines der Sensoren S1, S2, S3 keinen Ausfall der Auswerteeinheit 4 zur Folge. Das Fahrzeug kann ohne Einschränkungen positioniert werden.
Weiterhin kann bei einem Totalausfall der Sensoren S1, S2, S3 mit einem verbleibenden Sensor SZ1 noch eine Positionsbestimmung mit dem Positionsversatz 5 durchgeführt werden. Eine Bestimmung der Ausrichtung der Primärspulenanordnung 2 zu der Sekundärspulenanordnung 3 ist in diesem Fall nicht mehr möglich.
In 2 wird eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht wie in 2 aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Wie in 1 sind die Primärspulenanordnung 2 und die Sekundärspulenanordnung 3 mit ihrem jeweiligen flachen Gehäuse gezeigt, die Spulenwicklungen und die erforderlichen Ferrite sind nicht dargestellt.
Wie in 1 kann beispielsweise die Primärspulenanordnung 2 in eine Fahrbahn eines Fahrzeuges eingelassen sein oder auf die Fahrbahnoberfläche aufgelegt sein. Ebenfalls kann beispielsweise die Sekundärspulenanordnung 3 an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnet sein, welches zur Aufladung des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs so mit der Sekundärspulenanordnung 3 über der Primärspulenanordnung 2 positioniert wird, dass der Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2, 3 möglichst gering ist. Durch einen möglichst geringen Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2,3 wird ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Übertragung elektrischer Energie zwischen den beiden Spulenanordnungen 2, 3 erreicht
Weiterhin umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 eine Mehrzahl Sensoren S1, S2, S3 an der Sekundärspulenanordnung 3. Neben diesen Sensoren S1, S2, S3 umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 Reflektoren R1, R2, R3 an der Primärspulenanordnung 2 und beispielhaft einen zusätzlichen Reflektor RZ1 an der Primärspulenanordnung 2.
Die Sensoren S1, S2, S3 an der Sekundärspulenanordnung 3 sind mit der Auswerteeinheit 4 verbunden. Diese Auswerteeinheit 4 ermittelt aus den Signalen der Sensoren S1, S2, S3 die Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2, 3 zueinander und gibt diese Position 5 aus.
Diese Position 5 wird von einem Fahrer oder einer Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs verwendet, das Fahrzeug in eine Position mit einem möglichst geringen Positionsversatz 5 zu manövrieren.
Im Gegensatz zu der beispielhaften Anordnung der Energieübertragungseinrichtung 1 in 1 werden von den in 2 gezeigten Sensoren S1, S2, S3 an der Sekundärspulenanordnung 3 Signale ausgesandt, welche von den Reflektoren R1, R2, R3 an der Primärspulenanordnung 2 und dem zusätzlichen Reflektor RZ1 an der Primärspulenanordnung 2 reflektiert werden und von den Sensoren S1, S2, S3 empfangen werden.
Die Reflektoren R1, R2, R3 an der Primärspulenanordnung 2 und der zusätzliche Reflektor RZ1 an der Primärspulenanordnung 2 arbeiten passiv, somit ist keine Zuleitung zur Ansteuerung oder Signalweiterleitung erforderlich. Somit sind diese Reflektoren R1, R2, R3 und der zusätzliche Reflektor RZ1 kostengünstig. Eine denkbare Beschädigung einer der Reflektoren R1, R2, R3 an der Primärspulenanordnung 2 oder des zusätzlichen Reflektors RZ1 an der Primärspulenanordnung 2 führt zu keinem Systemausfall der Auswerteeinrichtung 4. Weiterhin verursacht eine denkbare Beschädigung eines der Reflektoren R1, R2, R3 an der Primärspulenanordnung 2 oder des zusätzlichen Reflektors RZ1 an der Primärspulenanordnung 2 keine hohen Reparaturkosten, da lediglich einfache, passive Bauteile ausgewechselt werden müssen.
Weiterhin kann die Auswerteeinrichtung 4 selbst mit nur einem funktionsfähigen Reflektor R1 oder R2 oder R3 oder RZ1 über die Nutzung der Triangulationsfunktion der Positionsversatz 5 der Sekundärspulenanordnung 3 zu der Primärspulenanordnung 2 ermitteln, wenn die Sensoren S1, S2, S3 der Sekundärspulenanordnung 3 funktionsfähig sind und sowohl Signale senden als auch empfangen können.
In 3 wird ebenfalls wie in 1 und in 2 eine erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung 1 gezeigt. Diese Energieübertragungseinrichtung 1 besteht wie in 2 aus einer Primärspulenanordnung 2 und aus einer Sekundärspulenanordnung 3. Wie in 1 sind die Primärspulenanordnung 2 und die Sekundärspulenanordnung 3 mit ihrem jeweiligen flachen Gehäuse gezeigt, die Spulenwicklungen und die erforderlichen Ferrite sind nicht dargestellt.
Ebenfalls wie in 1 und in 2 kann beispielsweise die Primärspulenanordnung 2 in eine Fahrbahn eines Fahrzeuges eingelassen sein oder auf die Fahrbahnoberfläche aufgelegt sein. Ebenfalls kann beispielsweise die Sekundärspulenanordnung 3 an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnet sein, welches zur Aufladung des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs so mit der Sekundärspulenanordnung 3 über der Primärspulenanordnung positioniert wird, dass der Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2, 3 möglichst gering ist. Durch einen möglichst geringen Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2, 3 wird ein bestmöglicher Wirkungsgrad der Übertragung elektrischer Energie zwischen den beiden Spulenanordnungen 2, 3 erreicht.
Weiterhin umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 in 3 eine Mehrzahl Sensoren S1, S2, S3, SZ1 an der Primärspulenanordnung 2. Neben diesen Sensoren S1, S2, S3, SZ1 umfasst die Energieübertragungseinrichtung 1 eine Mehrzahl Sensoren S4, S5, S6 an der Sekundärspulenanordnung 3. Die Sensoren S1, S2, S3, SZ1 an der Primärspulenanordnung 2 und die Sensoren S4, S5, S6 an der Sekundärspulenanordnung 3 sind jeweils als Sende- und Empfangssensoren ausgelegt und verfügen über reflektierende Eigenschaften, so dass jeder Sensor einen Reflektor R1, R2, R3, R4, R5, R6, RZ1 umfasst.
Die Sensoren S1, S2, S3, SZ1 an der Primärspulenanordnung 2 sind wie die Sensoren S4, S5, S6 an der Sekundärspulenanordnung 3 mit der Auswerteeinheit 4 verbunden. Diese Auswerteeinheit 4 ermittelt aus den Signalen der Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6, SZ1 den Positionsversatz 5 der beiden Spulenanordnungen 2, 3 zueinander und gibt diesen Positionsversatz 5 aus.
Dieser Positionsversatz 5 wird von einem Fahrer oder einer Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs verwendet, das Fahrzeug in eine Position mit einem möglichst geringen Positionsversatz 5 zu manövrieren.
In der in 3 gezeigten Ausstattungsvariante der Energieübertragungseinrichtung 1 sind verschiedene Betriebsarten möglich. In einer ersten Betriebsart werden alle Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6, SZ1 aktiv betrieben und empfangen jeweils die von den Sensoren der gegenseitigen Spulenanordnung ausgesandten Signale und leiten diese an die Auswerteeinheit 4 weiter. Die an der Primärspulenanordnung 2 angeordneten Sensoren S1, S2, S3, SZ1 senden Signale aus, welche von den Sensoren S4, S5, S6 empfangen und an die Auswerteinheit 4 weitergleitet werden. Weiterhin senden die an der Sekundärspulenanordnung 3 angeordneten Sensoren S4, S5, S6 Signale aus, welche von den Sensoren S1, S2, S3, SZ1 empfangen und an die Auswerteinheit 4 weitergleitet werden.
Für die Bestimmung des Positionsversatzes 5 ist der gleichzeitige Betrieb der Sensoren S1, S2, S3, SZ1 der Primärspulenanordnung 2 und der Sensoren S4, S5, S6 der Sekundärspulenanordnung 3 als aktive, aussendende Sensoren und gleichzeitig als passive, empfangende Sensoren nicht erforderlich. Der aktive Betrieb der Sensoren der Primärspulenanordnung 2 ist ausreichend, wenn die Sensoren der gegenseitigen Sekundärspulenanordnung 3 im passiven Betrieb arbeiten und die von den aktiven Sensoren der Primärspulenanordnung 2 empfangenen Signale an die Auswerteeinheit 4 weiterleiten.
Ebenso ist es im umgekehrten Fall möglich, die Sensoren der Sekundärspulenanordnung 3 aktiv zu betreiben und die Sensoren der gegenseitigen Primärspulenanordnung 2 im passiven Modus zu betreiben und die von den aktiven Sensoren der Primärspulenanordnung 3 empfangenen Signale an die Auswerteeinheit 4 weiterzuleiten.
In einer weiteren Betriebsart ist es möglich, die Sensoren S1, S2, S3, SZ1 der Primärspulenanordnung 2 gleichzeitig im aktiven und passiven Betrieb zu betreiben, und die Sensoren der gegenseitigen Sekundärspulenanordnung 3 ohne Ansteuerung als Reflektoren R4, R5, R6 zu nutzen und die von den aktiven Sensoren S1, S2, S3, SZ1 der Primärspulenanordnung 2 empfangenen Signale an die Auswerteeinheit 4 weiterzuleiten.
Im umgekehrten Fall ist es als weitere Betriebsart möglich, die Sensoren S4, S5, S6 der Sekundärspulenanordnung 3 als aktive, aussendende Sensoren und gleichzeitig als passive, empfangende Sensoren zu betreiben, und die Sensoren der Sensoren S1, S2, S3, SZ1 der gegenseitigen Primärspulenanordnung 2 ohne Ansteuerung als Reflektoren R1, R2, R3, RZ1 zu nutzen und die von den aktiven Sensoren S4, S5, S6 der Sekundärspulenanordnung 3 empfangenen Signale an die Auswerteeinheit 4 zur Bestimmung des Positionsversatzes 5 weiterzuleiten.
Eine weitere Betriebsart ergibt sich, wenn die Sensoren jeweils einer Seite teilweise ausfallen. Durch die Nutzbarkeit der Sensoren S1, S2, S3, S4, S5, S6, SZ1 als aktive, aussendende Sensoren und gleichzeitig als passive, empfangende Sensoren und ebenfalls gleichzeitig ohne Ansteuerung als Reflektoren R1, R2, R3, R4, R5, R6, RZ1 ergeben sich sehr viele Möglichkeiten des Betriebs. So kann beispielsweise an der Primärspulenanordnung 2 durch Beschädigungen der Sensoren nur der Sensor S1 als aktiver, aussendender Sensor zur Verfügung stehen und die anderen Sensoren S2, S3, SZ1 ohne Ansteuerung als Reflektoren zur Verfügung stehen. In diesem Fall kann die Auswerteeinheit 4 den Positionsversatz 5 aus den Signalen der Sensoren S4, S5, S6 der Sekundärspulenanordnung 3 ermitteln, wenn diese sowohl im sendenden als auch im empfangenden Modus betrieben werden.
Eine weitere Betriebsart ergibt sich, wenn die Sensoren S4, S5, S6 der Sekundärspulenanordnung 3 nicht vollständig zur Verfügung stehen. Nun kann die Auswerteeinheit 4 den Positionsversatz 5 aus den Signalen der noch funktionsfähigen Sensoren beider Spulenanordnungen ermitteln. Dazu ist es ausreichend, wenn insgesamt 3 sendende und 3 empfangende Sensoren zur Verfügung stehen. Die Sende- und Empfangsfunktion kann verteilt auf 2 Sensoren sein oder ein Sensor wird sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn die Reflektorfunktion eines der Reflektoren R1, R2, R3, R4, R5, R6, RZ1 zur Verfügung steht, um das Signal zu reflektieren. Diese Betriebsart lässt abhängig von der zur Verfügung stehenden Anzahl von Sensoren, den zur Verfügung stehenden Betriebsarten und der Anzahl der zur Verfügung stehenden Reflektoren eine Anzahl von Permutationen zu, welche durch die Auswerteeinheit 4 zur Ermittlung des Positionsversatzes 5 kombiniert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014215350 A1 [0004]
DE 102015106317 A1 [0005]
WO 2019/034495 A1 [0006]

Claims

Energieübertragungseinrichtung (1) mit einer Primärspulenanordnung (2) und einer Sekundärspulenanordnung (3) umfassend eine Mehrzahl Sensoren (S1..Sn), welche mit einer Auswerteeinrichtung (4) verbunden sind, welche einen aktuellen Positionsversatz (5) der Sekundärspulenanordnung (3) zu der Primärspulenanordnung (2) ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (1) mindestens einen zusätzlichen Sensor (SZ1..SZn) umfasst, welcher ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung (4) verbunden ist.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) an der Primärspulenanordnung (2) angeordnet sind und ein oder mehrere Reflektoren (R1... Rn) an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordnet sind, wobei mindestens ein zusätzlicher Reflektor (RZ1..RZn) vorhanden ist.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordnet sind und ein oder mehrere Reflektoren (R1... Rn) an der Primärspulenanordnung (2) angeordnet sind, wobei mindestens ein zusätzlicher Reflektor (RZ1..RZn) vorhanden ist.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) sowohl an der Primärspulenanordnung (2) als auch an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordnet sind.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) geeignet sind, sowohl Signale auszusenden als auch Signale zu empfangen.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) geeignet sind, Signale zu reflektieren.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Primärspulenanordnung (2) angeordneten Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) Signale aussenden und die an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordneten Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) Signale empfangen.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordneten Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) Signale aussenden und die an der Primärspulenanordnung (2) angeordneten Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) Signale empfangen.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Primärspulenanordnung (2) angeordneten Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) Signale aussenden und die von den an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordneten Reflektoren (R1... Rn), (RZ1..RZn) reflektierten Signale empfangen.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Sekundärspulenanordnung (3) angeordneten Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) Signale aussenden und die von den an der Primärspulenanordnung (2) angeordneten Reflektoren (R1... Rn), (RZ1..RZn) reflektierten Signale empfangen.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) als magneto-induktive Sensoren ausgelegt sind.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) als kapazitive Sensoren ausgelegt sind.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) als Infrarot - Sensoren ausgelegt sind.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1..Sn), (SZ1..SZn) als Ultraschall - Sensoren ausgelegt sind.
Energieübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Primärspulenanordnung (2) und der Sekundärspulenanordnung (3) bestehende Energieübertragungseinrichtung (1) eine Energieübertragung sowohl von der Primärspulenanordnung (2) in die Sekundärspulenanordnung (3) als auch von der Sekundärspulenanordnung (3) in die Primärspulenanordnung (2) durchführen kann.