DE102019210363A1

DE102019210363A1 - Vorrichtung mit einer in einem Gehäuse angeordneten Spule und einer Beschädigungen des Gehäuse detektierenden Sensorik

Info

Publication number: DE102019210363A1
Application number: DE102019210363.4A
Authority: DE
Inventors: Urs Kalt; Andrees Beekmans; Bernhard Michel
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10; 20; 30) zum transformatorischen Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern mit einer in einem Gehäuse (11; 21; 31) angeordneten Spule (3) und einer Beschädigungen des Gehäuses (11; 21; 31) detektierenden Sensorik, wobei die Sensorik zumindest einen Sensor aus der Gruppe folgender Sensoren aufweist:Beschleunigungssensor (2), Drucksensor in einem Luftschlauch (1),Kapazitätssensor (7), Leitfähigkeitssensor in Form einer um die Spule herum angeordneten Leiterbahn (4) oder in Form einer Leiterbahnplatte, die Magnetfeldänderungen erkennt, Dehnungsmessstreifen, Feuchtigkeitssensor (2), der einen Feuchtigkeitsgradienten erkennt, Sensor zur Erkennung der Resonanzfrequenz eines Resonators, dessen Bestandteil die Spule ist, optischer Sensor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum transformatorischen Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern mit einer in einem Gehäuse angeordneten Spule und einer Beschädigungen des Gehäuse detektierenden Sensorik.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 10 2011 076 183 A1 bekannt. Dort ist das Laden eines Elektrofahrzeugs über eine kabelgebundene und eine drahtlose Verbindung, beispielsweise mittels Induktion, beschrieben. In diesem Fall erfolgt das Aufladen des Elektrofahrzeugs, indem Energie zwischen einer Ladestation und dem Elektrofahrzeug induktiv über geeignete Induktionsplatten oder sonstige Vorrichtungen übertragen wird. Dort ist ausgeführt, Stecker und Gehäuse abzudichten, sodass weder Staub noch Feuchtigkeit eindringen können. Hierzu sind entsprechende Schutzklassen, z. B. IP44, IP55, IP5x definiert, siehe z. B. das Dokument „IP Code“, erhältlich im Internet am 10. März 2011 unter http://en.wikipedia.org/wiki/ip code. Die Schutzklassen berücksichtigen Schutz vor Berührung, Eindringen von Fremdkörpern, Wasser usw. Allerdings kann eine Beschädigung des Gehäuses nicht ausgeschlossen werden, wodurch Störungen der Vorrichtung auftreten können. Deshalb wird dort das Vorsehen eines Störungsdetektors vorgeschlagen, der mindestens einen Störfaktor für die elektrische Verbindung detektiert.
Der Störungsdetektor umfasst dabei mindestens einen Feuchtigkeitssensor, insbesondere einen Materialfeuchtesensor und/oder ein Hygrometer, welcher zur Detektion von Nässe oder Feuchtigkeit auf oder in einer Boden- oder Fahrzeugplatte einer Vorrichtung zum transformatorischen Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern eingerichtet ist. Alternativ oder ergänzend kann der Störungsdetektor mindestens einen Temperatursensor umfassen, welcher für eine Messung der Temperatur der Boden- oder Fahrzeugplatte oder einer Umgebung eingerichtet ist.
Die DE 10 2012 025 272 A1 offenbart eine fahrzeugseitige Sekundärtransformatoreinrichtung für eine Anbringung an einem Kraftfahrzeug zum induktiven Koppeln mit einer Primärtransformatoreinrichtung, wobei die Sekundärtransformatoreinrichtung eine Sekundärspule umfasst, welche zumindest zum Teil in einem Gehäuse angeordnet ist. Dabei ist im Gehäuse mindestens eine in Bezug auf einen Teilchenaustausch geschlossene Aussparung angeordnet, in welcher mindestens ein Stoff in einem nicht festen Aggregatszustand eingeschlossen ist. Weiterhin umfasst die Sekundärtransformatoreinrichtung eine Messeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen in der Aussparung herrschenden Druck zu messen. Wird die Sekundärspule und somit das Gehäuse beschädigt, so kann dies anhand des Drucks in der Aussparung detektiert werden, da eine Beschädigung wie beispielsweise ein Loch oder ein Riss im Gehäuse bzw. in der geschlossenen Aussparung dazu führt, dass beispielsweise Flüssigkeit oder Gas aus der Aussparung entweicht und sich somit der Druck in der Aussparung ändert. Des Weiteren kann die dortige Messeinrichtung einen Drucksensor umfassen. Diese Ausgestaltung stellt eine besonders einfache und kompakte Möglichkeit zur Druckmessung dar. Der Drucksensor kann auch besonders einfach an einer beliebigen Stelle der geschlossenen Aussparung angeordnet sein.
Schließlich beschreibt die DE 10 2015 218 437 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Induktionsspule, insbesondere für eine Ladevorrichtung zum kabellosen Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines „Plug-in“-Hybridfahrzeugs.
Verfahrensgemäß werden zur Herstellung der Induktionsspule ein oder mehrere Spulendrähte als Spulenwicklung auf einem Trägergelege in einem leiterschleifenartigen, beispielsweise kreisförmigen Spulenverlauf verlegt, so dass eine für Induktion geeignete (Induktions-)Spule gebildet wird. Der Spulendraht wird anschließend mittels einer Anzahl von Stickdrähten auf dem Trägergelege stickbefestigt. Der Stickdraht ist aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise als dünner Kupferdraht ausgeführt, und an eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit der Induktionsspulenanordnung gekoppelt. Im Betrieb der Ladevorrichtung überwacht die Auswerteeinheit beispielsweise einen elektrischen Strom, der durch den Stickdraht fließt, und ist dazu geeignet und eingerichtet, bei einer Unterbrechung dieses Stromes eine Beschädigung der Induktionsspulenanordnung zu signalisieren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, alternative Möglichkeiten zur Detektion von Beschädigungen am Gehäuse einer Induktionsspule zum Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Demgemäß ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum transformatorischen Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern mit einer in einem Gehäuse angeordneten Spule und einer Beschädigungen des Gehäuses detektierenden Sensorik, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik zumindest einen Sensor aus der Gruppe folgender Sensoren aufweist:

Beschleunigungssensor, Drucksensor in einem Luftschlauch, Kapazitätssensor, Leitfähigkeitssensor in Form einer um die Spule herum angeordneten Leiterbahn oder in Form einer Leiterbahnplatte, die Magnetfeldänderungen erkennt, Dehnungsmessstreifen, Feuchtigkeitssensor, der einen Feuchtigkeitsgradienten erkennt, Sensor zur Erkennung der Resonanzfrequenz eines Resonators, dessen Bestandteil die Spule ist und optischer Sensor.

Dabei kann der Kapazitätssensor eingerichtet sein, eine Kapazität in dem Gehäuse zu ermitteln, wobei die Kapazität von einer Dielektrizitätskonstanten abhängt, die auf einem Flüssigkeitsstand in dem Gehäuse beruht. Wenn sich die Kapazität ändert, deutet dies auf eine Veränderung des Flüssigkeitsstands hin, was den Ein- oder Austritt von Flüssigkeit bedeutet, so dass auf eine Beschädigung des Gehäuses geschlossen werden kann. Das Gehäuse kann dabei einen Kondensator darstellen, dessen Platten durch ein erstes und ein zweites Gehäuseteil, die voneinander isoliert sind, gebildet sind.
In einer alternativen Ausführung kann der Kapazitätssensor mit einer kapazitiven Matte gebildet sein. Hierdurch kann eine starke mechanische Belastung detektiert werden.
Der optische Sensor kann in vorteilhafter Weise ein Helligkeitssensor sein. Da das Gehäuse hermetisch dicht ist, kann im intakten Zustand kein Licht eindringen. Falls der Helligkeitssensor anspricht, kann auf eine Beschädigung geschlossen werden.
Der optische Sensor kann in einer anderen Ausführungsform auch ein Rauchsensor sein. Es kann also das Vorhandensein von lichtdämpfenden Gasen oder Feststoffen in der Luft festgestellt werden.
Ein erfindungsgemäßer Feuchtigkeitssensor misst nicht nur die relative Luftfeuchtigkeit. Da diese sich mit der Temperatur ändert, müsste diese in komplexer Weise mit eingebunden werden. Statt dessen wird die zeitliche Änderung (hier als Gradient bezeichnet) ermittelt und somit auf genauere Weise auf Ein- oder Ausdringen von Feuchtigkeit geschlossen.
Der in einem Luftschlauch ausgebildete Drucksensor kann in einer vorteilhaften Weiterbildung eingerichtet sein, einen Luftdruckgradienten zu ermitteln.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit drei verschiedenen Sensoren,
2 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei verschiedenen Sensoren, und
3 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Sensor.

Die 1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum transformatorischen Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern in Form einer Bodenplatte oder einer fahrzeugseitigen Platte, die geeignet ist, ein magnetisches Wechselfeld beispielsweise im Fall einer Bodenplatte mittels einer Spule 3 (siehe 2) zu erzeugen, wobei dieses magnetische Wechselfeld dann von einer fahrzeugseitigen Platte aufgenommen wird, dort durch Gleichrichtung in eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom gewandelt und zur Ladung eines fahrzeugseitigen Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie, verwendet wird.
Die Vorrichtung 10 weist dabei ein Gehäuse 11 auf, das üblicherweise hermetisch dicht ist, so dass insbesondere keine Feuchtigkeit eindringen kann. Alle Zu- und Ableitungen für beispielsweise elektrischen Strom aber auch für ein möglicherweise zur Anwendung kommendes Kühlmedium müssen daher gut abgedichtet sein.
Falls das Gehäuse 11 eine Beschädigung aufweist, kann beispielsweise Feuchtigkeit oder gar Wasser aber auch sonstige Verunreinigungen eindringen, was die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung beeinträchtigen kann. Es ist daher erforderlich, eine solche Beschädigung zu erkennen und gegebenenfalls Vorkehrungen zu treffen, beispielsweise die zu übertragende Leistung zu reduzieren oder die Energieübertragung gar ganz abzuschalten.
Um eine solche Beschädigung zu erkennen, ist in erfindungsgemäßer Weise in dem Gehäuse 11 eine Sensorik vorgesehen, die im in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Drucksensor in einem Luftschlauch 1 und einen Beschleunigungssensor und/oder einen Feuchtigkeitssensor 2, der einen Feuchtigkeitsgradienten erkennt, umfasst. Es ist also eine Sensorik vorgesehen, die mit einer Kombination aus mehreren Sensoren gebildet ist.
Sowohl der Drucksensor in einem Luftschlauch 1 als auch der Feuchtigkeitssensor 2 können dabei eine Änderung des Drucks beziehungsweise der Feuchtigkeit erkennen und eine (nicht dargestellte) Auswerteeinheit kann darauf schließen, dass eine Beschädigung des Gehäuses 11 vorliegt. Wenn dies mit hohen detektierten Beschleunigungen einhergeht, kann die Fehlererkennungswahrscheinlichkeit erhöht werden.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 20 mit einer anderen Kombination von Sensoren dargestellt. Hier ist in einem Gehäuse 21 eine Spule 3 angedeutet, die sowohl zum Senden als auch zum Empfangen eines magnetischen Wechselfeldes geeignet ist. Um die Spule 3 herum ist einerseits eine Leiterbahn in Form einer Leitung 4 verlegt, die an einen (nicht dargestellten) Leitfähigkeitssensor angeschlossen werden kann. Falls die Leitung 4 aufgrund einer Beschädigung des Gehäuses 21 unterbrochen wird, kann kein Strom mehr fließen, was durch den Leitfähigkeitssensor, der beispielsweise die Spannung bei eingeprägtem Strom misst, erkannt wird. Dadurch können dann die oben genannten Maßnahmen abgeleitet werden.
In der 2 ist ebenfalls ein Drucksensor in einem Luftschlauch 1 schematisch dargestellt, so dass auch hier eine Sensorik mit mehreren Sensoren vorliegt, die auf verschiedenen physikalischen Prinzipien beruhen.
In der 3 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 30 gezeigt, die in einem Gehäuse 31 ebenfalls eine Spule 3 aufweist und mit einem Kapazitätssensor 7 gebildet ist, der aufgrund eines Flüssigkeitsstandes 6 im Gehäuse 31 eine sich ändernde Kapazität im Gehäuse 31 detektiert und daher auf einen Schaden 5 (beispielsweise ein Loch im Gehäuse 31) geschlossen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011076183 A1 [0002]
DE 102012025272 A1 [0004]
DE 102015218437 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (10; 20; 30) zum transformatorischen Senden und/oder Empfangen von Energie mittels Wechselmagnetfeldern mit einer in einem Gehäuse (11; 21; 31) angeordneten Spule (3) und einer Beschädigungen des Gehäuses (11; 21; 31) detektierenden Sensorik, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik zumindest einen Sensor aus der Gruppe folgender Sensoren aufweist: Beschleunigungssensor (2), Drucksensor in einem Luftschlauch (1), Kapazitätssensor (7), Leitfähigkeitssensor in Form einer um die Spule herum angeordneten Leiterbahn (4) oder in Form einer Leiterbahnplatte, die Magnetfeldänderungen erkennt, Dehnungsm essstreifen, Feuchtigkeitssensor (2), der einen Feuchtigkeitsgradienten erkennt, Sensor zur Erkennung der Resonanzfrequenz eines Resonators, dessen Bestandteil die Spule ist, optischer Sensor.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapazitätssensor (7) eingerichtet ist, eine Kapazität in dem Gehäuse (11; 21; 31) zu ermitteln, die von einer Dielektrizitätskonstanten abhängt, die auf einem Flüssigkeitsstand (6) in dem Gehäuse (11; 21; 31) beruht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kapazitätssensor mit einer kapazitiven Matte gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor ein Helligkeitssensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor ein Rauchsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor in einem Luftschlauch eingerichtet ist, einen Luftdruckgradienten zu ermitteln.