DE102019212157A1

DE102019212157A1 - Überwachungssystem, induktive Ladestation und Verfahren zur Herstellung eines Überwachungssystems

Info

Publication number: DE102019212157A1
Application number: DE102019212157.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Ehrnsperger; Uwe Siart
Original assignee: Technische Universitaet Muenchen; Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Technische Universitaet Muenchen; Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2021-02-18
Also published as: WO2021028418A1

Abstract

Es wird ein Überwachungssystem für eine Vorrichtung beschrieben, die im Betrieb ein starkes Magnetfeld erzeugt, insbesondere eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge. Das Überwachungssystem weist zumindest eine Radarvorrichtung zum Überwachen eines vorbestimmten Bereichs auf, wobei die Radarvorrichtung eine Radarantenne (10) mit einer Grundplatte (1) aufweist, wobei eine leitende Struktur (2) auf einer Oberfläche der Grundplatte (1) derart gebildet ist, dass die leitende Struktur (2) keine umlaufenden Strompfade bereitstellt. Ferner wird eine Ladestation mit einem solchen Überwachungssystem sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Überwachungssystems beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der radarbasierten Überwachungssysteme, insbesondere Überwachungssysteme für Vorrichtungen, die im Betrieb starke Magnetfelder erzeugen. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge und ein Verfahren zur Herstellung eines Überwachungssystems.
Radarbasierte Überwachungssysteme können zum Beispiel verwendet werden, um einen Alarm auszulösen und/oder den Betrieb einer Maschine oder Anlage abzubrechen, wenn Menschen, Tiere oder sonstige Gegenstände in einem bestimmten Bereich detektiert werden. Falls in diesem Bereich ein Magnetfeld vorhanden ist, wie es zum Beispiel in Verbindung mit einer induktiven Ladestationen für Elektrofahrzeuge oder einem Kernspintomografen zur medizinischen Bildgebung der Fall ist, können Antennen und sonstige Elektronik in dem radarbasierten Überwachungssystem aber beschädigt oder sogar zerstört werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Überwachungssystem bereitzustellen, das auch in Anwesenheit starker Magnetfelder zuverlässig verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Überwachungssystem für eine Vorrichtung, die im Betrieb ein starkes Magnetfeld erzeugt, insbesondere eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge beschrieben. Das beschriebene Überwachungssystem weist zumindest eine Radarvorrichtung zum Überwachen eines vorbestimmten Bereichs auf, wobei die Radarvorrichtung eine Radarantenne mit einer Grundplatte aufweist, wobei eine leitende Struktur auf einer Oberfläche der Grundplatte derart gebildet ist, dass die leitende Struktur keine umlaufenden Strompfade bereitstellt.
Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, dass wenn keine umlaufenden elektrischen Ströme in der leitenden Struktur auf der Grundplatte fließen können, keine schädlichen Wirbelströme von dem Magnetfeld induziert werden können.
In diesem Dokument bezeichnet „umlaufende Strompfade“ insbesondere geschlossene Strompfade jeglicher Form um einen Punkt herum, zum Beispiel um einen Mittelpunkt an der Oberfläche der Grundplatte herum.
Die elektrisch leitende Struktur ist mit anderen Worten so ausgebildet, dass die für die Funktionalität der Antenne notwendigen Ströme aber keine umlaufenden Ströme fließen können. Anders formuliert ist der allgemeine Kern der Erfindung, dass die leitende Struktur so gestaltet ist, dass die vom Magnetfeld induzierten Wirbelströme unterbrochen werden, die Ströme der Antenne aber ungehindert fließen können. Wie die konkrete Form dann aussieht, hängt davon ab, um welches Antennenprinzip es sich handelt und welche Form das störende starke Magnetfeld hat. Die weiter unten beschriebene Monopolantenne mit radialen leitenden Streifen ist somit nur ein Ausführungsbeispiel dieser grundlegenden Idee, das dem konkreten Anwendungsfall angepasst ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die leitende Struktur eine Mehrzahl von leitenden Streifen auf. Die leitenden Streifen sind so geformt, angeordnet, ausgerichtet und miteinander verbunden, dass die elektrische Struktur ihre elektrische Funktionalität als Teil der Radarantenne erfüllen kann und gleichzeitig keine umlaufenden Strompfade bilden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erstrecken die leitenden Streifen sich von einem gemeinsamen Punkt im mittleren Bereich der Grundplatte radial nach außen. Die leitenden Streifen bilden mit anderen Worten eine Struktur, die ähnlich einer Speichenstruktur eines Rades ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die leitenden Streifen am gemeinsamen Punkt elektrisch miteinander verbunden. Die leitenden Streifen bilden somit insgesamt eine zusammenhängende elektrisch leitende Fläche.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die leitenden Streifen eine radial nach außen zunehmende Breite auf. Mit anderen Worten nimmt die Breite jedes Streifens mit zunehmendem Abstand von dem gemeinsamen Punkt zu.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die leitenden Streifen durch isolierende Schlitze voneinander getrennt. Die trennenden Schlitze können insbesondere durch Entfernen von leitendem Material gebildet werden. Eventuell kann zusätzliches isolierendes Material in die Schlitze angebracht werden, um die isolierende Wirkung zu verbessern. In den meisten Fällen reicht es aber aus, Teile des leitenden Materials zu entfernen, zum Beispiel durch Ätzen oder mit einem Laser.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Induktive Ladestation, insbesondere für Elektrofahrzeuge, beschrieben. Die Station kann auch zum Laden anderer elektrischen Maschinen und Einheiten oder zur reinen induktiven Energieübertragung genutzt werden, generell für alle Anlagen bei denen hohe Magnetfelder erzeugt werden. Die Ladestation weist eine induktive Ladevorrichtung, die zum Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Ladebereich eingerichtet ist, und ein Überwachungssystem gemäß dem ersten Aspekt oder einer der obigen Ausführungsformen auf, wobei das Überwachungssystem zum Überwachen des Ladebereichs konfiguriert ist. Das System kann auch für Ladevorgänge bei Fahrzeugen (PKW, LKW) während der Fahrt benutzt werden. Hierbei kann das Radarsystem, neben dem Aspekt der Überwachungseinheit, eingesetzt werden, um ein herannahendes Fahrzeug zu erkennen und um das Ladesystem zu starten bzw. zu stoppen.
Falls eine Anwendung für Kernspintomografie bzw. MRT gefragt ist, könnte man die Positionierung, die Vitalzeichen (Herzschlag & Atmung) sowie das etwaige Bewegungsprofil von Menschen im Magnetfeld überwachen und somit die Performance eines derartigen Systems verbessern.
Die beschriebene Ladestation nutzt das vorteilhafte Überwachungssystem des ersten Aspekts zum Überwachen des Ladebereichs, insbesondere um Menschen oder Tiere innerhalb oder in der Nähe des Ladebereichs detektieren und diese dann durch Warnsignale und/oder Unterbrechung des Ladevorgangs schützen zu können.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Überwachungssystems für eine Vorrichtung, die im Betrieb starke Magnetfelder erzeugt, insbesondere eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge, beschrieben. Das Verfahren weist ein Bereitstellen einer Grundplatte für eine Radarantenne und ein Bilden einer leitenden Struktur auf einer Oberfläche der Grundplatte auf, wobei die leitende Struktur keine umlaufenden Strompfade bereitstellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Bilden der leitenden Struktur Folgendes auf: Anbringen einer Schicht eines leitenden Materials auf der Oberfläche der Grundplatte und Entfernen ausgewählter Bereiche des leitenden Materials, so dass entsprechende isolierende Bereiche entstehen.
Die verschiedenen Aspekte der Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

1 zeigt eine Grundplatte mit leitender Struktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Radarantenne für ein Überwachungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Die 1 zeigt eine Grundplatte 1 einer Monopolantenne mit leitender Struktur 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die leitende Struktur 2 besteht aus einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Streifen 3, die sich von einem Mittelpunkt 4 der Grundplatte radial nach außen erstrecken. Die Breite der Streifen 3 wird größer mit zunehmendem Abstand von dem Mittelpunkt 4. Die Streifen 3 sind im Mittelpunkt 4 miteinander verbunden aber sonst durch isolierende Schlitze 5 getrennt. Diese Struktur mit den leitenden Streifen 3 und isolierenden Schlitzen 5 sorgt effektiv dafür, dass keine umlaufenden bzw. kreisförmigen Ströme um den Mittelpunkt 4 herum fließen können. Somit kann ein Magnetfeld keine umlaufenden Wirbelströme in der leitenden Struktur 2 induzieren, und eine Monopolantenne mit der in 1 gezeigten Grundplatte 1 und elektrisch leitender Struktur 2 kann folglich problemlos für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen starke Magnetfelder auftreten, zum Beispiel in einer induktiven Ladestation für Elektrofahrzeuge oder in einem Kernspintomografen.
Die 2 zeigt eine Radarantenne 10 für ein Überwachungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Radarantenne 10 ist eine 24 GHz Monopolantenne und weist die in der 1 gezeigte Grundplatte 1 mit leitender Struktur 2 auf. In der Mitte der Grundplatte 1, wo die leitenden Streifen 3 zusammenlaufen, ist ein Anschluss 8 senkrecht auf der Grundplatte 1 angebracht, um eine Übertragung von elektrischen Radarsignalen zwischen der Antenne 10 und sonstiger Elektronik einer Radarvorrichtung (nicht gezeigt).
Die gezeigte Radarantenne 10 lässt sich besonders vorteilhaft in einem Überwachungssystem für eine Vorrichtung einsetzen, die im Betrieb ein Starkes Magnetfeld erzeugt, insbesondere eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge. Das Überwachungssystem weist zumindest eine Radarvorrichtung (nicht gezeigt) mit der Radarantenne 10 auf, die zum Überwachen eines vorbestimmten Bereichs, zum Beispiel eines Ladebereichs der induktiven Ladestation, eingerichtet ist. Aufgrund der oben beschriebenen Struktur der Antenne 10 werden keine umlaufenden Wirbelströme in der leitenden Struktur 2 von dem vorhandenen Magnetfeld induziert und die Antenne 10 kann somit stabil arbeiten, ohne große thermische Belastungen ausgesetzt zu werden. Das Überwachungssystem kann dazu verwendet werden, Menschen, Tiere oder sonstige Objekte im Bereich der Ladestation zu detektieren, die entweder von dem starken Magnetfeld gefährdet werden können oder den Betrieb der Ladestation beeinträchtigen können. Im Falle einer solchen Detektion wird ein Alarm ausgegeben und/oder das Magnetfeld wird sofort ausgeschaltet bzw. kann nicht eingeschaltet werden.

Claims

Überwachungssystem für eine Vorrichtung, die im Betrieb ein starkes Magnetfeld erzeugt, insbesondere eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge, das Überwachungssystem aufweisend zumindest eine Radarvorrichtung zum Überwachen eines vorbestimmten Bereichs, wobei die Radarvorrichtung eine Radarantenne (10) mit einer Grundplatte (1) aufweist, wobei eine leitende Struktur (2) auf einer Oberfläche der Grundplatte (1) derart gebildet ist, dass die leitende Struktur (2) keine umlaufenden Strompfade bereitstellt.
Überwachungssystem gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die leitende Struktur (2) eine Mehrzahl von leitenden Streifen (3) aufweist.
Überwachungssystem gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die leitenden Streifen (3) sich von einem gemeinsamen Punkt (4) im mittleren Bereich der Grundplatte (1) radial nach außen erstrecken.
Überwachungssystem gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die leitenden Streifen (3) am gemeinsamen Punkt (4) elektrisch miteinander verbunden sind.
Überwachungssystem gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die leitenden Streifen (3) eine radial nach außen zunehmender Breite aufweisen.
Überwachungssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die leitenden Streifen (3) durch isolierende Schlitze (5) voneinander getrennt sind.
Induktive Ladestation, insbesondere für Elektrofahrzeuge, die Ladestation aufweisend eine induktive Ladevorrichtung, die zum Erzeugen eines Magnetfeldes in einem Ladebereich eingerichtet ist, und ein Überwachungssystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Überwachungssystem zum Überwachen des Ladebereichs konfiguriert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Überwachungssystems für eine Vorrichtung, die im Betrieb starke Magnetfelder erzeugt, insbesondere eine induktive Ladestation für Elektrofahrzeuge, das Verfahren aufweisend Bereitstellen einer Grundplatte (1) für eine Radarantenne (10) und Bilden einer leitenden Struktur (2) auf einer Oberfläche der Grundplatte (1), wobei die leitende Struktur (2) keine umlaufenden Strompfade bereitstellt.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Bilden der leitenden Struktur (2) Folgendes aufweist: Anbringen einer Schicht eines leitenden Materials auf der Oberfläche der Grundplatte (1) und Entfernen ausgewählter Bereiche des leitenden Materials, so dass entsprechende isolierende Bereiche (5) entstehen.