EP3129796A1 - Überwachung einer vorrichtung zur induktiven energieübertragung - vorrichtung und verfahren - Google Patents

Überwachung einer vorrichtung zur induktiven energieübertragung - vorrichtung und verfahren

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EP3129796A1
EP3129796A1 EP14815706.8A EP14815706A EP3129796A1 EP 3129796 A1 EP3129796 A1 EP 3129796A1 EP 14815706 A EP14815706 A EP 14815706A EP 3129796 A1 EP3129796 A1 EP 3129796A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
electrical device
foreign object
monitoring device
designed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14815706.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pascal PFEIFFER
Tobias Zibold
Joerg Mecks
Markus Mayer
Gerald Heinrich Oettle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3129796A1 publication Critical patent/EP3129796A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J50/40—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using two or more transmitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/70—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • the invention relates to a monitoring device for at least one designed for inductive energy transmission electrical device. Likewise, the invention relates to an electrical device which is designed for inductive energy transmission with a further electrical device. Furthermore, the invention relates to a method for monitoring at least one sub-environment of at least one designed for inductive power transmission electrical device and a method for inductive energy transmission between two electrical devices.
  • the device for transmitting electrical energy comprises a charging station with a primary coil, by means of which a current supply
  • Induction current in a secondary coil of a charging electronics for charging a battery of a vehicle to be generated In a housing of the primary coil, a plurality of measuring coils is arranged, which are each connected to an impedance measuring device.
  • the impedance measuring devices are at a central
  • Evaluation device connected. If no energy transfer between the primary coil and the secondary coil takes place, the measuring coils are subjected to a measuring current of predetermined strength. Based on the different
  • Impedance changes of the measuring coils should be detectable an undesirable metallic foreign body near the charging station. Disclosure of the invention
  • the invention provides a monitoring device for at least one inductive power transmission designed electrical device with the features of
  • Patent claim 1 an electrical device having the features of claim 1 1, a method for monitoring at least a sub-environment of at least one designed for inductive energy transmission electrical device having the features of claim 13 and a method for inductive energy transmission between two electrical devices having the features of claim 16th
  • the present invention provides possibilities for monitoring at least one sub-environment of an electrical device designed for inductive energy transmission
  • the present invention thus advantageously contributes to the protection of inductive energy transfers between two electrical devices.
  • the present invention also makes possible, in particular, a foreign object detection during an inductive energy transmission that is executed without interruption.
  • the objects of the present invention make it possible to detect an undesired presence of at least one foreign object, which is at least partially formed from a conductive material.
  • specific foreign objects made of critical materials which are rapidly heated or damaged in an inductive energy transfer, can be detected close to the at least one electrical device for inductive energy transfer.
  • the articles of the present invention can also be further developed for self-calibration.
  • the foreign object detection already in the presence of only an electrical
  • the foreign object detection that can be carried out by means of the present invention also has advantageous robustness. Not only an influence of external magnetic interference fields is not critical. Even environmental conditions, such as the weather, a leaf fall, a snowfall and / or contamination, can affect neither the sensitivity nor the low error rate of foreign object detection.
  • the at least one electronic circuit comprises at least one in resonance
  • Coil arrangement is involved.
  • Resonant circuit determined by the evaluation.
  • averaged amplitude can be determined as the at least one current actual size.
  • the values described here are easily determinable and by means of a cost-effective and little space-consuming electronics with respect to a possible deviation from the at least one predetermined
  • the monitoring device is thus easy to manufacture, inexpensive and easy in a desired position
  • the at least one coil of the coil arrangement is integrated into at least one CCFL inverter circuit as the at least one resonant circuit.
  • a Royer converter or Royer circuit can thus also be used for the monitoring device according to the invention.
  • Monitoring device at least one receiving coil than the at least one integrated in the at least one electronic circuit coil and additionally at least one transmitting coil, wherein the at least one transmitting coil by means of the sensor device is operable so that means of at least one
  • the at least one receiving coil can be partially so
  • the at least one transmitting coil be arranged overlapping with the at least one transmitting coil, that in a foreign object-free environment of the at least one receiving coil and the at least one transmitting coil induced during the transmission of the at least one electromagnetic signal in the at least one receiving coil
  • an inductive energy transfer between the electrical device and the further electrical device can not be started, at least for the predetermined time, stopped or at least for the given time only with one over one
  • the coil arrangement may comprise a plurality of coils with different winding directions.
  • the coil arrangement may also comprise at least one bifilar coil, at least one permittinger coil, at least one butterfly coil and / or at least one
  • the coil arrangement may comprise at least one coil which has outer turns with a first direction of reversal and inner turns with a second direction of reversal facing the first direction of reversal. This also ensures the advantages described above.
  • Monitoring device comprises.
  • the electrical device may be a charging station, a mobile device, a
  • Electric bicycle an electric or hybrid vehicle, a tricycle, a pedelec, a
  • Wheelchair a mobile phone, a portable computer and / or a battery
  • the present invention thus also facilitates charging batteries for a variety of uses.
  • the method is according to the above described training opportunities for the monitoring device
  • 1a to 1c are schematic representations of a first embodiment of the
  • Monitor shows a schematic partial representation of a third embodiment of the monitoring device
  • FIG. 4 shows a schematic partial view of a fourth embodiment of the monitoring device
  • 5a and 5b are schematic representations of a fifth embodiment of the
  • Fig. 6 is a partial schematic representation of a sixth
  • FIG. 7 shows a schematic partial view of a seventh embodiment of the monitoring device; 8 shows a schematic partial view of an eighth embodiment of the monitoring device; a schematic representation of a ninth embodiment of the monitoring device; a schematic partial view of a tenth embodiment of the monitoring device; a schematic partial view of an eleventh embodiment of the monitoring device; a schematic partial view of a twelfth embodiment of the monitoring device; a schematic partial view of a thirteenth
  • Embodiment of the monitoring device and a flowchart for explaining an embodiment of the method for monitoring at least one sub-environment of at least one inductive power transmission designed electrical device.
  • FIGS. 1 a to 1 c show schematic representations of a first embodiment of the invention
  • the monitoring device 10 shown schematically in FIG.
  • any device equipped with at least one induction device (coil), which is designed for inductive energy transmission with a further electrical device can be understood.
  • an electrical device may, for example, a (fixed or mobile) charging station, a mobile device, an electric bicycle (electric bike, e-bike), an electric or hybrid vehicle, a (motorized) tricycle, a pedelec, a (motorized) wheelchair, a mobile phone, a portable computer and / or a battery charging electronics, in particular a
  • Vehicle battery charging electronics his.
  • the further electrical device which is preferably also equipped with at least one induction device (coil) for inductive energy transmission, may be one of the devices enumerated here.
  • induction device coil
  • the examples given here limit the usability of the
  • the monitoring device 10 has a sensor device 12 with a coil arrangement comprising at least one coil 14, wherein the coil arrangement can be arranged or arranged on the at least one coil 14, on and / or in the electrical device.
  • the coil arrangement of the at least one coil 14 may also be integrated into the electrical device.
  • Monitoring device 10 may also be designed as a separate component, which is arranged only when needed on and / or on the electrical device.
  • Coil housing 16 may be arranged, which on a surface of the electric
  • the coil assembly is formed from the at least one coil 14 on a surface having dimensions a of about 300 mm. It should be noted, however, that the coil arrangement of the at least one coil 14 can be formed even smaller. An extension a of the coil arrangement from the at least one coil 14 can
  • Coils 14 of the coil assembly is incorporated into at least one electronic circuit 18.
  • the at least one electronic circuit 18 comprises at least one resonant resonant circuit 18, in which the at least one coil 14 of the coil arrangement is integrated.
  • the at least one coil 14 of the coil arrangement is wound, designed and / or connected to at least one filter such that currents and / or voltages induced (by a time-varying magnetic field B) in the at least one coil 14 of the coil arrangement can be at least partially detected and / or areRAMbar.
  • 1 b shows by way of example a partial supervision of the coil arrangement from the at least one coil 14. It can be seen that in the embodiment of FIGS. 1 a to 1 c the coil arrangement comprises a plurality of coils 14 with different winding directions.
  • two adjacent coils 14 may have different winding directions, such that a first induction current 11 induced in the first coil 14 of the two adjacent coils 14 by an (external) time-varying magnetic field B and one in the second coil 14 of the two adjacent coils 14 of the temporally changing magnetic field B induced second induction current 12 lift each other out.
  • the two coils 14 shown in FIG. 1 b can thus also be described as two mutually wound half coils whose induction currents 11 and 12 induced by the time-varying magnetic field B cancel each other out (almost). This can also be described in such a way that the coil geometry of the coil arrangement is suitable for extinguishing the induced currents of external homogeneous alternating magnetic fields.
  • the (external) time-varying magnetic field B can exert no disturbing influences on measurements carried out by the coils 14 for detecting at least one foreign object. This advantage is also ensured in a time-varying magnetic field B generated for an inductive energy transfer.
  • Coil geometry of the coil assembly from the at least one coil 14 allows the use of the at least one resonant circuit 18 for detecting at least one foreign object even in the presence of a comparatively strong temporally changing magnetic field B.
  • one between the electrical device and the further electrical device executed inductive energy transfer for examining at least the sub-environment to a possibly present therein foreign object.
  • the conventional necessity of interrupting the inductive energy transfer to carry out a foreign object monitoring is thus eliminated.
  • An employment of the monitoring device 10 therefore enables a faster execution of the inductive energy transmission.
  • the foreign object monitoring is still reliable and executable with a low error rate.
  • the realization of the coil arrangement shown in FIG. 1 b with a plurality of coils 14 with different winding directions is to be interpreted merely as an example.
  • the advantage of a coil arrangement which can not be influenced by the external time-varying magnetic field B for detecting a possibly present foreign object is e.g. also ensured when the coil assembly comprises at least one bifilar coil, at least one clergyer coil, at least one butterfly coil and / or at least one Binoclespule.
  • the monitoring device 10 also includes an evaluation device 20.
  • the evaluation device 20 is designed to detect whether at least one
  • the evaluation device 20 is designed to also determine the at least one physical variable ⁇ to Afn of the at least one resonant circuit 18. This is shown schematically in Fig. 1c.
  • the at least one physical variable ⁇ to Afn can be determined as a temporal change of at least one resonance frequency f1 to fn of the at least one resonant circuit 18 by means of the evaluation device 20.
  • Timing circuit 24 of a computer unit 26 supplied.
  • at least one time derivation ⁇ to Afn of the at least one resonant frequency f1 to fn of the at least one resonant circuit 18 can be reliably determined as the at least one physical variable ⁇ to Afn.
  • ⁇ to Afn are also forwarded to a memory unit 28 and / or a display device 30.
  • the implementation of the evaluation device 20 shown schematically in FIG. 1c is to be interpreted only as an example.
  • a temporal Change of at least one resonance amplitude of the at least one resonant circuit 18 and / or a temporal change of at least one time-averaged amplitude of the at least one resonant circuit 18 as the at least one physical quantity ⁇ to ⁇ be determinable by means of the evaluation device 20.
  • the evaluation device 20 is e.g. designed to determine whether the at least one specific physical quantity ⁇ to ⁇ deviates from the at least one predetermined normal value range by comparing the at least one physical variable ⁇ to ⁇ with at least one predetermined threshold value.
  • Exceeding the at least one predefined threshold value by the at least one physical variable ⁇ to ⁇ is generally a sure indication of the presence of at least one foreign object in a spatial environment of the at least one coil 14 of the coil arrangement. This effect is often also ensured if, instead of a gradient analysis of the at least one frequency f1 to fn of the at least one resonant circuit 18, a different physical quantity ⁇ to ⁇ of the
  • Evaluation device 20 is evaluated.
  • a (at least partially metallic and / or conductive) foreign object in the vicinity of at least one coil 14, wrinkle currents are induced in the at least one foreign object, which impairs the oscillation behavior of the at least one resonant circuit resonated with resonance.
  • the existence of the at least one undesirable foreign object can be detected on the basis of an easily executable comparison of the at least one physical variable ⁇ to ⁇ .
  • Triggers the metallic parts of the vehicle body is not to be feared.
  • the evaluation device 20 is designed so that at least one of the at least one specific physical variable ⁇ to ⁇ deviates from the at least one predetermined normal value range
  • Output foreign object information signal 32 to at least one information output electronics 34 can be controlled by means of the at least one foreign object information signal 32 for outputting at least one foreign object warning signal.
  • the at least one information output electronics 34 can be controlled by means of the at least one foreign object information signal 32 for outputting at least one foreign object warning signal.
  • Information output electronics 34 can eg a warning light, an image display device and / or a sound output device.
  • a flashing signal, a flashing signal, a warning light, a warning picture or a warning tone can be output as the at least one foreign object warning signal.
  • Information output electronics 34 may be integrated into the electrical device and / or the further electrical device configured for inductive power transmission with the electrical device. However, it may also be present as a separate component separate from the electrical devices
  • Information output electronics 34 can be controlled by means of the at least one foreign object information signal 32. Thus, a user may be alerted to the presence of the at least one foreign object before or during inductive power transmission.
  • the evaluation device 20 can also be designed to supply at least one control signal 36 to the electrical device and / or to the further to the inductive
  • Output power transmission (with the electrical device) designed electrical device.
  • the electrical device and / or the further electrical device can be controlled by means of the at least one control signal 36 at least for a predetermined time in a predetermined foreign object protection mode.
  • the monitoring device 10 thus prevents, after the detection of the presence of the at least one foreign object, that it is heated or damaged due to further continued inductive energy transmission at a normal energy transmission rate (corresponding to the normal mode).
  • the monitoring device 10 thus contributes to the improved object and
  • FIG. 2a to 2c show schematic representations of a second embodiment of the monitoring device.
  • Fig. 2a schematically shows a possible attachment position / position of the coil assembly 12 from at least one coil 14 between a primary side 40 of the electrical
  • At least one (not shown) coil / primary coil can be integrated on and / or in the primary side 40, which is designed for inductive energy transmission with at least one coil (not shown) and / or secondary side 42 (not shown).
  • the primary side 40 which is designed for inductive energy transmission with at least one coil (not shown) and / or secondary side 42 (not shown).
  • Primary side 40 an outer side of a charging station on which a vehicle is parked with the secondary side 42 formed as a vehicle underside. Under the inductive energy transfer, both an energy transfer from the electrical
  • Device / charging station to the other electrical device / vehicle, e.g. for charging an energy storage unit / battery of the further electrical device / of the vehicle, as well as an energy transfer from the further electrical
  • Coil assembly 12 of at least one coil 14 may also be used to detect electrically conductive materials in at least one sub-environment (e.g.
  • FIG. 2 b shows a circuit diagram of a resonant circuit 18, wherein each of the coils 14 of the monitoring device 10 is integrated in such a resonant circuit 18.
  • the respective coil 14 is connected in series with a resistor 44.
  • Each of the oscillating circuits 18 has a capacitor 46 and a voltage source 48.
  • a further resistor 50 is arranged parallel to the capacitor 46.
  • Input voltage U F G excitable The voltage U c applied to the capacitor 46 can be measured.
  • the respective resonant circuit 18 can be excited, for example via the Wderstand 44 with the input voltage U F G at an amplitude of 10 volts in its resonant frequency, so that a sufficiently large signal-to-noise ratio is ensured. (At the resonant frequency there is an increase in the voltage U c with respect to the input voltage U F G). At the same time, the voltage profile across the capacitor 46 can be continuously recorded and evaluated.
  • An array can also be spanned out of a plurality of oscillating circuits 18, covering an area to be monitored on at least one side. In addition, offsets which occur uniformly over all coils 14 can also be present in an array.
  • each of the oscillating circuits 18 is connected to at least one filter 52, by means of which the signals 54 (voltages U c ) of the oscillating circuits 18 are filtered.
  • the at least one filter 52 causes only signals 54 from a relatively narrow frequency range around the
  • Resonance frequency (e.g., with a bandwidth of 50 Hz) are further taken into account by the evaluation device 20.
  • Such filtering can, for example
  • a temporal change of at least one time-averaged amplitude A1 to An of the at least one resonant circuit 18 is determined as the at least one physical variable ⁇ 1 to ⁇ .
  • the respective time-averaged amplitude A1 to An can be fixable over a time average of 0.1 sec.
  • the computer units 26 can then be at least one
  • Monitoring device 10 can be measured and further evaluated. Thereafter, by means of at least one comparison unit 56, the respective physical variable ⁇ 1 to ⁇ can be compared with the at least one predetermined threshold value.
  • the comparison units 56 may be designed to be connected by means of a
  • Comparison signals 60 can be output, which can then be read out by a central evaluation unit 62 as to whether the at least one actual variable ⁇ 1 to ⁇ is still in the at least one predetermined normal value range. If this is not the case, at least one of the above-described signals 32 or 36 from the central
  • Evaluation unit 54 can be output.
  • Fig. 3 shows a schematic partial view of a third embodiment of the
  • the at least one resonant circuit 18 in which the at least one coil 14 of the coil arrangement is integrated, is at least one CCFL inverter circuit. (Such a circuit can also be described as a Royer converter or as a Royer circuit.)
  • the use of at least one CCFL inverter circuit for the monitoring device 10 has the advantage that the resonant frequency of the at least one
  • Tuning circuit 18 automatically adjusts. Such a resonant circuit 18 is thus ideal for detecting changes in its inductance and load changes by means of frequency changes.
  • the CCFL inverter circuit shown schematically in FIG. 3 has, parallel to the coil 14, a first capacitor 70 to whose electrodes a respective MOSFET 72 and 74 is electrically connected.
  • a drain region of a first MOSFET 72 is connected to a first electrode of the first capacitor 70, while a gate region of the first MOSFET 72 is connected via a first diode 76 to the second electrode of the first
  • Condenser 70 is connected. Accordingly, a drain region of the second MOSFET 74 at the second electrode of the first capacitor 70 and a gate region of the second MOSFET 74 via a second diode 78 to the first electrode of the first capacitor 70 are connected. The source regions of the MOSFETs 72 and 74 are connected together and to a ground 80. Between ground 80 and one
  • Voltage source 82 is a second capacitor 84.
  • Each gate region of the MOSFET 72 and 74 is also connected via a respective resistor 86 and 88 to the voltage source 82.
  • the drain regions of the MOSFETs 72 and 74 are also connected to the voltage source 82 via a respective coil 90 and 92. It should also be noted that the CCFL inverter circuit shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic partial representation of a fourth embodiment of the invention
  • the monitoring device 10 shown schematically in part in FIG. 4 also has at least one resonant circuit 18 designed as a CCFL inverter circuit.
  • the CCFL inverter circuit is provided with a control coil 100 and with a primary coil 102
  • the coil 14 is connected to the primary coil 102.
  • a first capacitor 104 is arranged parallel to the primary coil 102.
  • Each of the electrodes of the first capacitor 104 is connected to a respective collector region of a bipolar transistor 106 and 108.
  • the base regions of the bipolar transistors 106 and 108 are connected to the control coil 100, respectively.
  • the emitter regions of the bipolar transistors 106 and 108 are connected to each other and to a ground 110.
  • Between the ground 1 10 and a voltage source 112 is a second capacitor 1 14.
  • the coil 14 is connected to the voltage source 1 12.
  • a base area is one
  • Bipolar transistor 106 connected via a parallel to the coil 14 arranged resistor 116 to the voltage source 112.
  • 5a and 5b show schematic representations of a fifth embodiment of the monitoring device.
  • the monitoring device 10 has at least one receiving coil 14a as the at least one coil 14a integrated in the at least one electronic circuit 18 and additionally at least one transmitting coil 14b.
  • the at least one transmitting coil 14b is operable by means of the sensor device 12 so that by means of the at least one
  • Transmitting coil 14 b at least one electromagnetic signal can be emitted.
  • the at least one transmitting coil 14b for example, to one
  • Transmission current I through the at least one transmitting coil 14b is leitbar.
  • the transmission of the at least one electromagnetic signal are in the at least one receiving coil 14a induced voltage and / or a generated in the at least one receiving coil 14a current strength by means of
  • At least one electronic circuit 18 as the at least one
  • the at least one receiving coil 14a and the at least one transmitting coil 14b magnetically well decoupled, so that a mutual inductance M is relatively small.
  • the illustrated in Fig. 5b at least one receiving coil 14a of
  • Coil arrangement has outer windings 120 with a first winding direction 120a and inner windings 122 with a second winding direction 122a opposite to the first winding direction 120a.
  • the number of turns 120 and 122 is chosen in relation to the unequal diameter of the walls 120 and 122 such that a (external) magnetic field permeating the respective receiving coil 14 induces in the outer turns 120 a first induction current 11 which is one of the same
  • Magnetic field in the inner walls 122 induced second induction current 12 is at least partially compensated.
  • the magnetic field in the inner walls 122 induced second induction current 12 is at least partially compensated.
  • Reception coil 14a (and the at least one transmitting coil 14b) is present, occurs during the transmission of the at least one electromagnetic signal in the at least one receiving coil 14a a (total) voltage and / or
  • FIG. 6 shows a schematic partial view of a sixth embodiment of the monitoring device.
  • FIG. 6 shows an example of the at least one electronic circuit 18 with the at least one integrated receiving coil 14a.
  • the at least one receiving coil cooperating with the at least one receiving coil 14a 14b is not shown.
  • the at least one electronic circuit 18 is designed to measure the voltage (induced by the at least one electromagnetic signal) in the at least one receiving coil 14a.
  • An operational amplifier 124 is configured as a non-inverting amplifier by means of which the induced voltage can be amplified. (The gain factor is fixed by the ratio of resistors 126a and 126b.) Alternatively, however, operational amplifier 124 may also be connected to realize a frequency dependent transfer function (as in a bandpass filter, for example).
  • the at least one electronic circuit 18 has at least one analog-to-digital converter 128, which the
  • Output of the at least one operational amplifier 124 is converted.
  • additional software may be implemented in at least one synchronous demodulator 130 connected to the at least one analog-to-digital converter 128.
  • the synchronous demodulator 130 demodulates a supplied signal in synchronism with the AC of the above-described AC power source 121.
  • Synchronous demodulator 130 may be part of a microcontroller 132.
  • Fig. 7 shows a schematic partial view of a seventh embodiment of the monitoring device.
  • the electronic circuit 18 shown schematically in FIG. 7 is designed to measure the current intensity (induced by the at least one electromagnetic signal) in the at least one receiving coil 14a.
  • An amplification factor of the operational amplifier 124 is determined by a ratio of the series resistor 126a and the further resistor 126b.
  • a parasitic coil capacitance 134 is shorted in the electronic circuit 18 of FIG.
  • Fig. 8 shows a schematic partial view of an eighth embodiment of
  • a plurality of operational amplifiers 124 / amplifiers can also be connected in series.
  • the signals can be filtered between the amplifier stages.
  • Bandpass filters 136 may be used for this purpose, for example.
  • Fig. 9 shows a schematic representation of a ninth embodiment of the
  • FIG. 9 has two transmitting coils 14b, each having a nearly vanishing magnetic coupling M 1 or M2 to the single receiving coil 14a of the monitoring device 10.
  • a first transmitting coil 14b is connected to a first alternating current source 121 of the sensor device 12 with a predeterminable first
  • Transmitter current 11 connected, while by integrating the second transmitter coil 14b to a second AC power source 121 of the sensor device 12, a second transmission current 12 is provided to this. If the signs of the magnetic couplings M1 and M2 are different, by an independent choice of the amplitudes of the transmission currents 11 and 12, the induced current in the receiving coil 14a current / voltage can be predetermined arbitrarily small both magnitude and sign. Typically, the transmission currents 11 and 12 have the same waveform and the same frequency.
  • FIG. 10 shows a schematic partial view of a tenth embodiment of the monitoring device.
  • Fig. 10 has two receiving coil 14 a, wherein
  • Windings of a first receiving coil 14a of the two receiving coils 14a in the first winding direction 120a and walls of a second receiving coil 14a of the two receiving coils 14a in the first winding direction 120a are directed opposite to the second direction of reversal 122a.
  • the two receiving coils 14a have the same number of turns, the same
  • Reception coils 14a (and the at least one transmission coil 14b) during the
  • Receiving coils 14a are present in the second winding direction 122a.
  • Fig. 1 1 shows a schematic partial view of an eleventh embodiment of the
  • the at least one receiving coil 14a is arranged partially overlapping with the at least one transmitting coil 14b such that, in the case of a foreign object-free environment, the at least one receiving coil 14a and the at least one transmitting coil 14b transmit the at least one electromagnetic signal in the at least one receiving coil 14a induced (total) voltage or (total) current disappears. Only if a foreign object is present in the vicinity of the at least one receiving coil 14a and the at least one transmitting coil 14b does a (total) voltage and / or (total) current intensity occur unequally during the transmission of the at least one electromagnetic signal in the at least one receiving coil 14a Zero up. Specifically, an area of a common overlap 138 is the only one (circular)
  • Monitoring device 10 of FIG. 11 set so large that (during the transmission of the at least one electromagnetic signal by means of the at least one transmitting coil 14 b) lift out the induced in the single receiving coil 14 a partial currents in a foreign object-free environment.
  • Monitoring device 10 also have a plurality of such overlapping transmitting and receiving coils 14a and 14b.
  • Fig. 12 shows a schematic partial view of a twelfth embodiment of the monitoring device.
  • the embodiment of FIG. 12 has a receiving coil 14a and a transmitting coil 14b, which are arranged partially overlapping for magnetic decoupling.
  • the receiving coil 14a and the transmitting coil 14b are formed as a D-shaped coils rotated about a common axis 140 against each other. Due to the suitably large area of the common overlap area 138, the magnetic flux of a magnetic field generated by the transmitting coil 14b passes through the receiving coil in equal parts in the positive direction and in the negative direction.
  • Fig. 13 shows a schematic partial view of a thirteenth embodiment of the monitoring device.
  • the embodiment of FIG. 13 comprises two receiving coils 14a with different winding directions 120a and 122a and a single transmitting coil 14b.
  • An area of the common overlap area 138 of a first of the two receiver coils 14a and the transmitter coil 14b and a distance 142 between the two receiver coils 14a are set such that a magnetic decoupling between the two
  • Receiving coils 14a and the transmitting coil 14b is present. This is ensured if a magnetic (residual) coupling between the first receiving coil 14a and the
  • Transmitter coil 14b (a comparatively small) magnetic coupling between the second receiving coil 14a and the transmitting coil 14b compensated.
  • All monitoring devices 10 described above can be used in an air gap of inductive charging systems. Even with an inductive transmission of comparatively large energies by means of relatively strong electromagnetic alternating fields, the monitoring devices 10 can still perform the foreign object detection, without the inductive energy transmission being interrupted (at least for a short time). At the same time, by means of the advantageous controllability of the inductive charging system by the monitoring devices 10 after a detection of at least one foreign object, it is ensured that the eddy currents induced by the alternating magnetic fields do not lead to the heating of the at least one foreign object.
  • the inductive charging system can be timely controlled so that a unwanted heating / damage of at least one foreign object is reliably prevented from the conductive materials. A fire or burns due to a foreign object that has become too hot are thus reliably prevented.
  • the influence of magnetic interference fields is not critical.
  • the monitoring devices 10 can reliably perform the foreign object detection without changes in a width of the gap, for example, due to a changing vehicle height, or a displacement of the coils 14 and 14 a distort the measurement result.
  • all monitoring devices 10 ensure sufficient robustness, so that environmental conditions do not contribute to a falsification of the measurement results. Before use of the monitoring devices 10 is at most a one-time
  • a temperature determined by the at least one temperature sensor may e.g. to select the at least one threshold or to perform a match (using a map of values stored for the at least one physical variable).
  • step S1 at least one physical variable is measured, which is measured by means of at least one electronic circuit or in the at least one electronic circuit occurs, wherein at least one coil of a
  • Coil arrangement is connected to the respective at least one electronic circuit.
  • the determining of the at least one physical variable takes place while the coil arrangement is arranged on the at least one coil on, on and / or in the electrical device.
  • the at least one coil of the coil arrangement is wound / designed and / or connected to at least one filter such that currents or voltages induced in the at least one coil of the coil arrangement are at least partially averaged out or filtered out.
  • step S1 during the determination of the at least one physical variable, at least one resonant circuit of the
  • method step S1 preferably comprises sub-steps S11 and S12.
  • sub-step S11 e.g.
  • At least one frequency of the at least one resonant circuit can be determined. Subsequently, in the sub-step S12, a time derivation of the at least one specific frequency can be formed as the at least one physical variable.
  • At least one electromagnetic signal is generated during the determination of the at least one physical variable by means of at least one further coil designed as a transmitting coil
  • Circuit a measured in the at least one connected coil (as a receiving coil) induced voltage or current.
  • Reception coil can be designed so that at least one
  • Receiver coil (almost) no voltage and / or (almost) no current
  • the at least one receiving coil also in the
  • At least one receiving coil determined voltages / currents (with the at least one transmitting coil driving alternating currents) are used.
  • the at least one demodulated signal obtained in this way can both be evaluated in terms of its amplitude as well as its phase (relative to the respective alternating current).
  • the presence of a foreign object can be deduced from the amplitude of the at least one signal.
  • the phase can be evaluated with respect to certain properties of the foreign object, such as its conductivity and / or its magnetic permeability (ferromagnetic or paramagnetic)
  • a method step S2 it is determined whether the at least one physical variable deviates from at least one predetermined normal value range. This can be done for example via a threshold comparison. If the at least one specific physical size of the at least one predetermined
  • the electrical device and / or another electrical device designed for inductive energy transmission are controlled into a predetermined foreign object protection mode at least for a predefined time and / or a triggering of at least one
  • Information output electronics for outputting at least one foreign object warning signal.
  • the at least one determined physical variable can also be stored.
  • the foreign object detection can not be detected by the at least one
  • the above-described method may also be practiced to improve a safety standard of inductive power transmission between two electrical devices.
  • Partial environment of at least one of the two electrical devices on a foreign object therein and / or close to it can be before a start of the inductive Energy transfer, during the continued inductive energy transfer and / or during a (short-term) interrupting the inductive energy transfer. It is noted, however, that an interruption of the inductive energy transfer

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung (10) für mindestens eine zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung mit einer Sensoreinrichtung (12) mit einer Spulenanordnung aus mindestens einer Spule (14) und einer Auswerteeinrichtung (20) zum Erkennen, ob mindestens eine gemessene physikalische Größe von mindestens einem vorgegebenen Normalwertebereich abweicht, wobei die mindestens eine Spule (14) der Spulenanordnung so gewickelt, so ausgelegt und/oder so an mindestens einen Filter angebunden ist, dass in der mindestens einen Spule (14) der Spulenanordnung induzierte Ströme und/oder Spannungen zumindest teilweise herausmittelbar und/oder herausfilterbar sind. Die Erfindung betrifft auch mit der Überwachungsvorrichtung (10) ausgestattete elektrische Vorrichtungen und entsprechende Verfahren.

Description

Beschreibung Titel
ÜBERWACHUNG EINER VORRICHTUNG ZUR INDUKTIVEN ENERGIEÜBERTRAGUNG - VORRICHTUNG UND VERFAHREN
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für mindestens eine zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung eine elektrische Vorrichtung, welche zur induktiven Energieübertragung mit einer weiteren elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung und ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen.
Stand der Technik
In der DE 20 2009 009 693 IM ist eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie beschrieben. Die Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie umfasst eine Ladestation mit einer Primärspule, mittels deren Bestromung ein
Induktionsstrom in einer Sekundärspule einer Ladeelektronik zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs erzeugbar sein soll. In einem Gehäuse der Primärspule ist eine Vielzahl von Messspulen angeordnet, welche jeweils mit einer Impedanzmesseinrichtung verbunden sind. Die Impedanzmesseinrichtungen sind an eine zentrale
Auswerteeinrichtung angeschlossen. Wenn keine Energieübertragung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule stattfindet, werden die Messspulen mit einem Messstrom vorbestimmter Stärke beaufschlagt. Anhand der unterschiedlichen
Impedanzänderungen der Messspulen soll ein unerwünschter metallischer Fremdkörper nahe an der Ladestation feststellbar sein. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine Überwachungsvorrichtung für mindestens eine zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 , eine elektrische Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 1 , ein Verfahren zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen
Vorrichtung, welche selbst bei einem Vorliegen der (zur Energieübertragung generierten) magnetischen Feldern in der mindestens einen Spule der Spulenanordnung ihre gewünschte Funktion noch verlässlich ausführen können. Gleichzeitig ist bei allen mittels der vorliegenden Erfindung realisierten Möglichkeiten zum Überwachen der zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung eine Fremdobjektdetektion mit einer hohen Sensitivität und einer vergleichsweise geringen Fehlerrate (von nahezu Null) gewährleistet. Die vorliegende Erfindung trägt somit vorteilhaft zur Absicherung von induktiven Energieübertragungen zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen bei. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere auch eine Fremdobjektdetektion während einer unterbrechungsfrei ausgeführten induktiven Energieübertragung.
Beispielsweise ist somit auch ein Aufladen einer Batterie über die induktive
Energieübertragung ohne einen nennenswerten Wirkungsgradverlust möglich. Da das herkömmliche Problem einer Beeinflussung der Fremdobjektdetektion durch die zur induktiven Energieübertragung generierten magnetischen Wechselfelder entfällt, kann auf ein Unterbrechen der induktiven Energieübertragung zur Untersuchung zumindest des Energieübertragungspfads auf ein möglicherweise vorliegendes Fremdobjekt verzichtet werden. Außerdem kann mittels der vorliegenden Erfindung mit einer gewünschten induktiven Energieübertragung sofort begonnen werden, ohne dass zuvor der
Energieübertragungspfad erst auf ein möglicherweise vorliegendes Fremdobjekt abzusuchen ist. Stattdessen kann gleichzeitig mit dem Starten der induktiven Energieübertragung auch mit der Überwachung des Energieübertragungspfades begonnen werden.
Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung ermöglichen insbesondere das Feststellen eines unerwünschten Vorliegens mindestens eines Fremdobjekts, welches zumindest teilweise aus einem leitenden Material gebildet ist. Somit können spezifisch Fremdobjekte aus kritischen Materialien, welche sich bei einer induktiven Energieübertragung schnell erhitzen oder beschädigt werden, nahe an der mindestens einen elektrischen Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung erkannt werden.
Die Gegenstände der vorliegenden Erfindung können auch für eine selbstständige Kalibrierung weitergebildet werden. Außerdem kann mittels der vorliegenden Erfindung die Fremdobjektdetektion schon bei einem Vorliegen lediglich einer elektrischen
Vorrichtung am gewünschten Ort der induktiven Energieübertragung zwischen der elektrischen Vorrichtung und einer weiteren elektrischen Vorrichtung ausgeführt werden. Somit ist es nicht notwendig, die beiden elektrischen Vorrichtungen erst nahe aneinander anzuordnen, bevor mit der Fremdobjektdetektion begonnen werden kann.
Die mittels der vorliegenden Erfindung ausführbare Fremdobjektdetektion weist auch eine vorteilhafte Robustheit auf. Nicht nur ein Einfluss von externen magnetischen Störfeldern ist unkritisch. Auch Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise das Wetter, ein Laubfall, ein Schneefall und/oder Verschmutzungen, können weder die Sensitivität noch die niedrige Fehlerrate der Fremdobjekterkennung beeinträchtigen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung umfasst die mindestens eine elektronische Schaltung mindestens einen in Resonanz
versetzbaren Schwingkreis, in welchen die mindestens eine Spule der
Spulenanordnung eingebunden ist. Z.B. ist die mindestens eine physikalische
Größe bezüglich einer zeitlichen Änderung mindestens einer Resonanzfrequenz des mindestens einen Schwingkreises, einer zeitlichen Änderung mindestens einer
Resonanzamplitude des mindestens einen Schwingkreises und/oder einer zeitlichen Änderung mindestens einer zeitlich gemittelten Amplitude des mindestens einen
Schwingkreises mittels der Auswerteeinrichtung bestimmbar. Insbesondere kann mindestens eine Ableitung der mindestens einen Resonanzfrequenz, der
mindestens einen Resonanzamplitude und/oder der mindestens einen zeitlich
gemittelte Amplitude als die mindestens eine aktuelle Ist-Größe bestimmt werden. Die hier beschriebenen Werte sind leicht bestimmbar und mittels einer kostengünstigen und wenig bauraumbenötigenden Elektronik bezüglich eines möglichen Abweichens von dem mindestens einen vorgegebenen
Normalwertebereich auswertbar. Die Überwachungsvorrichtung ist somit einfach herstellbar, kostengünstig und leicht in einer gewünschten Position
anord bar/integrierbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Spule der Spulenanordnung in mindestens eine CCFL-Inverterschaltung als den mindestens einen Schwingkreis eingebunden. Die Vorteile einer derartigen Schaltung, welche häufig auch als Royer-Converter oder als Royer-Circuit bezeichnet wird, können somit auch für die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung genutzt werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform umfasst die
Überwachungsvorrichtung mindestens eine Empfangsspule als die mindestens eine in die mindestens eine elektronische Schaltung eingebundene Spule und zusätzlich noch mindestens eine Sendespule, wobei die mindestens eine Sendespule mittels der Sensoreinrichtung so betreibbar ist, dass mittels der mindestens einen
Sendespule mindestens ein elektromagnetisches Signal aussendbar ist, und
während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals eine in der mindestens einen Empfangsspule induzierte Spannung und/oder eine in der mindestens einen Empfangsspule generierte Stromstärke mittels der mindestens einen elektronischen Schaltung als die mindestens eine physikalische Größe
ermittelbar ist.
Insbesondere kann die mindestens eine Empfangsspule derart sich teilweise
überlappend mit der mindestens einen Sendespule angeordnet sein, dass bei einer Fremdobjekt-freien Umgebung der mindestens einen Empfangsspule und der mindestens einen Sendespule die während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der mindestens einen Empfangsspule induzierte
Spannung und/oder Stromstärke verschwindet.
Beispielsweise kann bei einem Vorliegen der elektrischen Vorrichtung und/oder der weiteren elektrischen Vorrichtung in dem vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus eine induktive Energieübertragung zwischen der elektrischen Vorrichtung und der weiteren elektrischen Vorrichtung nicht startbar, zumindest für die vorgegebene Zeit unterbunden, beendet oder zumindest für die vorgegebene Zeit nur mit einer gegenüber einem
Normalmodus der elektrischen Vorrichtung und/oder der weiteren elektrischen
Vorrichtung reduzierten Energieübertragungsrate ausführbar sein. Somit ist weder eine unerwünschte Erhitzung des mindestens einen Fremdobjekts, noch dessen Beschädigung zu befürchten. Zusätzlich zu dem hier beschriebenen Fremdobjektschutz sind auch ein besserer Schutz der Überwachungsvorrichtung und der elektrischen Vorrichtungen vor einer Beschädigung durch das erhitzte Fremdobjekt und ein verbesserter Personenschutz gewährleistet. In einer kostengünstigen Ausführungsform kann die Spulenanordnung mehrere Spulen mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen umfassen. Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann die Spulenanordnung auch mindestens eine Bifilarspule, mindestens eine Achterspule, mindestens eine Schmetterlingsspule und/oder mindestens eine
Binoclespule umfassen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die aufgezählten vorteilhaften Ausbildungsmöglichkeiten für die Spulenanordnung lediglich beispielhaft zu interpretieren sind.
Außerdem kann die Spulenanordnung mindestens eine Spule umfassen, welche äußere Windungen mit einer ersten Wcklungsrichtung und innere Windungen mit einer der ersten Wcklungsrichtung entgegen gerichteten zweiten Wcklungsrichtung aufweist. Auch dies gewährleistet die oben beschriebenen Vorteile.
Die oben ausgeführten Vorteile sind auch bei einer elektrischen Vorrichtung
gewährleistet, welche zur induktiven Energieübertragung mit einer weiteren
elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist und eine entsprechende
Überwachungsvorrichtung umfasst.
Die elektrische Vorrichtung kann eine Ladestation, ein mobiles Gerät, ein
Elektrofahrrad, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ein Dreirad, ein Pedelec, ein
Rollstuhl, ein Mobiltelefon, ein tragbarer Computer und/oder eine Batterie-
Ladeelektronik sein. Die vorliegende Erfindung erleichtert somit auch ein Aufladen von Batterien für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten.
Auch das Verfahren zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung
realisiert die entsprechenden Vorteile. Das Verfahren ist gemäß den oben beschriebenen Ausbildungsmöglichkeiten für die Überwachungsvorrichtung
weiterbildbar.
Des Weiteren sind die beschriebenen Vorteile auch realisierbar durch ein Ausführen des korrespondierenden Verfahrens zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a bis 1 c schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung;
Fig. 2a bis 2c schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung; Fig. 3 eine schematische Teildarstellung einer dritten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische Teildarstellung einer vierten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung;
Fig. 5a und 5b schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung;
Fig. 6 eine schematische Teildarstellung einer sechsten
Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung;
Fig. 7 eine schematische Teildarstellung einer siebten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; Fig. 8 eine schematische Teildarstellung einer achten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; eine schematische Teildarstellung einer zehnten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; eine schematische Teildarstellung einer elften Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; eine schematische Teildarstellung einer zwölften Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; eine schematische Teildarstellung einer dreizehnten
Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung; und ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung Fig. 1 a bis 1c zeigen schematische Darstellungen einer ersten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung.
Die in der Fig. 1a schematisch dargestellte Überwachungsvorrichtung 10 ist zur
Überwachung zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven
Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung auf mindestens ein
möglicherweise darin vorliegendes unerwünschtes Fremdobjekt ausgelegt. Unter der elektrischen Vorrichtung kann jede mit mindestens einer Induktionseinrichtung (Spule) ausgestattete Vorrichtung, welche zur induktiven Energieübertragung mit einer weiteren elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist, verstanden werden. Eine derartige elektrische Vorrichtung kann beispielsweise eine (ortsfeste oder mobile) Ladestation, ein mobiles Gerät, ein Elektrofahrrad (Elektrobike, E-bike), ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ein (motorisiertes) Dreirad, ein Pedelec, ein (motorisierter) Rollstuhl, ein Mobiltelefon, ein tragbarer Computer und/oder eine Batterie-Ladeelektronik, insbesondere eine
Fahrzeugbatterie-Ladeelektronik, sein. Auch die weitere elektrische Vorrichtung, welche vorzugsweise ebenfalls mit mindestens einer Induktionseinrichtung (Spule) zur induktiven Energieübertragung ausgestattet ist, kann eine der hier aufgezählten Vorrichtungen sein. Die hier genannten Beispiele limitieren jedoch die Verwendbarkeit der
Überwachungsvorrichtung 10 nicht.
Zum Überwachen zumindest der Teilumgebung der elektrischen Vorrichtung weist die Überwachungsvorrichtung 10 eine Sensoreinrichtung 12 mit einer Spulenanordnung aus mindestens einer Spule 14 auf, wobei die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14 an, auf und/oder in der elektrischen Vorrichtung anordbar oder angeordnet ist. Beispielsweise kann die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14 auch in die elektrische Vorrichtung integriert sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die
Überwachungsvorrichtung 10 jedoch auch als ein eigenes Bauteil ausgebildet sein kann, welches lediglich bei Bedarf an und/oder auf der elektrischen Vorrichtung angeordnet wird. Z.B. kann die mindestens eine Spule 14 der Spulenanordnung in einem
Spulengehäuse 16 angeordnet sein, welches auf einer Fläche der elektrischen
Vorrichtung anordbar oder angeordnet ist. In der Ausführungsform der Fig. 1a ist die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14 auf einer Fläche ausgebildet, welche Ausdehnungen a von etwa 300 mm hat. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14 noch kleiner ausbildbar ist. Eine Ausdehnung a der Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14 kann
insbesondere im Hinblick auf die zu überwachende Teilumgebung der elektrischen Vorrichtung relativ frei gewählt werden. Die einzige Spule 14 oder mindestens eine der
Spulen 14 der Spulenanordnung ist in mindestens eine elektronische Schaltung 18 eingebunden. In der Ausführungsform der Fig. 1a bis 1c umfasst die mindestens eine elektronische Schaltung 18 mindestens einen in Resonanz versetzbaren Schwingkreis 18, in welchen die mindestens eine Spule 14 der Spulenanordnung eingebunden ist.
Außerdem ist die mindestens eine Spule 14 der Spulenanordnung so gewickelt, so ausgelegt und/oder so an mindestens einen Filter angebunden, dass (von einem zeitlich wechselnden Magnetfeld B) in der mindestens einen Spule 14 der Spulenanordnung induzierte Ströme und/oder Spannungen zumindest teilweise herausmittelbar und/oder herausfilterbar sind. Fig. 1 b zeigt beispielhaft eine Teilaufsicht auf die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14. Zu erkennen ist, dass in der Ausführungsform der Fig. 1a bis 1c die Spulenanordnung mehrere Spulen 14 mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen umfasst. Insbesondere können zwei benachbarte Spulen 14 unterschiedliche Wicklungsrichtungen aufweisen, so dass ein in der ersten Spule 14 der zwei benachbarten Spulen 14 von einem (externen) zeitlich wechselnden Magnetfeld B induzierter erster Induktionsstrom 11 und ein in der zweiten Spule 14 der zwei benachbarten Spulen 14 von dem zeitlich wechselnden Magnetfeld B induzierter zweiter Induktionsstrom 12 sich gegenseitig herausheben. Die beiden in Fig. 1 b dargestellten Spulen 14 können somit auch als zwei gegenseitig gewickelte Halbspulen umschrieben werden, deren von dem zeitlich wechselnden Magnetfeld B induzierte Induktionsströme 11 und 12 sich (nahezu) aufheben. Man kann dies auch so umschreiben, dass die Spulengeometrie der Spulenanordnung zur Auslöschung der induzierten Ströme externer homogener Wechselmagnetfelder geeignet ist. Demgegenüber würde bei einer Ausbildung der Spulen 14 als übliche Luftspulen (in Ring- oder Rechteck-Form) mit gleichen Wicklungsrichtungen bei einem Vorliegen des zeitlich wechselnden Magnetfelds B eine verhältnismäßig hohe Spannung in dem mindestens einen Schwingkreis 18 induziert werden. Dies würde dazu führen, dass der Schwingkreis 18 nicht mehr auf seiner Resonanzfrequenz, sondern auf der eingekoppelten Frequenz des zeitlich wechselnden Magnetfelds B schwingen würde. Dieser Nachteil wird jedoch mittels der vorteilhaften Auslegung der
Überwachungsvorrichtung 10 behoben.
Somit kann das (externe) zeitlich wechselnde Magnetfeld B keine Störeinflüsse auf mittels der Spulen 14 ausgeführte Messungen zum Detektieren mindestens eines Fremdobjekts ausüben. Dieser Vorteil ist auch bei einem für eine induktive Energieübertragung erzeugten zeitlich wechselnden Magnetfeld B gewährleistet. Die vorteilhafte
Spulengeometrie der Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule 14 erlaubt den Einsatz des mindestens einen Schwingkreises 18 zum Detektieren mindestens eines Fremdobjekts auch bei Vorliegen von einem vergleichsweise starken zeitlich wechselnden Magnetfeld B. Somit ist es nicht notwendig, eine zwischen der elektrischen Vorrichtung und der weiteren elektrischen Vorrichtung ausgeführte induktive Energieübertragung zum Untersuchen zumindest der Teilumgebung auf ein darin möglicherweise vorliegendes Fremdobjekt zu unterbrechen. Die herkömmliche Notwendigkeit eines Unterbrechens der induktiven Energieübertragung zum Ausführen einer Fremdobjekt-Überwachung entfällt damit. Ein Einsatz der Überwachungsvorrichtung 10 ermöglicht deshalb ein schnelleres Ausführen der induktiven Energieübertragung. Wie unten außerdem noch erläutert wird, ist trotzdem bei einem Einsatz der Überwachungsvorrichtung 10 die Fremdobjekt- Überwachung noch verlässlich und mit einer geringen Fehlerrate ausführbar.
Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die in Fig. 1 b dargestellte Realisierung der Spulenanordnung mit mehreren Spulen 14 mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen lediglich beispielhaft zu interpretieren ist. Der Vorteil einer von dem externen zeitlich wechselnden Magnetfeld B unbeeinflussten Verwendbarkeit der Spulenanordnung zum Feststellen eines möglicherweise vorliegenden Fremdobjekts ist z.B. auch gewährleistet, wenn die Spulenanordnung mindestens eine Bifilarspule, mindestens eine Achterspule, mindestens eine Schmetterlingsspule und/oder mindestens eine Binoclespule umfasst.
Die Überwachungsvorrichtung 10 umfasst auch eine Auswerteeinrichtung 20. Die Auswerteeinrichtung 20 ist dazu ausgelegt, zu erkennen, ob mindestens eine
physikalische Größe ΔΗ bis Δίη , welche mittels der mindestens einen elektronischen Schaltung 18 gemessen ist oder in der mindestens einen elektronischen Schaltung 18 auftritt, von mindestens einem vorgegebenen Normalwertebereich aufweicht. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung 20 ist dazu ausgelegt, die mindestens eine physikalische Größe ΔΗ bis Afn des mindestens einen Schwingkreises 18 auch zu bestimmen. Dies ist in Fig. 1c schematisch dargestellt.
In der Ausführungsform der Fig. 1c ist mittels der Auswerteeinrichtung 20 die mindestens eine physikalische Größe ΔΗ bis Afn als eine zeitliche Änderung mindestens einer Resonanzfrequenz f1 bis fn des mindestens einen Schwingkreises 18 bestimmbar.
Beispielsweise wird dazu die mindestens eine Resonanzfrequenz f1 bis fn des mindestens einen Schwingkreises 18 zusammen mit einem Taktsignal 22 einer
Zeitmessschaltung 24 einer Rechnereinheit 26 zugeführt. Auf diese Weise kann insbesondere mindestens eine zeitliche Ableitung ΔΗ bis Afn der mindestens einen Resonanzfrequenz f1 bis fn des mindestens einen Schwingkreises 18 als die mindestens eine physikalische Größe ΔΗ bis Afn verlässlich bestimmt werden. Wahlweise können die mindestens eine Frequenz f1 bis fn und/oder die mindestens eine physikalische Größe
ΔΗ bis Afn auch an eine Speichereinheit 28 und/oder eine Anzeigeeinrichtung 30 weitergeleitet werden.
Die in Fig. 1c schematisch dargestellte Umsetzung der Auswerteeinrichtung 20 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren. Beispielsweise kann anstelle oder zusätzlich zu der zeitlichen Änderung der mindestens einen Resonanzfrequenz f1 bis fn auch eine zeitliche Änderung mindestens einer Resonanzamplitude des mindestens einen Schwingkreises 18 und/oder eine zeitliche Änderung mindestens einer zeitlich gemittelten Amplitude des mindestens einen Schwingkreises 18 als die mindestens eine physikalische Größe ΔΗ bis Δίη mittels der Auswerteeinrichtung 20 bestimmbar sein. Auch diese Werte können vorteilhaft von der Auswerteeinrichtung 20 auf die nachfolgend beschriebene Weise ausgewertet werden.
Die Auswerteeinrichtung 20 ist z.B. dazu ausgelegt, zu ermitteln, ob die mindestens eine bestimmte physikalische Größe ΔΗ bis Δίη von dem mindestens einen vorgegebenen Normalwertebereich abweicht, indem die mindestens eine physikalische Größe ΔΗ bis Δίη mit mindestens einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Ein Überschreiten des mindestens einen vorgegebenen Schwellwerts durch die mindestens eine physikalische Größe ΔΗ bis Δίη ist in der Regel ein sicheres Indiz für das Vorliegen mindestens eines Fremdobjekts in einer räumlichen Umgebung der mindestens einen Spule 14 der Spulenanordnung. Dieser Effekt ist häufig auch gewährleistet, sofern anstelle einer Gradientenanalyse der mindestens einen Frequenz f1 bis fn des mindestens einen Schwingkreises 18 eine andere physikalische Größe ΔΗ bis Δίη von der
Auswerteeinrichtung 20 ausgewertet wird. Bei Vorliegen eines (zumindest teilweise metallischen und/oder leitfähigen) Fremdobjekts in der Nähe mindestens einer Spule 14 werden Wrbelströme in dem mindestens einen Fremdobjekt induziert, was das Schwingverhalten des mindestens einen in Resonanz versetzten Schwingkreises 18 beeinträchtigt. Somit kann anhand eines einfach ausführbaren Vergleichs der mindestens einen physikalischen Größe ΔΗ bis Δίη das Vorliegen des mindestens einen unerwünschten Fremdobjekts erkannt werden. Ein
Triggern der metallischen Teile der Fahrzeugkarosserie ist dabei nicht zu befürchten.
In der Ausführungsform der Fig. 1a bis 1c ist die Auswerteeinrichtung 20 dazu ausgelegt, sofern die mindestens eine bestimmte physikalische Größe ΔΗ bis Δίη von dem mindestens einen vorgegebenen Normalwertebereich abweicht, mindestens ein
Fremdobjekt-Informationssignal 32 an mindestens eine Informationsausgabeelektronik 34 auszugeben. Die mindestens eine Informationsausgabeelektronik 34 ist mittels des mindestens einen Fremdobjekt-Informationssignals 32 zur Ausgabe zumindest eines Fremdobjekt-Warnsignals ansteuerbar. Die mindestens eine
Informationsausgabeelektronik 34 kann z.B. ein Warnlicht, eine Bildanzeigeeinrichtung und/oder eine Tonausgabeeinrichtung sein. Als das mindestens eine Fremdobjekt- Warnsignal kann beispielsweise ein Leuchtsignal, ein Blinksignal, ein Warnlicht, ein Warnbild oder ein Warnton ausgebbar sein. Die mindestens eine
Informationsausgabeelektronik 34 kann in die elektrische Vorrichtung und/oder in die weitere elektrische Vorrichtung, welche für eine induktive Energieübertragung mit der elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist, integriert sein. Es kann jedoch auch eine als eigenes Bauteil getrennt von den elektrischen Vorrichtungen vorliegende
Informationsausgabeelektronik 34 mittels des mindestens einen Fremdobjekt- Informationssignals 32 ansteuerbar sein. Somit kann ein Benutzer vor oder während einer induktiven Energieübertragung auf das Vorliegen des mindestens einen Fremdobjekts aufmerksam gemacht werden.
Als Alternative oder als Ergänzung zur Ausgabe des Fremdobjekt-Informationssignals 32 kann die Auswerteeinrichtung 20 auch dazu ausgelegt sein, mindestens ein Steuersignal 36 an die elektrische Vorrichtung und/oder an die weitere zur induktiven
Energieübertragung (mit der elektrischen Vorrichtung) ausgelegte elektrische Vorrichtung auszugeben. In diesem Fall sind die elektrische Vorrichtung und/oder die weitere elektrische Vorrichtung mittels des mindestens einen Steuersignals 36 zumindest für eine vorgegebene Zeit in einen vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus steuerbar.
Vorzugsweise ist bei einem Vorliegen der elektrischen Vorrichtung und/oder der weiteren elektrischen Vorrichtung in dem vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus eine induktive Energieübertragung zwischen der elektrischen Vorrichtung und der weiteren elektrischen Vorrichtung nicht startbar, zumindest für eine vorgegebene Zeit unterbunden, beendet oder zumindest für die vorgegebene Zeit nur mit einer gegenüber einem Normalmodus der elektrischen Vorrichtung und/oder der weiteren elektrischen Vorrichtung reduzierten
Energieübertragungsrate ausführbar. Die Überwachungsvorrichtung 10 verhindert somit nach der Erkennung eines Vorliegens des mindestens einen Fremdobjekts, dass dieses aufgrund einer weiter fortgeführten induktiven Energieübertragung mit einer normalen Energieübertragungsrate (entsprechend dem Normalmodus) erhitzt oder beschädigt wird. Die Überwachungsvorrichtung 10 trägt somit zur verbesserten Objekt- und
Personensicherheit im Umfeld einer induktiven Energieübertragung bei.
Fig. 2a bis 2c zeigen schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung. Fig. 2a gibt schematisch eine mögliche Anbringposition/Lage der Spulenanordnung 12 aus mindestens einer Spule 14 zwischen einer Primärseite 40 der elektrischen
Vorrichtung und einer Sekundärseite 42 der weiteren elektrischen Vorrichtung wieder. Beispielsweise kann an und/oder in die Primärseite 40 mindestens eine (nicht skizzierte) Spule/Primärspule integriert sein, welche für eine induktive Energieübertragung mit mindestens einer an und/oder in der Sekundärseite 42 angeordnete (nicht dargestellte) Spule/Sekundärspule ausgelegt ist. In einer möglichen Ausführungsform ist die
Primärseite 40 eine Außenseite einer Ladestation, an welcher ein Fahrzeug mit der als Fahrzeugunterseite ausgebildeten Sekundärseite 42 abgestellt ist. Unter der induktiven Energieübertragung kann sowohl eine Energieübertragung von der elektrischen
Vorrichtung/Ladestation an die weitere elektrische Vorrichtung/das Fahrzeug, z.B. zum Laden einer Energiespeichereinheit/Batterie der weiteren elektrischen Vorrichtung/des Fahrzeugs, als auch eine Energieübertragung von der weiteren elektrischen
Vorrichtung/dem Fahrzeug an die elektrische Vorrichtung/die Ladestation verstanden werden. Außerdem sind die in diesem Absatz beschriebenen Beispiele für die Seiten 40 und 42 nur beispielhaft zu verstehen. Die Überwachungsvorrichtung 10 mit der
Spulenanordnung 12 aus mindestens einer Spule 14 kann auch zur Erkennung von elektrisch leitenden Materialien in zumindest einer Teilumgebung (z.B. einem
Zwischenspalt/Luftspalt) eines anders ausgebildeten Systems aus zur induktiven Energieübertragung ausgebildeten elektrischen Vorrichtungen eingesetzt werden.
Fig. 2b zeigt einen Schaltplan eines Schwingkreises 18, wobei jede der Spulen 14 der Überwachungsvorrichtung 10 in einen derartigen eigenen Schwingkreis 18 eingebunden ist. Die jeweilige Spule 14 ist mit einem Widerstand 44 in Serie geschaltet. Jeder der Schwingkreise 18 weist einen Kondensator 46 und eine Spannungsquelle 48 auf.
Außerdem ist parallel zu dem Kondensator 46 noch ein weiterer Widerstand 50 angeordnet. Mittels der Spannungsquelle 48 ist der Schwingkreis 18 mit einer
Eingangsspannung UFG anregbar. Die an dem Kondensator 46 jeweils anliegende Spannung Uc ist messbar.
Der jeweilige Schwingkreis 18 kann beispielsweise über den Wderstand 44 mit der Eingangsspannung UFG bei einer Amplitude von 10 Volt in seiner Resonanzfrequenz angeregt werden, so dass ein ausreichend großer Signal-Rausch-Abstand gewährleistet ist. (Bei der Resonanzfrequenz kommt es zu einer Überhöhung der Spannung Uc gegenüber der Eingangsspannung UFG ) Gleichzeitig kann der Spannungsverlauf am Kondensator 46 kontinuierlich aufgezeichnet und ausgewertet werden. Aus mehreren Schwingkreisen 18 kann auch ein Array aufgespannt werden, welches einen zu überwachenden Raum an mindestens einer Seite überdeckt. In einem Array können zusätzlich auch Offsets, die über alle Spulen 14 gleichmäßig auftreten,
(beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen oder sehr niedrig liegenden
Fahrzeugkarosserien) leicht erkannt und damit eliminiert werden. Auch ein sich ändernder Fahrzeugabstand führt zu einem systematischen Offset, der durch Wertevergleich aller Array-Elemente erkannt und eliminiert wird. Eine schwache Kopplung zwischen zwei benachbarten Spulen 14 kann durch einen größeren Abstand zwischen den Spulen 14 unterbunden werden. Außerdem können verschiedene Frequenzen bei Schwingkreisen 18 zu benachbarten Spulen 14 angelegt werden, um eine Kopplung weiter zu minimieren. Wie in Fig. 2c zu erkennen ist, ist jeder der Schwingkreise 18 an mindestens einen Filter 52 angebunden, mittels welchem die Signale 54 (Spannungen Uc) der Schwingkreise 18 gefiltert werden. Auf diese Weise können parasitäre Effekte (Einkopplungen), welche durch ein zwischen den Seiten 40 und 42 vorliegendes magnetisches Wechselfeld bewirkt sind, unterdrückt/herausgefiltert werden. Beispielsweise bewirkt der mindestens eine Filter 52, dass lediglich Signale 54 aus einem relativ schmalen Frequenzbereich um die
Resonanzfrequenz (z.B. mit einer Bandbreite von 50 Hz) von der Auswerteeinrichtung 20 weiter berücksichtigt werden. Eine derartige Filterung kann beispielsweise
softwaretechnisch durch einen Bandpass-Filter oder einen Hardwareaufbau (z.B. einen Notch-Filter) realisiert werden.
In dem Beispiel der Fig. 2c wird als die mindestens eine physikalische Größe ΔΑ1 bis ΔΑη eine zeitliche Änderung mindestens einer zeitlich gemittelten Amplitude A1 bis An des mindestens einen Schwingkreises 18 bestimmt. Beispielsweise kann die jeweilige zeitlich gemittelte Amplitude A1 bis An über eine zeitliche Mittelung von 0, 1 Sekunden festlegbar sein. Mittels der Rechnereinheiten 26 kann anschließend die mindestens eine
physikalische Größe ΔΑ1 bis ΔΑη festgelegt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch die anderen oben beschriebenen Größen für die mindestens eine
physikalische Größe ΔΑ1 bis ΔΑη mittels der hier beschriebenen
Überwachungsvorrichtung 10 messbar und weiter auswertbar sind. Danach kann mittels mindestens einer Vergleicheinheit 56 die jeweilige physikalische Größe ΔΑ1 bis ΔΑη mit dem mindestens einen vorgegebenen Schwellwert verglichen werden. Die Vergleicheinheiten 56 können dazu ausgelegt sein, mittels eines
Kommunikationssignals 58 zur Anpassung des jeweiligen Schwellwerts miteinander zu kommunizieren. Anschließend können mittels der Vergleicheinheiten 56 Vergleichssignale 60 ausgebbar sein, welche von einer zentralen Auswerteeinheit 62 daraufhin auslesbar sind, ob die mindestens eine aktuelle Größe ΔΑ1 bis ΔΑη noch in dem mindestens einen vorgegebenen Normalwertebereich liegt. Sofern dies nicht der Fall ist, kann mindestens eines der oben schon beschriebenen Signale 32 oder 36 von der zentralen
Auswerteeinheit 54 ausgebbar sein.
Fig. 3 zeigt eine schematische Teildarstellung einer dritten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung. Von der dritten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung 10 ist in Fig. 3 lediglich ein Schaltplan des mindestens einen Schwingkreises 18 dargestellt. Der mindestens eine Schwingkreis 18, in welchem die mindestens eine Spule 14 der Spulenanordnung eingebunden ist, ist mindestens eine CCFL-Inverterschaltung. (Eine derartige Schaltung ist auch als Royer-Converter oder als Royer-Circuit bezeichenbar.) Die Verwendung mindestens einer CCFL-Inverterschaltung für die Überwachungsvorrichtung 10 ist mit dem Vorteil verbunden, dass sich die Resonanzfrequenz des mindestens einen
Schwingkreises 18 selbstständig einstellt. Ein derartiger Schwingkreis 18 ist somit ideal, um Änderungen an seiner Induktivität und Laständerungen mittels Frequenzänderungen zu detektieren.
Die in Fig. 3 schematisch dargestellte CCFL-Inverterschaltung weist parallel zu der Spule 14 einen ersten Kondensator 70 auf, an dessen Elektroden je ein MOSFET 72 und 74 elektrisch angebunden ist. Ein Drain-Bereich eines ersten MOSFET 72 ist an einer ersten Elektrode des ersten Kondensators 70 angebunden, während ein Gate-Bereich des ersten MOSFET 72 über eine erste Diode 76 an die zweite Elektrode des ersten
Kondensators 70 angebunden ist. Entsprechend sind auch ein Drain-Bereich des zweiten MOSFET 74 an der zweiten Elektrode des ersten Kondensators 70 und ein Gate-Bereich des zweiten MOSFET 74 über eine zweite Diode 78 an die erste Elektrode des ersten Kondensators 70 angebunden. Die Source-Bereiche der MOSFET 72 und 74 sind miteinander und mit einer Erdung 80 verbunden. Zwischen der Erdung 80 und einer
Spannungsquelle 82 liegt ein zweiter Kondensator 84. Jeder Gate-Bereich der MOSFET 72 und 74 ist außerdem über je einen Widerstand 86 und 88 mit der Spannungsquelle 82 verbunden. Des Weiteren sind auch die Drain-Bereiche der MOSFET 72 und 74 über je eine Spule 90 und 92 mit der Spannungsquelle 82 verbunden. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass die in Fig. 3 dargestellte CCFL-Inverterschaltung nicht eine
Mittelanzapfung einer Primärspule oder einer Steuerspule benötigt.
Fig. 4 zeigt eine schematische Teildarstellung einer vierten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung. Auch die in Fig. 4 schematisch teilweise dargestellte Überwachungsvorrichtung 10 hat mindestens einen als CCFL-Inverterschaltung ausgelegten Schwingkreis 18. Die CCFL- Inverterschaltung ist mit einer Steuerspule 100 und mit einer Primärspule 102
ausgestattet. Die Spule 14 ist an die Primärspule 102 angebunden. Außerdem ist parallel zu der Primärspule 102 ein erster Kondensator 104 angeordnet. Jede der Elektroden des ersten Kondensators 104 ist an je einen Collector-Bereich eines Bipolartransistors 106 und 108 angebunden. Die Base-Bereiche der Bipolartransistoren 106 und 108 sind jeweils an die Steuerspule 100 angebunden. Die Emitter-Bereiche der Bipolartransistoren 106 und 108 sind miteinander und mit einer Erdung 110 verbunden. Zwischen der Erdung 1 10 und einer Spannungsquelle 112 liegt ein zweiter Kondensator 1 14. Auch die Spule 14 ist an die Spannungsquelle 1 12 angebunden. Des Weiteren ist ein Base-Bereich eines
Bipolartransistors 106 über einen parallel zu der Spule 14 angeordneten Widerstand 116 mit der Spannungsquelle 112 verbunden.
Fig. 5a und 5b zeigen schematische Darstellungen einer fünften Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung.
In der Ausführungsform der Fig. 5a und 5b hat die Überwachungsvorrichtung 10 mindestens eine Empfangsspule 14a als die mindestens eine in die mindestens eine elektronische Schaltung 18 eingebundene Spule 14a und zusätzlich noch mindestens eine Sendespule 14b. Die mindestens eine Sendespule 14b ist mittels der Sensoreinrichtung 12 so betreibbar, dass mittels der mindestens einen
Sendespule 14b mindestens ein elektromagnetisches Signal aussendbar ist. Dazu ist die mindestens eine Sendespule 14b beispielsweise so an eine
Wechselstromquelle 121 der Sensoreinrichtung 12 angebunden, dass ein
Sendestrom I durch die mindestens eine Sendespule 14b leitbar ist. Während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals sind eine in der mindestens einen Empfangsspule 14a induzierte Spannung und/oder eine in der mindestens einen Empfangsspule 14a generierte Stromstärke mittels der
mindestens einen elektronischen Schaltung 18 als die mindestens eine
physikalische Größe ermittelbar. Speziell sind bei der hier beschriebenen
Ausführungsform die mindestens eine Empfangsspule 14a und die mindestens eine Sendespule 14b magnetisch gut entkoppelt, so dass eine Gegeninduktivität M relativ klein ist.
Die in Fig. 5b dargestellte mindestens eine Empfangsspule 14a der
Spulenanordnung weist äußere Windungen 120 mit einer ersten Wicklungsrichtung 120a und innere Windungen 122 mit einer der ersten Wcklungsrichtung 120a entgegen gerichteten zweiten Wcklungsrichtung 122a auf. Die unterschiedliche
Anzahl der Windungen 120 und 122 ist im Verhältnis zum ungleichen Durchmesser der Wndungen 120 und 122 so gewählt, dass ein die jeweilige Empfangsspule 14 homogen durchsetzendes (externes) Magnetfeld in den äußeren Windungen 120 einen ersten Induktionsstrom 11 induziert, welcher von einem von dem gleichen
Magnetfeld in den inneren Wndungen 122 induzierten zweiten Induktionsstrom 12 zumindest teilweise kompensiert wird. Vorzugsweise mittein sich die
Induktionsströme 11 und 12 gegenseitig heraus. Bei einer Fremdobjekt-freien
Umgebung der mindestens einen Empfangsspule 14a (und der mindestens einen Sendespule 14b) mittelt sich die während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der mindestens einen Empfangsspule 14a
induzierte (Gesamt-)Spannung oder (Gesamt-)Stromstärke deshalb (nahezu) heraus. Nur wenn ein Fremdobjekt in der Umgebung der mindestens einen
Empfangsspule 14a (und der mindestens einen Sendespule 14b) vorliegt, tritt während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der mindestens einen Empfangsspule 14a eine (Gesamt-)Spannung und/oder
(Gesamt-)Stromstärke ungleich Null auf. Auch die Überwachungsvorrichtung 10 der Fig. 5a und 5b liefert somit die oben schon beschriebenen Vorteile.
Fig. 6 zeigt eine schematische Teildarstellung einer sechsten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung.
In Fig. 6 ist ein Beispiel für die mindestens eine elektronische Schaltung 18 mit der mindestens einen eingebundenen Empfangsspule 14a dargestellt. (Die mit der mindestens einen Empfangsspule 14a zusammenwirkende mindestens eine Sendespule 14b ist nicht dargestellt.) Die mindestens eine elektronische Schaltung 18 ist zum Messen der (mittels des mindestens einen elektromagnetischen Signals) in der mindestens einen Empfangsspule 14a induzierten Spannung ausgelegt. Ein Operationsverstärker 124 ist als nicht-invertierender Verstärker konfiguriert, mittels welchem die induzierte Spannung verstärkbar ist. (Der Verstärkungsfaktor ist durch das Verhältnis der Widerstände 126a und 126b festgelegt.) Alternativ kann der Operationsverstärker 124 jedoch auch so beschaltet werden, dass eine frequenzabhängige Übertragungsfunktion (wie z.B. bei einem Bandpassfilter) realisiert ist. Außerdem weist die mindestens eine elektronische Schaltung 18 mindestens einen Analog-Digital-Wandler 128 auf, welcher das
Ausgangssignal des mindestens einen Operationsverstärkers 124 konvertiert. Optionaler Weise kann weitere Software in mindestens einen an den mindestens einen Analog- Digital-Wandler 128 angeschlossenen Synchrondemodulator 130 implementiert sein. In diesem Fall demoduliert der Synchrondemodulator 130 ein bereitgestelltes Signal synchron zum Wechselstrom der oben beschriebenen Wechselstromquelle 121 . Der mindestens eine Analog-Digital-Wandler 128 und der mindestens eine
Synchrondemodulator 130 können Teil eines Microkontrollers 132 sein.
Fig. 7 zeigt eine schematische Teildarstellung einer siebten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung.
Die in Fig. 7 schematisch dargestellte elektronische Schaltung 18 ist zum Messen der (mittels des mindestens einen elektromagnetischen Signals) in der mindestens einen Empfangsspule 14a induzierten Stromstärke ausgelegt. Ein Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 124 ist durch ein Verhältnis aus dem Serienwiderstand 126a und dem weiteren Wderstand 126b festgelegt. Eine parasitäre Spulenkapazität 134 wird bei der elektronischen Schaltung 18 der Fig. 7 kurzgeschlossen.
Fig. 8 zeigt eine schematische Teildarstellung einer achten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung.
Wie anhand von Fig. 8 erkennbar ist, können bei einer Weiterbildung einer der oben beschriebenen elektronischen Schaltungen 18 auch mehrere Operationsverstärker 124/Verstärker in Reihe geschalten sein. Optionaler weise können die Signale zwischen den Verstärkerstufen gefiltert werden. Dazu können beispielsweise Bandpassfilter 136 eingesetzt sein. Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung einer neunten Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung.
Die Ausführungsform der Fig. 9 hat zwei Sendespulen 14b, von welchen jede eine nahezu verschwindende magnetische Kopplung M 1 oder M2 zu der einzigen Empfangsspule 14a der Überwachungsvorrichtung 10 aufweist. Eine erste Sendespule 14b ist an eine erste Wechselstromquelle 121 der Sensoreinrichtung 12 mit einem vorgebbaren ersten
Sendestrom 11 angebunden, während durch eine Einbindung der zweiten Sendespule 14b an eine zweite Wechselstromquelle 121 der Sensoreinrichtung 12 ein zweiter Sendestrom 12 an diese bereitstellbar ist. Sofern die Vorzeichen der magnetischen Kopplungen M1 und M2 unterschiedliche sind, ist durch eine unabhängige Wahl der Amplituden der Sendeströme 11 und 12 die in der Empfangsspule 14a induzierte Stromstärke/Spannung sowohl nach Betrag als auch nach Vorzeichen beliebig klein vorgebbar. Typischerweise haben die Sendeströme 11 und 12 die gleiche Signalform und dieselbe Frequenz.
Außerdem kann eine Phasenverschiebung zwischen den Sendeströmen 11 und 12 zur zusätzlichen Reduzierung der in der Empfangsspule 14a induzierten
Stromstärke/Spannung genutzt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Sendespulen 14b einer Überwachungsvorrichtung noch weiter steigerbar ist. Fig. 10 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zehnten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung.
Die Ausführungsform der Fig. 10 weist zwei Empfangsspule 14a auf, wobei
Windungen einer ersten Empfangsspule 14a der beiden Empfangsspulen 14a in der ersten Wicklungsrichtung 120a und Wndungen einer zweiten Empfangsspule 14a der beiden Empfangsspulen 14a in der der ersten Wicklungsrichtung 120a entgegen gerichteten zweiten Wcklungsrichtung 122a verlaufen. Vorzugsweise weisen die zwei Empfangsspulen 14a dieselbe Windungsanzahl, den gleichen
Außendurchmesser und den gleichen Innendurchmesser auf. Die von einem, die beiden Empfangsspulen 14a homogen durchsetzend magnetischen Fremdfeld (z.B. das von der Ladeeinrichtung erzeugte, energieübertragende Magnetfeld) in den beiden Empfangsspulen induzierten Spannungen heben sich dann gegenseitig auf.
Zudem ergibt sich auch bei einer Fremdobjekt-freien Umgebung der
Empfangsspulen 14a (und der mindestens einen Sendespule 14b) während des
Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals durch eine zu den beiden Empfangsspulen 14a geeignet angeordneten Sendespule 14b (siehe z.B. das in Figur 13 beschriebene Ausführungsbeispiel) damit eine Summe von (nahezu) Null für die in den zwei Empfangsspulen 14a induzierten
Spannungen/Stromstärken. Ein in der Umgebung der zwei Empfangsspulen 14a
(und der mindestens einen Sendespule 14b) während des Aussendens des
mindestens einen elektromagnetischen Signals vorliegendes Fremdobjekt ist
deshalb an einer plötzlich festgestellten Steigerung der Summe der in den zwei
Empfangsspulen 14a induzierten Spannungen/Stromstärken verlässlich erkennbar.
Dieser Vorteil ist auch sichergestellt, sofern mehrere erste Empfangsspulen 14a mit der ersten Wicklungsrichtung 120a und die gleiche Anzahl von zweiten
Empfangsspulen 14a mit der zweiten Wicklungsrichtung 122a vorliegen.
Fig. 1 1 zeigt eine schematische Teildarstellung einer elften Ausführungsform der
Überwachungsvorrichtung. In der Ausführungsform der Fig. 11 ist die mindestens eine Empfangsspule 14a derart sich teilweise überlappend mit der mindestens einen Sendespule 14b angeordnet, dass bei einer Fremdobjekt-freien Umgebung der mindestens einen Empfangsspule 14a und der mindestens einen Sendespule 14b die während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der mindestens einen Empfangsspule 14a induzierte (Gesamt-)Spannung oder (Gesamt-)Stromstärke verschwindet. Lediglich sofern ein Fremdobjekt in der Umgebung der mindestens einen Empfangsspule 14a und der mindestens einen Sendespule 14b vorliegt, tritt während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der mindestens einen Empfangsspule 14a eine (Gesamt-)Spannung und/oder (Gesamt-)Stromstärke ungleich Null auf. Speziell ist ein Flächeninhalt einer gemeinsamen Überlappfläche 138 der einzigen (kreisförmigen)
Empfangsspule 14a und der einzigen (kreisförmigen) Sendespule 14b der
Überwachungsvorrichtung 10 der Fig. 11 so groß festgelegt, dass sich (während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals mittels der mindestens einen Sendespule 14b) die in der einzigen Empfangsspule 14a induzierten Teilströme bei einer Fremdobjekt-freien Umgebung herausheben. In einer Weiterbildung kann die
Überwachungsvorrichtung 10 auch mehrere sich derart überlappende Sende- und Empfangsspulen 14a und 14b aufweisen.
Fig. 12 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zwölften Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung. Auch die Ausführungsform der Fig. 12 hat eine Empfangsspule 14a und eine Sendespule 14b, welche zur magnetischen Entkopplung teilweise überlappend angeordnet sind. Die Empfangsspule 14a und die Sendespule 14b sind als um eine gemeinsame Achse 140 gegeneinander verdrehte D-förmige Spulen ausgebildet. Aufgrund des geeignet groß festgelegten Flächeninhalts der gemeinsamen Überlappfläche 138 durchsetzt der magnetische Fluss eines durch die Sendespule 14b erzeugten Magnetfelds zu gleichen Teilen in positiver Richtung und in negativer Richtung die Empfangsspule. Deshalb tritt nur bei Vorliegen eines Fremdobjekts in der Umgebung der Empfangsspule 14a und der Sendespule 14b eine (Gesamt-)Spannung und/oder (Gesamt-)Stromstärke ungleich Null während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der Empfangsspule 14a auf. Auch für das Beispiel der Fig. 12 ist eine Weiterbildung mit mehreren sich überlappenden Doppel-D-Spulen möglich.
Fig. 13 zeigt eine schematische Teildarstellung einer dreizehnten Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung.
Die Ausführungsform der Fig. 13 umfasst zwei Empfangsspulen 14a mit unterschiedlichen Wicklungsrichtung 120a und 122a und eine einzige Sendespule 14b. Ein Flächeninhalt der gemeinsamen Überlappfläche 138 einer ersten der beiden Empfangsspulen 14a und der Sendespule 14b und ein Abstand 142 zwischen den beiden Empfangsspulen 14a sind derart festgelegt, dass eine magnetische Entkopplung zwischen den beiden
Empfangsspulen 14a und der Sendespule 14b vorliegt. Dies ist gewährleistet, sofern eine magnetische (Rest-)Kopplung zwischen der ersten Empfangsspule 14a und der
Sendespule 14b eine (vergleichsweise geringe) magnetische Kopplung zwischen der zweiten Empfangsspule 14a und der Sendespule 14b kompensiert.
Alle oben beschriebenen Überwachungsvorrichtungen 10 können in einem Luftspalt von induktiven Ladesystemen eingesetzt werden. Selbst bei einer induktiven Übertragung vergleichsweise großer Energien mittels relativ starker elektromagnetischer Wechselfelder können die Überwachungsvorrichtungen 10 die Fremdobjektdetektion noch ausführen, ohne dass dazu die induktive Energieübertragung (zumindest kurzzeitig) zu unterbrechen ist. Gleichzeitig ist mittels der vorteilhaften Ansteuerbarkeit des induktiven Ladesystems durch die Überwachungsvorrichtungen 10 nach einem Feststellen mindestens eines Fremdobjekts gewährleistet, dass die von den magnetischen Wechselfeldern induzierten Wirbelströme nicht zur Erwärmung des mindestens einen Fremdobjekten führen.
Stattdessen kann das induktive Ladesystem rechtzeitig so angesteuert werden, dass eine unerwünschte Erhitzung/Beschädigung des mindestens einen Fremdobjekts aus den leitfähigen Materialien verlässlich unterbunden ist. Ein Brand oder Verbrennungen aufgrund eines zu heiß gewordenen Fremdobjekts sind somit verlässlich unterbunden. Bei allen oben beschriebenen Überwachungsvorrichtungen 10 ist der Einfluss von magnetischen Störfeldern unkritisch. Außerdem können die Überwachungsvorrichtungen 10 die Fremdobjektdetektion verlässlich ausführen, ohne dass Veränderungen an einer Breite des Zwischenspalts, beispielsweise aufgrund einer sich ändernden Fahrzeughöhe, oder ein Versatz der Spulen 14 und 14a das Messergebnis verfälschen. Außerdem gewährleisten alle Überwachungsvorrichtungen 10 eine ausreichende Robustheit, so dass Umgebungsbedingungen zu keiner Verfälschung der Messergebnisse beitragen. Vor einem Einsatz der Überwachungsvorrichtungen 10 ist höchstens eine einmalige
Kalibrierung (wegen dauerhaft vorhandenem Metall in mindestens einer zur induktiven Energieübertragung genutzten Spule) nötig.
In einer Weiterbildung der Überwachungsvorrichtungen 10 können diese noch mit mindestens einem Temperatursensor ausgestattet sein. Eine mittels des mindestens einen Temperatursensors bestimmte Temperatur kann z.B. zum Auswählen des mindestens einen Schwellwerts oder zum Ausführen eines Abgleichs (unter Verwendung eines Kennfelds von für die mindestens eine physikalische Größe hinterlegten Werten) genutzt werden.
Die Vorteile der oben beschriebenen Überwachungsvorrichtungen 10 sind auch bei einer damit ausgestatteten elektrischen Vorrichtung, welche zur induktiven Energieübertragung mit einer weiteren elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist, gewährleistet.
Fig. 14 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung. Das im Weiteren beschriebene Verfahren kann beispielsweise mittels einer der oben ausgeführten Überwachungsvorrichtungen durchführbar sein. Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass die Ausführbarkeit des Verfahrens nicht auf die Verwendung einer derartigen Überwachungsvorrichtung limitiert ist. In einem Verfahrensschritt S1 wird mindestens eine physikalische Größe, welche mittels mindestens einer elektronischen Schaltung gemessen wird oder in der mindestens einen elektronischen Schaltung auftritt, bestimmt, wobei mindestens eine Spule einer
Spulenanordnung an der jeweiligen mindestens einen elektronischen Schaltung angebunden ist. Das Bestimmen der mindestens einen physikalischen Größe erfolgt, während die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule an, auf und/oder in der elektrischen Vorrichtung angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die mindestens eine Spule der Spulenanordnung so gewickelt/ausgelegt ist und/oder so an mindestens einem Filter angebunden ist, dass in der mindestens einen Spule der Spulenanordnung induzierte Ströme oder Spannungen zumindest teilweise herausgemittelt oder herausgefiltert werden.
Beispielsweise wird in dem Verfahrensschritt S1 während des Bestimmens der mindestens einen physikalischen Größe mindestens ein Schwingkreis der
mindestens einen elektronischen Schaltung, in welchen die mindestens eine Spule eingebunden ist, in Resonanz versetzt. Vorzugsweise umfasst in diesem Fall der Verfahrensschritt S1 die Teilschritte S11 und S12. In dem Teilschritt S11 kann z.B.
mindestens eine Frequenz des mindestens einen Schwingkreises bestimmt werden. Anschließend kann in dem Teilschritt S12 eine zeitliche Ableitung der mindestens einen bestimmten Frequenz als die mindestens eine physikalische Größe gebildet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird während des Bestimmens der mindestens einen physikalischen Größe mittels mindestens einer als Sendespule ausgelegten weiteren Spule mindestens ein elektromagnetisches Signal
ausgesendet. In diesem Fall wird mittels der mindestens einen elektronischen
Schaltung eine in der mindestens einen angebundenen Spule (als Empfangsspule) induzierte Spannung oder Stromstärke gemessen. Die mindestens eine
Empfangsspule kann so ausgelegt sein, dass ein die mindestens eine
Empfangsspule homogen durchsetzendes Magnetfeld in der mindestens einen
Empfangsspule (nahezu) keine Spannung und/oder (nahezu) keinen Strom
induziert. Alternativ kann die mindestens eine Empfangsspule auch so in die
mindestens eine elektronische Schaltung integriert sein, dass induzierte
Spannungen/Ströme herausgefiltert werden. Zum Ausführen des Verfahrensschritts S1 können in diesem Fall Mittel zum synchronen Demodulieren der in der
mindestens einen Empfangsspule ermittelten Spannungen/Ströme (mit den die mindestens eine Sendespule antreibenden Wechselströmen) eingesetzt werden.
Das auf diese Weise gewonnene mindestens eine demodulierte Signal kann sowohl bezüglich seiner Amplitude als auch bezüglich seiner Phase (relativ zu dem jeweiligen Wechselstrom) ausgewertet werden. (Aus der Amplitude des mindestens einen Signals kann auf die Anwesenheit eines Fremdobjektes zurückgeschlossen werden. Die Phase kann bezüglich bestimmter Eigenschaften des Fremdobjekts, wie beispielsweise seiner Leitfähigkeit und/oder seiner magnetischen Permeabilität (ferromagnetisch oder paramagnetisch), ausgewertet werden. Die hier
beschriebene Ausführungsform realisiert somit auch eine hohe Sensitivität einer induktiven Metallerkennungseinrichtung.) In einem Verfahrensschritt S2 wird ermittelt, ob die mindestens eine physikalische Größe von mindestens einem vorgegebenen Normalwertebereich abweicht. Dies kann beispielsweise über einen Schwellwertvergleich erfolgen. Sofern die mindestens eine bestimmte physikalische Größe von dem mindestens einen vorgegebenen
Normalwertebereich abweicht, wird ein Verfahrensschritt S3 ausgeführt.
In dem Verfahrensschritt S3 erfolgt ein Steuern der elektrischen Vorrichtung und/oder einer weiteren zur induktiven Energieübertragung (mit der elektrischen Vorrichtung) ausgelegten elektrischen Vorrichtung in einen vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus zumindest für eine vorgegebene Zeit und/oder ein Ansteuern mindestens einer
Informationsausgabeelektronik zur Ausgabe zumindest eines Fremdobjekt-Warnsignals.
Bezüglich des Fremdobjektschutzmodus und der mindestens einen ansteuerbaren Informationsausgabeelektronik wird auf die oberen Ausführungen verwiesen. Somit gewährleistet auch das in Fig. 14 schematisch dargestellte Verfahren die oben
beschriebenen Vorteile.
Wahlweise kann in dem Verfahrensschritt S3 auch ein Abspeichern der mindestens einen ermittelten physikalischen Größe erfolgen. In diesem Fall kann bei einer nach einem Entfernen des mindestens einen Fremdobjekts als optionaler Verfahrensschritt S4 ausgeführten Wederaufnahme der Fremdobjektdetektion die mindestens eine
abgespeicherte physikalische Größe als Vergleichswert herangezogen werden.
Das oben ausgeführte Verfahren kann auch zur Verbesserung eines Sicherheitsstandards einer induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen Vorrichtungen ausgeführt werden. Das mittels des Verfahrens ausführbare Untersuchen zumindest der
Teilumgebung mindestens einer der zwei elektrischen Vorrichtungen auf ein darin und/oder nahe daran vorliegendes Fremdobjekt kann vor einem Beginn der induktiven Energieübertragung, während der fortgeführten induktiven Energieübertragung und/oder während eines (kurzzeitigen) Unterbrechens der induktiven Energieübertragung erfolgen. Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass eine Unterbrechung der induktiven
Energieübertragung für die Ausführbarkeit des hier beschriebenen Verfahrens nicht notwendig ist.

Claims

Ansprüche
1. Überwachungsvorrichtung (10) für mindestens eine zur induktiven
Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung mit: einer Sensoreinrichtung (12) mit einer Spulenanordnung aus mindestens einer Spule (14, 14a), wobei die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule (14, 14a) an, auf und/oder in der elektrischen Vorrichtung anordbar oder angeordnet ist, und die einzige Spule (14, 14a) oder mindestens eine der Spulen (14, 14a) der Spulenanordnung in mindestens eine elektronische Schaltung (18) eingebunden ist; und einer Auswerteeinrichtung (20), welche dazu ausgelegt ist, zu erkennen, ob mindestens eine physikalische Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) , welche mittels der mindestens einen elektronischen Schaltung (18) gemessen ist oder in der mindestens einen elektronischen Schaltung auftritt, von mindestens einem vorgegebenen Normalwertebereich abweicht, und, sofern die mindestens eine bestimmte physikalische Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) von dem mindestens einen vorgegebenen Normalwertebereich abweicht,
mindestens ein Steuersignal (36) an die elektrische Vorrichtung und/oder eine weitere zur induktiven Energieübertragung ausgelegte elektrische Vorrichtung auszugeben, mittels welchem die elektrische Vorrichtung und/oder die weitere elektrische Vorrichtung zumindest für eine
vorgegebene Zeit in einen vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus steuerbar sind, und/oder
mindestens ein Fremdobjekt-Informationssignal (32) an mindestens eine Informationsausgabeelektronik (34) auszugeben, mittels welchem die mindestens eine Informationsausgabeelektronik (34) zur Ausgabe zumindest eines Fremdobjekt-Warnsignals ansteuerbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule (14, 14a) der Spulenanordnung so gewickelt, so ausgelegt und/oder so an mindestens einen Filter (52) angebunden ist, dass in der mindestens einen Spule (14, 14a) der Spulenanordnung induzierte Ströme (11 , I2) und/oder Spannungen zumindest teilweise herausmittelbar und/oder herausfilterbar sind.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die mindestens eine elektronische Schaltung (18) mindestens einen in Resonanz versetzbaren Schwingkreis (18) umfasst, in welchen die mindestens eine Spule (14) der Spulenanordnung eingebunden ist.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine physikalische Größe (Af1 bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) bezüglich einer zeitlichen Änderung mindestens einer Resonanzfrequenz (f1 bis fn) des mindestens einen Schwingkreises (18), einer zeitlichen Änderung mindestens einer
Resonanzamplitude des mindestens einen Schwingkreises (18) und/oder einer zeitlichen Änderung mindestens einer zeitlich gemittelten Amplitude (A1 bis An) des mindestens einen Schwingkreises (18) mittels der Auswerteeinrichtung (20) bestimmbar ist.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die mindestens eine Spule (14) der Spulenanordnung in mindestens eine CCFL- Inverterschaltung als den mindestens einen Schwingkreis (18) eingebunden ist.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die
Überwachungsvorrichtung (10) mindestens eine Empfangsspule (14a) als die mindestens eine in die mindestens eine elektronische Schaltung (18) eingebundene Spule (14a) und zusätzlich noch mindestens eine Sendespule (14b) umfasst, und wobei die mindestens eine Sendespule (14b) mittels der Sensoreinrichtung (12) so betreibbar ist, dass mittels der mindestens einen Sendespule (14b) mindestens ein elektromagnetisches Signal aussendbar ist, und während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals eine in der mindestens einen Empfangsspule (14a) induzierte
Spannung und/oder eine in der mindestens einen Empfangsspule (14a) generierte Stromstärke mittels der mindestens einen elektronischen Schaltung (18) als die mindestens eine physikalische Größe ermittelbar ist.
Überwachungsvorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Empfangsspule (14a) derart sich teilweise überlappend mit der mindestens einen Sendespule (14b) angeordnet ist, dass bei einer Fremdobjekt-freien Umgebung der mindestens einen Empfangsspule (14a) und der mindestens einen Sendespule (14b) die während des Aussendens des mindestens einen elektromagnetischen Signals in der mindestens einen Empfangsspule (14a) induzierte Spannung und/oder Stromstärke sich herausmittelt.
Überwachungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei bei einem Vorliegen der elektrischen Vorrichtung und/oder der weiteren elektrischen Vorrichtung in dem vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus eine induktive Energieübertragung zwischen der elektrischen Vorrichtung und der weiteren elektrischen Vorrichtung nicht startbar, zumindest für die vorgegebene Zeit unterbunden, beendet oder zumindest für die vorgegebene Zeit nur mit einer gegenüber einem Normalmodus der elektrischen Vorrichtung und/oder der weiteren elektrischen Vorrichtung reduzierten Energieübertragungsrate ausführbar ist.
Überwachungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulenanordnung mehrere Spulen (14, 14a) mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen (120a, 122a) umfasst.
Überwachungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulenanordnung mindestens eine Bifilarspule, mindestens eine Achterspule, mindestens eine Schmetterlingsspule und/oder mindestens eine Binoclespule umfasst.
Überwachungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulenanordnung mindestens eine Spule (14a) umfasst, welche äußere Windungen (120) mit einer ersten Wcklungsrichtung (120a) und innere Windungen (122) mit einer der ersten Wcklungsrichtung (120a) entgegen gerichteten zweiten Wcklungsrichtung (122a) aufweist. 1. Elektrische Vorrichtung, welche zur induktiven Energieübertragung mit einer weiteren elektrischen Vorrichtung ausgelegt ist, mit einer
Überwachungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
12. Elektrische Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei die elektrische Vorrichtung eine Ladestation, ein mobiles Gerät, ein Elektrofahrrad, ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ein Dreirad, ein Pedelec, ein Rollstuhl, ein Mobiltelefon, ein tragbarer Computer und/oder eine Batterie-Ladeelektronik ist.
13. Verfahren zum Überwachen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung mit den Schritten:
Bestimmen mindestens einer physikalischen Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) , wobei die mindestens eine physikalische Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) mittels mindestens einer elektronischen Schaltung (18) gemessen wird oder in der mindestens einen elektronischen Schaltung (18) auftritt, an welcher mindestens eine Spule (14, 14a) einer Spulenanordnung angebunden ist, während die Spulenanordnung aus der mindestens einen Spule (14, 14a) an, auf und/oder in der elektrischen Vorrichtung angeordnet ist, wobei die mindestens eine Spule (14, 14a) der Spulenanordnung so gewickelt, so ausgelegt und/oder so an mindestens einen Filter (52) angebunden ist, dass in der mindestens einen Spule (14, 14a) der Spulenanordnung induzierte Ströme (11 , 12) und/oder Spannungen zumindest teilweise herausgemittelt und/oder herausgefiltert werden (S1);
Ermitteln, ob die mindestens eine bestimmte physikalische Größe (Af1 bis Afn, ΔΑ1 bis ΔΑη) von mindestens einem vorgegebenen Normalwertebereich abweicht (S2); und, sofern die mindestens eine bestimmte physikalische Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) von dem mindestens einen vorgegebenen Normalwertebereich abweicht, Ausführen mindestens eines der Schritte (S3):
Steuern der elektrischen Vorrichtung und/oder einer weiteren zur induktiven Energieübertragung ausgelegten elektrischen Vorrichtung in einen vorgegebenen Fremdobjektschutzmodus zumindest für eine vorgegebene Zeit; und/oder
- Ansteuern mindestens einer Informationsausgabeelektronik (34) zur
Ausgabe zumindest eines Fremdobjekt-Warnsignals.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei während des Bestimmens der mindestens einen physikalischen Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) mindestens ein
Schwingkreis (18) der mindestens einen elektronischen Schaltung (18), in welchen die mindestens eine Spule (14) eingebunden ist, in Resonanz versetzt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei während des Bestimmens der mindestens einen physikalischen Größe (ΔΗ bis Δίη, ΔΑ1 bis ΔΑη) mittels mindestens einer als Sendespule (14b) ausgelegten weiteren Spule (14b) mindestens ein elektromagnetisches Signal ausgesendet wird.
16. Verfahren zur induktiven Energieübertragung zwischen zwei elektrischen
Vorrichtungen mit dem Schritt:
Untersuchen zumindest einer Teilumgebung mindestens einer der zwei elektrischen Vorrichtungen auf ein darin und/oder nahe daran vorliegendes Fremdobjekt gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 vor einem Beginn einer induktiven Energieübertragung, während der fortgeführten induktiven Energieübertragung und/oder während eines Unterbrechens der induktiven Energieübertragung.
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