JP2016506714A - 安全システム、安全システムを動作させる方法、及び安全システムを構築する方法 - Google Patents

Abstract

安全システム、安全システムを動作させる方法、及び安全システムを構築する方法。本発明は、路線（１１）の表面上の車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムのための安全システムに関し、１次ユニットは、誘導電力伝送のために１次電磁界を生成する少なくとも１つの１次巻線（７）を備え、路線（１１）の充電表面（１０）が１次巻線に割り当てられ、安全システム（５）は少なくとも１つの誘導検出システムを備え、誘導検出システムは複数の検出巻線（２）を備え、複数の検出巻線（２）はアレイ構造（２７）に配置され、アレイ構造（２７）は少なくとも部分的に充電表面（１０）を覆う。更に、本発明は、そのような安全システムを動作させる方法及びそのような安全システムを構築する方法に関する。【選択図】図１６

Description

本発明は、誘導電力伝送システム、特に路線の表面上に静止しているまたはその表面上を走行している車両に電気エネルギーを伝送する誘導電力伝送システムのための安全システムに関する。更に、本発明はそのような安全システムを動作させる方法及びそのような安全システムを構築する方法に関する。

特許文献１は、充電器の動作中に高温になる可能性のある物体に対して保護を提供する充電器のための安全システムを開示しており、その安全システムはその物体の存在及び充電器との実質的近接度を検出するように構成されている検出サブシステム及びその検出サブシステムに動作可能に結合され、物体の兆候を提供するように構成されている通知サブシステムを備える。その文献は、障害物と、発信源とデバイス共振器との間の異物及び／または物質とを検出するために、１つ以上の誘導センサを、発信源のデバイス、発信源の筐体、車両、または周囲の領域に組み込むことができることを開示している。

特許文献２は、誘導電力伝送システムに使用される１次ユニットを開示しており、１次ユニットは、電磁誘導によって無線で電力を、１次ユニットに近接して配置されているシステムの少なくとも１つの２次ユニット及び／または所定の近接度に配置されている異物に伝送するように動作可能であり、１次ユニットは、駆動状態で、１次ユニットの１つ以上の１次コイルに供給される電気駆動信号の大きさが第１の値から第２の値に変化するように、１次ユニットを駆動させるように動作する駆動手段を備える。更に、１次ユニットは、そのような駆動の、１次ユニットの電気的特性への影響を査定する手段及び査定された影響に応じて前記１次ユニットの近傍に位置する前記２次ユニット及び／または異物の存在を検出する手段を備える。

特許文献３は、２次デバイスへの誘導電力伝送のための１次デバイスを開示しており、１次デバイスは１次コイルを備え、１次デバイスは（ｉ）１次コイルが２次デバイスに誘導結合で電力を伝送している間は第１のモードで動作し、（ｉｉ）異物が検出されている間は第２のモードで動作するように構成されている。更に、１次制御は１次コイルを（ｉ）第１のモードの間は第１周波数を使用し、（ｉｉ）第２のモードの間は第２周波数を使用して動作させるように構成されている。

国際公開第２０１２／０４７７７９（Ａ１）号 国際公開第２００９／０８１１１５（Ａ１）号 欧州特許出願公開第２３１７６２５（Ａ２）号

本発明の目的は、１次巻線の１次巻線構造体の近くに位置する異物、特に金属物体の確実かつ迅速な検出を提供する誘導電力伝送システムのための安全システム、そのような安全システムを動作させる方法、及び安全システムを構築する方法を提供することである。

１次ユニットの１次巻線構造体の近くに位置する異物は、検出構造体の電気的特性の変化、特に検出構造体のインダクタンスの変化を引き起こすということが本発明の基本的な考えである。

本発明は、具体的には、任意の陸上車両、特に鉄道車両（例えば、路面電車）のようなトラックに拘束される車両だけでなく個人の（自家用の）乗用車あるいは公共交通車両（例えば、バス）のような道路用自動車へのエネルギー伝送の分野に適用可能である。そのようなデバイスにおける問題点は、一般的に、異物、特に金属製の物体が誘導電力伝送システムの１次ユニットの近くに置かれることを機械的に防ぐことはできないということである。そのような異物は例えばコイン、缶、鍵、道具及び他の物体を含む可能性がある。１次ユニット及び２次ユニットによって生成される変動磁界は金属製の異物及び他の物体または液体に電流を誘起する可能性がある。そのような電流は電力損失及び異物の加熱を引き起こす可能性がある。異物の加熱は、例えば異物に触りそれを除去しようとする人に危険である可能性があり、且つ／または異物が置かれている表面もしくは１次ユニットの一部を損傷する可能性がある。また、加熱した物体は火災を引き起こす可能性がある。

誘導電力伝送システムのための安全システムを提案する。具体的には、路線の表面上に静止しているまたはその表面上を走行している車両に電気エネルギーを伝送する誘導電力伝送システムのための、特に、前記電力伝送システムの１次システムのための安全システムを提案する。一般的に、安全システムは、誘導電力伝送システムの１次ユニット及び／または２次ユニットの一部であることができる。

誘導電力伝送システムは１次巻線構造体を有する路線側１次ユニットを備える。１次巻線構造体は、レシーバまたはピックアップとしても知られる車両側２次ユニットによって受け取られる１次電磁界を生成する。１次巻線構造体と２次ユニットの２次巻線構造体の間に１次磁界が延在する空気の間隙が存在する。２次巻線構造体は、例えば電流が２次巻線構造体の中に流れる場合には２次磁界を生成することができる。この電流は、例えば、１次巻線構造体と２次巻線構造体の間の相互誘導によって少なくとも部分的に生成されることができる。

誘導電力伝送システムは、エネルギーが伝送される車両が移動しない、すなわち停止または休止中である、いわゆる静的エネルギー伝送または静的充電のための伝送システムであることができる。この場合、１次ユニットはいわゆる充電パッドとして設計することができ、充電パッドは路線の中に組み込まれるか、または路線の表面に搭載される（盛り上がった充電パッド）。

誘導電力伝送システムは、エネルギーが伝送される車両が路線の駆動面に沿って走行する、いわゆる動的伝送システムであることもできる。

路線の充電表面が１次巻線に割り当てられる。充電表面は、１次磁界がまたは１次磁界の所定の部分が、例えば、８０％、９０％、もしくは９５％より大きい部分が誘導電力伝送の間、特に静的充電の間延在する路線表面の部分の一部であることができる。充電表面は、１次巻線構造体の包絡線、例えば１次巻線の巻線構造体を含む四角形と同じまたはそれより大きい寸法、例えば幅及び長さ、を有することができる。充電パッドの場合、充電表面は充電パッドの表面に相当することができる。

１次巻線構造体は、通常、路線の駆動表面もしくは静置表面の下に、またはそのような駆動または静置表面内に配置される。結果的に、１次磁界は駆動または静置表面の一部を通って延在する。異物は、その異物内に誘起された電流が原因で熱くなる可能性がある。

電力システム伝送磁界とも呼ぶことができる全磁界は、少なくとも部分的には１次磁界から成る。２次巻線構造体が１次巻線構造体の近傍内に、例えば上方に位置しない場合、全磁界は１次磁界に等しい、またはほぼ等しい。２次巻線構造体が１次巻線構造体の近傍内に、例えば上方に位置する場合、全磁界は、１次磁界及び２次磁界の重畳から生じ、２次磁界は２次巻線構造体によって生成される。

この部分または充電表面内に位置する異物は異物内に誘起される電流が原因で熱くなる可能性がある。異物内に誘起される電流は全磁界によって引き起こされる可能性がある。

１次ユニットは、前述の２次ユニットによって受け取られることができる誘導電力伝送の１次電磁気界を生成する前述の１次巻線を備える。更に、安全システムは、少なくとも１つの誘導検出システムを備え、誘導検出システムは複数の検出巻線を備える。

本発明によれば、複数の検出巻線はアレイ構造に配置される。アレイ構造は、充電表面を少なくとも部分的に、例えば充電表面の８０％、９０％、または９５％を超えて覆う。この文脈において、「覆う」は、１次磁界、好ましくは全１次磁界または全磁界の少なくとも一部が、アレイ構造またはアレイ構造によって提供されている表面を通って延在していることを意味する。アレイ構造は１次ユニットの一部であることができる。

この用語「覆う」は、また、共通投影面において、アレイ構造の最小の包絡線で囲まれた領域が充電表面と少なくとも部分的に重なることも意味することができる。

アレイ構造は、複数の行と列を提供するマトリックス状の構造であり、各行・列の位置に１つの検出巻線が配置される。検出巻線の中心点を、互いに対して所定の長手及び／または横方向の距離で配置することができ、長手方向は車両の走行方向に平行に向けられ、横方向は長手方向に垂直に向けられる。

言い換えれば、複数の検出巻線を備えるシート状の構造体を設ける。複数の検出巻線は１次巻線と充電表面によって提供される間隙に置くことができる。複数の検出巻線は、路線の一部であることができ、例えば、路線表面の下に配置される路線の層、または路線表面を提供する路線の層に位置することができる。１次巻線構造体を複数の検出巻線のアレイで覆うことができる。

検出巻線の各々は、検出巻線の巻線構造体によって囲まれた領域によって提供される検出表面を提供する。誘導エネルギー伝送の間、少なくとも１次磁界または全磁界の一部、好ましくは、全１次磁界または全磁界は、検出巻線のアレイ構造を通って延在する。この場合、１次磁界または全磁界はまた、検出巻線によって提供される検出表面を通って延在する。検出巻線（群）の寸法（群）は検出すべき最小の物体の寸法に応じて選択することができる。具体的には、検出巻線は、検出表面または検出巻線の領域が検出すべき最小の物体よりも小さい、検出すべき最小の物体に等しい、または、検出すべき最小の物体よりも所定のパーセント、例えば１０％、２０％、５０％、もしくはそれより多いパーセントだけ大きいように設計することができる。

安全システムは、１つの、所定の数の、または全ての検出巻線に接続する１つ以上の評価ユニットを備えることもできる。評価ユニット（群）は、各検出巻線の電気的特性及び／またはパラメータ、例えば出力電圧を確定できるように設計される。

例えば、評価ユニット（群）は、各検出巻線のインダクタンスを確定できるように設計される。異物、特に金属物体が１次巻線の近傍に置かれている場合、この物体はまた、１つ以上の検出巻線のインダクタンスの変化を引き起こす。インダクタンスを確定することによって、且つ例えば、そのインダクタンスを基準インダクタンスと比較することによって、異物の存在を確実に検出できる。

更に、検出巻線のアレイの検出巻線の出力信号に応じて、検出巻線のアレイに対する異物の位置を確定または推測することができる。例えば、検出巻線の出力信号、例えば、出力電圧に応じて、１つ以上の検出巻線（群）を確定することができ、この／これらの検出巻線（群）の出力信号（群）は、検出巻線（群）の近傍内に、例えば、検出巻線（群）の検出表面の上方または下方に置かれている物体によって変更または影響される。もし１次ユニットに対する検出巻線の位置が既知であれば、１次ユニット、特に１次巻線構造体に対する物体の位置を確定することができる。

アレイ構造での検出巻線の配置は、有利にも、路線の、監視領域とも呼ぶことができる所定の表面領域内の物体の確実な検出を可能にする。

監視表面をアレイ構造に割り当てることができる。監視表面は、所定の信頼度で検出可能であるために物体が位置すべき路線表面の一部を表す。監視表面は充電表面と等しいことが可能である。監視表面上に置かれている物体は、検出巻線のアレイの出力信号を少なくとも所定の割合、例えば１０％、２０％、または５０％変える。

このように、本発明は物体検出システムにも関する。もし物体が検出されると、通知信号、例えば、電気、音響、触覚、または音響通知信号を生成することができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの検出巻線がＬＣ発振回路の一部である。ＬＣ発振回路は少なくとも１つの容量性素子、例えばキャパシタを備える。更に、ＬＣ発振回路は少なくとも１つの誘導性素子を備え、誘導性素子は少なくとも部分的には検出巻線によって提供される。更に、ＬＣ発振回路は、発振回路の共振周波数を有する交番電圧を提供できる電圧発生器を備える。その電圧源の出力端子は容量性素子と誘導性素子の並列接続に接続する。更に、発振回路は所定のインピーダンスを有する素子を備えることができ、その素子は発振回路が電圧源から減結合されるように配置することができる。

発振回路は、異物が検出巻線の近傍内に置かれる場合、発振回路は離調するように設計される。この場合、発振回路の変更された、または離調した共振周波数は電圧源の動作周波数と一致しない。

共振電流は、発振回路が離調する場合、大幅に低減する可能性がある。これは、結果として、前述の並列接続にかかる電圧の電圧降下をもたらす。

容量性素子と誘導性素子の並列接続にかかる電圧に応じて、検出巻線の近傍における異物の存在を検出できる。そのような検出巻線の設計は高検出感度及び検出の堅牢性の増大を提供する。

検出巻線がＬＣ発振回路の一部であるということは、誘導検出システムが複数の検出巻線を特にアレイ構造で提供するという特徴に依存しない。それ故に、誘導検出システムは少なくとも１つの検出巻線を備え、検出巻線はＬＣ発振回路の一部であるということが可能である。そのような安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、所定の数の発振回路が互いに並列に接続され、発振回路のそれぞれの誘導性素子は、それぞれ１つの検出巻線によって少なくとも部分的に提供される。これは、有利にも、１つの電圧源によって複数の発振回路を動作させることを可能にする。

この場合、全ての発振回路の並列回路にかかる電圧は、例えば単一の電圧センサで測定できる。代替的に、発振回路のそれぞれにかかる電圧は、例えば複数の電圧センサで測定できる。

複数の検出巻線がそれぞれ互いに並列に接続されたＬＣ発振回路の誘導性素子を提供するという特徴は、誘導検出システムがアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、誘導検出システムは複数の検出巻線を備え、各検出巻線はＬＣ発振回路の誘導性素子を提供するということが可能である。そのような安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、誘導検出システムは１次磁界または全磁界補償検出システムとして設計される。代替的にまたは追加的に、各検出巻線は１次磁界または全磁界補償巻線として設計及び／または配置される。これは、誘導検出システム及び／または各検出巻線が、１次磁界または全磁界によって誘起された電圧が誘導検出システム及び／または検出巻線の物理的設計により除去または低減されるように設計されるということを意味する。

既存の１次磁界の場合、具体的には車両への誘導電力伝送の場合、誘導検出システムは１次磁界または全磁界に暴露される。この暴露は、例えば評価ユニット（群）によって確定される電気的特性またはパラメータに影響を与える可能性があり、それ故に、異物の検出を複雑にする。検出システム及び／または検出巻線が、電気的特性またはパラメータの確定への１次磁界または全磁界の影響が除去または低減されるように物理的に設計及び／または配置される場合、これは、有利的に、誘導電力伝送の間、検出の信頼性を向上する。

別の実施形態では、検出巻線の少なくとも１つは、複数の、特に偶数の、例えば２つの逆向きの副巻線を備える。これは、検出巻線の第１の副巻線を流れる電流が例えば時計回りの方向に流れ、検出巻線の第２の副巻線を流れる同じ電流が反時計回りの方向に流れるように、副巻線が接続及び／または配置されることを意味する。電流の流れの方向は、対称軸または各副巻線の中心軸に対して定義され、全ての副巻線の軸は互いに平行に向いている。検出巻線が３つ以上の副巻線を備える場合、全ての副巻線の中心軸は所定の距離をもって共通軸に沿って配置することができ、共通軸は長手方向（これは路線の表面上を走行する車両の走行方向に対応する）または横方向（これは長手方向に垂直な方向に対応する）に平行に向けることができる。この場合、異なる副巻線内で１次磁界または全磁界によって誘起される電圧は異なる符号を持つことになる。従って、１次磁界または全磁界によって誘起された電圧は除去される、または少なくとも低減される可能性がある。

誘導検出システムが１次磁界または全磁界補償検出システムとして設計される、あるいは検出巻線が１次磁界または全磁界補償巻線として設計されるということは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、少なくとも１つの１次磁界または全磁界補償検出システムを備える安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、誘導検出システムは少なくとも１つの励起巻線を備える。少なくとも１つの励起巻線は、１次磁界または全磁界と異なることができる励起磁界を生成する。励起磁界は検出巻線（群）によって受け取られることができる。例えば、少なくとも１つの励起巻線及び検出巻線は、励起磁界の全ての、または少なくとも所定の部分の、例えば８０％、９０％、もしくは９５％の磁束が少なくとも１つの検出巻線の検出表面を通って延在するように配置することができる。１つの検出巻線を１つの励起巻線に割り当てることができる。これは、励起巻線によって生成される励起磁界、またはその所定の部分がその１つの検出巻線によって排他的に受け取られることを意味する。あるいは、複数の検出巻線を１つのまたは複数の励起巻線（群）に割り当てることができる。更に、複数の励起巻線を１つのまたは複数の検出巻線（群）に割り当てることができる。

励起磁界は交番電磁界である。励起磁界の周波数は１次磁界の動作周波数と異なることができる。具体的には、励起磁界の周波数は、１次磁界の動作周波数、例えば２０ｋＨｚ、より高く、具体的には何倍も高く、２００ｋＨｚから１００００ｋＨｚの範囲であることができる。励起巻線の使用は、励起磁界の特性は監視される能動的物体検出を可能にする。これとは対照的に、励起巻線を使用しない実施形態では、巻線構造体の特性のみが監視される受動的物体検出を可能にする。

検出巻線は、誘導電力伝送システムの１次巻線構造体と異なり、且つ２次巻線構造体と異なる。それ故に、少なくとも１つの検出巻線が誘導電力伝送システムの既存の１次巻線構造体及び２次巻線構造体に追加される。

異物、特に金属物体が充電表面上に置かれる場合、１つ以上の励起磁界によって１つ以上の検出巻線の検出表面（群）を通って提供される磁束は、変化する。この変化は、１つ以上の検出巻線（群）によって提供される出力電圧（群）の変化を引き起こす。従って、異物の存在を検出できる。各検出巻線は充電表面の特定の副領域に割り当てられているので、異物の位置の領域も確定することができる。

安全システムはまた、異物が検出される場合、ユーザに通知する、且つ／または１次ユニットの安全動作を起動する、例えば１次ユニットのスイッチをオフにする通知システムをも備えることができる。例えば、通知システムは、視覚的、音響的、または任意の他のタイプの警告信号を生成できる。

本提案の安全システムは、有利にも、１次ユニットの近傍に置かれている異物を検出可能にする。検出は、迅速、高感度、且つ堅牢な検出であることができる。

別の実施形態では、励起巻線はＬＣ発振回路の一部である。発振回路は上述のように設計されることができ、誘電性素子は励起巻線によって少なくとも部分的に提供される。ＬＣ発振回路は少なくとも１つの容量性素子、例えばキャパシタを備える。発振回路は、異物が励起巻線の近傍内に置かれている場合、発振回路が離調するように設計される。この場合、発振回路の変更された、または離調した共振周波数は電圧源の動作周波数と一致しない。

共振電流は、とりわけ前述の電圧源と発振回路の減結合の結果、発振回路が離調した場合、著しく低減する。これは、結果として、励起巻線によって生成された低減した磁界を受け取る検出巻線における電圧降下をもたらす。

検出巻線の端子にかかる電圧に応じて、励起巻線の近傍における異物の存在を検出することができる。そのような設計は高検出感度及び検出の堅牢さの増大を提供する。

別の実施形態では、励起巻線（群）及び検出巻線は、充電表面の上または近傍に位置する異物が励起巻線（群）及び検出巻線の間に配置されるように配置される。この場合、異物は励起巻線及び検出巻線の間隙に位置する。垂直方向が路線の走行または静置表面に垂直な方向と定義される場合、検出巻線を励起巻線の所定の距離上方に配置することができ、充電表面は励起及び検出巻線の間に位置する。検出巻線を電力伝送システムの２次側に配置することができる。例えば、検出巻線を車両に、例えば、車両の底部側に配置することができる。検出巻線を、例えば２次ユニットの近傍に配置することができる。２次ユニット、例えばピックアップが検出ユニットを備えることも可能である。この場合、検出巻線の出力電圧を車両側で評価することができる。この場合、対応する信号を１次側に追加的に転送することができる。

励起及び検出巻線のこの配置は、間隙に置かれている異物が検出巻線（群）の出力電圧に著しい変化を引き起こすので、有利にも高感度を提供する。

代替の実施形態では、励起巻線及び検出巻線は、充電表面の上または近傍に位置する異物が例えば前述の垂直方向に対して励起巻線（群）の上、且つ検出巻線の上に配置されるように、配置される。

この場合、検出巻線のアレイ構造は１次巻線と充電表面の間に位置する。従って、充電表面領域は励起及び検出巻線の間に位置しない。例えば、励起及び検出巻線（群）は路線の走行表面の下に位置することができる。この場合、異物は励起及び検出巻線の間の空間に対して外部の空間に位置する。この場合、検出感度は前述の場合より低いが、有利にも安全システムの設置スペースを低減することができる。この実施形態では、検出及び励起巻線は１次ユニットの一部であることができる。

別の実施形態では、唯一の励起巻線または少なくとも１つの励起巻線は１次巻線によって提供される。この場合、検出巻線は唯一の励起巻線に割り当てられることができる。励起磁界を生成するために、１次巻線は、誘導電力伝送時の動作周波数と異なる周波数で動作することができる。

この実施形態は、有利にも、安全システムの電力伝送システムへの高い一体化を提供し、それ故に、必要な設置スペース及び建築コストを低減する。

好ましい実施形態では、励起巻線は１次巻線とは異なる巻線構造体によって提供される。安全システムが複数の１次巻線を備える場合、全ての励起巻線が１次巻線と異なる巻線によって提供されることが可能である。しかしながら、１次巻線が第１の励起巻線を提供し、１次巻線と異なる少なくとも１つの巻線が別の励起巻線を提供することも可能である。

安全システムが複数の励起巻線を備える場合、これらの励起巻線を１次巻線と異なるように設計することができ、それは有利にも検出感度を増大させることを可能にする。また、１次巻線は異なる周波数で動作する必要はない。これは、誘導電力伝送時で１次巻線の動作時でも異物を検出することを可能にする。

別の実施形態では、１つの励起巻線または複数の励起巻線のグループが、励起磁界特に励起磁界の磁界パターンが対応する検出巻線（群）によって受け取られる励起磁界に基づく磁束が通常動作モードでゼロまたは最小であるように生成されるように、設計または配置される。通常動作モードとは、異物が検出巻線の近傍に置かれていない場合の動作モードを意味する。この場合、単一の検出巻線を複数の励起巻線に割り当てることができる。

この場合、励起磁界の磁界パターンの磁力線の全てまたは所定の割合、例えば８０％、９０％、もしくは９５％が、検出巻線（群）の検出表面（群）のそれぞれを通って延在する全磁束が通常動作モードの間中ゼロまたは最小であるように、検出巻線の検出領域によって提供される表面を通して延在することができる。

これは、有利にも、検出巻線の近傍の異物の配置に関して高感度を提供する。通常の動作モードでは、検出巻線のそれぞれの出力電圧は、各検出巻線の検出表面を通る磁束が存在しなく、その結果、磁束の変化も無いので、ゼロまたは最小である。充電表面の上に、または充電表面の近傍に置かれている異物は、少なくとも１つの検出巻線によって受け取られた磁束がゼロから外れるように、磁束を変化させる。

これは、結果として、有利にも、検出の高感度を提供する。

別の実施形態では、励起巻線は偶数の磁極が提供されるように設計され、励起巻線及び対応する検出巻線は、異なる磁極によって生成される磁束、特に少なくとも２つの磁極によって生成される磁束の少なくとも一部は、検出巻線の検出表面を通って延在するように配置及び／または設計される。磁極は、例えば励起巻線の副巻線によって提供されることができる。異なる磁極の磁束の全て、または所定の割合、例えば５０％は検出表面を通って延在することができる。

これは、第１の副巻線を通って流れる電流は、第１の副巻線によって囲まれた領域を通って第１の方向に磁束を生成することができる（第１の磁極）ことを意味する。また、電流は、第２の副巻線によって囲まれた領域を通って第１の方向と反対の方向に磁束を生成することができる（第２の磁極）。しかしながら、その電流によって生成される各磁束は同じ大きさを持つことができる。両方の磁束が検出表面を通って延在する場合、そのような励起巻線によって生成されてその結果として生じ、検出巻線の検出表面を通って延在する磁束はゼロになる。

しかしながら、３つ以上の磁極を有することが可能である。更に、第１の励起巻線によって第１の方向に磁束を提供し、且つ別の第２の励起巻線によって第２の方向に磁束を提供することも可能である。

これは、有利に、検出巻線の検出表面を通る磁束がゼロであるように提供する励起巻線の簡単なセットアップを可能にする。

励起巻線を１次磁界または全磁界補償励起巻線として設計することができる。例えば、励起巻線は、複数の、特に偶数の逆向きの副巻線を備えることができる。各副巻線は所定の巻き数を備えることができる。副巻線は、励起巻線の第１の副巻線を流れる電流が、例えば時計回りの方向に流れ、検出巻線の第２の副巻線を流れる同じ電流が反時計回りの方向に流れるように配置及び／または接続できる。電流の流れの方向は、対称軸または各副巻線の中心軸に対して定義され、全ての副巻線の軸は互いに平行に向けることができる。励起巻線が３つ以上の副巻線を備える場合、全ての副巻線の中心軸は所定の距離をもって共通軸に沿って配置することができ、共通軸は長手方向（これは路線の表面上を走行する車両の走行方向に対応する）または横方向（これは長手方向に垂直な方向に対応する）に平行に向けることができる。

この場合、励起の第１及び第２の副巻線内で１次磁界または全磁界によって誘起される電圧は異なる符号を持つ。

誘導検出システムが少なくとも１つの励起巻線を備えるということは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、誘導検出システムは少なくとも１つの励起巻線を備え、前述の実施形態に従って設計されることが可能である。そのような安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、１次ユニットは音響センサ及びインパルス電流生成手段を備える。インパルス電流生成手段によってインパルス電流を生成して、例えば励起巻線に印加することができる。また、１次巻線構造体の１つまたは複数の位相線にインパルス電流を印加することもできる。この場合、インパルスのような励起磁界が生成される。この励起磁界は監視領域内に置かれている金属異物に渦電流を生成する。そのような渦電流と励起磁界または別の電磁界との相互作用で、力特にローレンツ力が金属異物に作用する。その力は交番力であるので金属異物は振動を始める可能性がある。空気またはその物体が置かれている表面を提供する路線構造体の発振が、その振動によって引き起こされ、前記発振を音響センサによって検出することができる。代替的にまたは追加的に、物体がローレンツ力で上昇、伸長、且つ／または変形することも可能である。インパルスが終了した場合、物体は元の状態に戻る、例えば、路線表面に落下する、または元の形状に戻る。環境から吸収されるエネルギーが小さいので、物体はこの過程の結果表面上で振動を始める。

これは、有利にも、追加の検出方法を提供することによって、検出の堅牢性を増大させることを可能にする。

金属異物内の渦電流によって生成される電磁界を検出することもできる。この場合、永久磁界を例えば永久磁石または電磁石によって生成して、渦電流によって生成される磁界によって誘起される逆誘導電圧を測定できる。これは、別の巻線構造体または励起巻線の構造を使用して実行できる。

安全システムが音響センサ及びインパルス電流生成手段を備えるということは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、音響センサ及びインパルス電流生成手段を備える安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、安全システムは、マイクロ波送信デバイス及びマイクロ波受信デバイスを備える。送信デバイス及び受信デバイスはアンテナを備える、またはアンテナとして設計することができる。

送信デバイスは、レーダ波またはマイクロ波を充電表面に沿って出射できるように設計及び／または配置することができる。この場合、異物によって反射される波は、レーダまたはマイクロ波センサとして構築される受信デバイスによって受信することができる。これは、１次ユニットの近傍にある異物を、レーダを基盤として追加的に検出することを可能にする。

具体的には、マイクロ波送信デバイスは、マイクロ波を生成するＬＣ発生器によって動作するまたはそれを備えることができる。ＬＣ発生器は、少なくとも１つの誘導性素子、１つの容量性素子、及び１つの電圧源を備える。誘導性素子及び容量性素子は並列または直列に接続することができる。電圧源は、誘導性素子及び容量性素子の並列または直列接続の共振周波数を有する電圧を供給する。静止の、特に金属の、物体がＬＣ発生器の近傍内に位置する場合、ＬＣ発生器は、ＬＣ発生器の動作周波数が誘導性素子のインダクタンスの変化により離調するように設計することができる。

この場合、受信デバイスで受信される電波は離調の量に依存する周波数を有し、離調の量は、異物によるＬＣ発生器のインダクタンスの変化に依存する。周波数の変化に基づいて静止の異物を検出できる。

更に、反射したマイクロ波の周波数の変化が移動物体によって引き起こされ得るということも可能である。これは、マイクロ波送信機・受信機構成の検出範囲内で移動物体の検出を可能にする。

送信デバイス及び受信デバイスは検出巻線または励起巻線から分離した構成要素として設計することができる。

具体的には、金属物体は本提案の安全システムにより検出できる。また、動物や前述の振動している金属物体のような移動物体は、本提案の安全システムによりドップラー効果に従った評価により検出できる。

送信デバイス及び受信デバイスを備える実施形態は独立した発明を表す。例として、路線の表面上の車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムのための安全システムを説明する。１次ユニットは誘導電力伝送のための１次電磁界を生成する少なくとも１つの１次巻線を備え、路線の充電表面が１次巻線に割り当てられる。安全システムは少なくとも１つのマイクロ波送信デバイス及び少なくとも１つのマイクロ波受信デバイスを備える。送信デバイスは、レーダ波またはマイクロ波が充電表面に沿って出射され得るように設計及び／または配置することができる。受信デバイスは、充電表面に沿って出射されて反射されたレーダ波またはマイクロ波を受信できるように設計及び／または配置することができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの検出巻線をマイクロ波受信デバイスとして設計し、且つ／または少なくとも１つの励起巻線をマイクロ波送信デバイスとして設計する。少なくとも１つの検出巻線をマイクロ波受信デバイスとして設計すること及び／または少なくとも１つの励起巻線をマイクロ波送信デバイスとして設計することは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、少なくとも１つのそのような検出巻線または励起巻線を備える安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、検出巻線を円形検出巻線として設計する。円形検出巻線を、検出巻線の検出表面が例えば共通投影面において充電表面の所定の部分を覆うように配置することができる。円形検出巻線は、検出巻線の円形検出表面に対して最高の感度を提供する。感度は、例えば検出巻線の全検出表面または検出表面の９９％に対して一定であることができる。

これは、有利にも、高検出感度を提供する。

別の実施形態では、少なくとも２つの円形検出巻線の円形検出表面は、例えば共通投影面において少なくとも部分的に重なる。隣接の検出巻線の検出表面が重ならない場合、検出巻線の間の検出表面の外側に位置する間隙が存在する。これらの間隙は、安全システムの全体の感度を低下させる、あるいは検出を不可能にさえする。重なっている検出表面を有する検出巻線を有することにより、この欠点を有利に克服できる。

検出巻線を円形検出巻線として設計することは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、そのような検出巻線の少なくとも１つを備える安全システムは独立した発明を構成する。

好ましい実施形態では、検出巻線を、六角形の形状または矩形の形状の検出巻線として設計する。複数の六角形の形状の検出巻線は、検出巻線の検出表面が、例えば共通投影面において充電表面の所定の部分、例えば８０％、９０％、または９５％を覆うようにアレイ構造で配置することができる。正方形の形状、または矩形の形状の検出巻線を使用することもできる。しかしながら、本提案の六角形の形状の検出巻線は、有利にも、検出巻線によって囲まれた検出表面内で高感度を提供し、更に、有利にも、検出巻線間の間隙が最小化されるように、複数の検出巻線の配置を可能にする。

具体的には、複数の六角形の形状の検出巻線を、ハニカム構造体を提供するように配置する。このハニカム構造体は、有利にも路線表面の広い領域すなわち最適の検出範囲に対して高検出感度を提供する。六角形の形状は円形に似ており、全検出表面内の任意の位置に置かれている検査対象物に対して同じ応答を有するという利点を有し、更に検出巻線間の間隙を最小化する。

検出巻線を六角形または矩形の形状の検出巻線として設計することは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、そのような検出巻線の少なくとも１つを備える安全システムは独立した発明を構成する。

アレイ内の所定の数の検出巻線は前述の１つの検出巻線の副巻線を提供できる。この場合、副巻線を、前述の１次磁界または全磁界補償検出巻線を提供するように、配置及び／または接続できる。

好ましい実施形態では、１次ユニットは、相殺磁界を生成する少なくとも１つの全磁界相殺手段を備え、その相殺手段は、全磁界を相殺磁界によって少なくとも部分的に相殺できるように設計及び／または配置される。全磁界は、１次巻線構造体によって生成される１次磁界、該当する場合は、及び２次巻線構造体によって生成される２次磁界から生じる電磁界である。

相殺手段は、励起巻線（群）及び検出巻線（群）と異なる１つ以上の相殺巻線（群）を備えることができる。具体的には、相殺手段を路線の表面、特に監視領域の表面の相殺領域に割り当てることができ、相殺磁界を、相殺領域を通って延在する全磁界が相殺磁界によって相殺または削減されるように設計する。

好ましくは、相殺手段は励起巻線（群）及び／または検出巻線（群）によって提供される。これは、有利にも、異物が位置する領域において、異物を検出する第１の動作モード及び全磁界を相殺する異なる動作モードで、検出及び励起巻線を動作させることを可能にする。位置領域または物体の位置を、例えば特定の検出巻線の出力電圧に応じて確定することができる。その結果、物体の位置の位置領域に割り当てられる相殺手段、例えば検出巻線及び／または１つ以上の励起巻線（群）、を相殺磁界が生成されるように動作させることができる。相殺領域は前述の検出領域と等しい、またはそれより大きいことができる。従って、相殺手段を適宜に設計する必要がある。

そのような安全システムは、有利にも、異物を検出することを可能にし、更に、誘導電力伝送システムの安全な動作を確実にする。配置領域内の全磁界が相殺される、または低減される場合、物体への影響、例えば加熱は避けられる、または減少する。これは、結果として、人を傷つける、または、例えば１次ユニットを損傷するリスクを低減する。

少なくとも１つの全磁界相殺手段を備える安全システムを提供することは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、少なくとも１つの全磁界相殺手段を備える安全システムは独立した発明を構成する。

更に、前述の実施形態の１つに係わる安全システムを動作させる方法を提案する。そのような方法では、複数の検出巻線の各々の出力信号が測定され、電気的特性またはパラメータ、例えば各検出巻線のインダクタンスもしくは出力電圧が、測定された出力信号に応じて確定され、基準値と比較される。電気的特性またはパラメータの基準値に対する差が、所定の閾値より高い場合、異物の存在が検出され、通知信号が生成されることができる。これは、有利にも、１次ユニットの近傍の異物の簡単な検出を可能にする。

別の実施形態では、励起磁界は少なくとも１つの励起巻線によって生成される。励起磁界または励起磁界の一部は少なくとも１つの対応する検出巻線によって受け取られる。これは、励起磁界の磁束の少なくとも一部が対応する検出巻線（群）の検出表面を通って延在することを意味する。次に、少なくとも１つの検出巻線の出力電圧が評価される。出力電圧が所定の出力電圧から外れる場合、通知信号を生成することができる。

出力電圧の推移及び／または大きさが所定の出力電圧の推移及び／または大きさから外れる場合、通知信号を生成することも可能である。

これは、有利にも、誘導電力伝送システムの１次ユニットの近傍の異物を迅速に且つ確実に検出する簡単な方法を提供する。

別の実施形態では、音響センサは、励起磁界が生成された後に、１次ユニットの監視領域で音波を取り込む。音響センサの出力信号が評価される。これは、有利にも、検出の堅牢性を向上させる。先に説明したように、渦電流は金属異物の振動を引き起こすことができるので音波を生成している。これらの音波を測定することによって、異物の存在を（追加的に）検出できる。

別の実施形態では、レーダまたはマイクロ波信号が充電表面に沿って出射され、反射信号が少なくとも１つのマイクロ波デバイスによって受信され、受信信号に基づくレーダまたはマイクロ波を基盤とする物体検出が実行される。これは、有利にも、本提案の方法の検出の堅牢性を可能にする。

別の実施形態では、異物が検出された場合、相殺磁界が少なくとも１つの全磁界相殺手段によって生成される。具体的には、相殺磁界を、全磁界が位置領域でのみ相殺されるように生成することができ、位置領域は検出された異物が路線表面上に位置する領域である。この場合、全磁界の一部、特に局部的一部のみが相殺または低減される。これは、有利にも、全磁界の特定の位置の相殺または低減を提供するが一方、１次ユニットの動作を誘導電力伝送時に全部中断する必要はない。

更に提案されているのは誘導電力伝送システムの１次ユニットのための安全システムを構築する方法であり、１次ユニットは、誘導電力伝送のための１次電磁界を生成する少なくとも１つの１次巻線を備え、路線の充電表面は１次巻線に割り当てられる。その方法は、
− 複数の検出巻線を提供すること、
− アレイ構造で検出巻線を配置し、アレイ構造は充電表面を少なくとも部分的に覆うこと、
のステップを備える。

具体的には、検出巻線を、充電表面上に位置する異物が検出巻線の検出表面（群）を通る磁束を変化させるように配置することができる。

その方法は、有利にも、検出巻線を追加的に設けることにより既存の１次ユニットの変更を可能にする。

更に、少なくとも１つの励起巻線を設けることができ、少なくとも１つの励起巻線は１次巻線と異なることができる。励起巻線は、励起磁界の磁束の少なくとも所定の部分が少なくとも１つの検出巻線の検出表面を通って延在するように配置される。

これは、有利にも、励起磁界の生成及び検出が１次巻線から独立している安全システムを提供する。

以下に、本発明の実施例を添付の図面を参照して説明する。図を以下に示す。

誘導検出システムの概略ブロック図である。 本提案の第１の実施形態における安全システムの概略図である。 本提案の第２の実施形態における安全システムの概略図である。 本提案の第３の実施形態における安全システムの概略図である。 励起巻線及び検出巻線の概略レイアウトである。 １つの検出巻線及び複数の励起巻線の概略設計図である。 １つの検出巻線及び複数の励起巻線の別の概略設計図である。 １つの検出巻線及び複数の励起巻線の別の概略設計図である。 図７に示すシステムの等価回路である。 本提案の第４の実施形態における安全システムの概略図である。 図９に示すシステムの等価回路である。 本提案の第５の実施形態における安全システムの概略図である。 本提案の第６の実施形態における安全システムの概略図である。 本提案の第７の実施形態における安全システムの概略図である。 本提案の第８の実施形態における安全システムの概略図である。 円形検出巻線のアレイ構造である。 円形検出巻線の別のアレイ構造である。 六角形の形状の検出巻線のハニカム・アレイ構造である。 六角形の形状の検出巻線の詳細図である。 本提案の第９の実施形態における安全システムの概略図である。 本提案の第１０の実施形態における安全システムの概略図である。 全磁界補償巻線の概略図である。

図１は誘導検出システム１の概略ブロック図を示す。誘導検出システム１は２巻きを有する検出巻線２を備える。検出巻線２は、検出巻線２のインダクタンスを評価する評価ユニット３に接続されている。

インダクタンスは、例えば次の方法の１つ以上で確定できる。
ａ）接続端子に定電圧をかけて検出巻線２の接続端子における電流の変化を測定する、
ｂ）定電流を検出巻線２の接続端子に流して、接続端子にかかっている電圧の電圧変化を評価することによって、リアクタンスを測定する、
ｃ）例えば直接デジタル周波数測定により、いわゆるヘテロダイン周波数を測定する、及び／または
ｄ）検出巻線２と追加のキャパシタで提供される共振回路の共振周波数を基準周波数と比較する。

物体４が検出巻線２の近傍に置かれて、示されている。物体４が検出巻線２の近傍または検出領域内に存在しない場合、基本インダクタンスＬ_０は評価ユニット３によって確定される。物体４が検出巻線２の検出領域の近傍に置かれている場合、インダクタンスは基本インダクタンスＬ_０から変更されたインダクタンスＬ_０＋ΔＬに変わる。例えばインダクタンスの変化分ΔＬが所定の閾値より大きい場合、物体４の存在を検出できる。物体の種類をインダクタンスの変化分ΔＬに応じて検出できることも可能である。この場合、例えば物体が、例えばアルミニウム、銅、強磁性鉄、及び／またはフェライト等から成る反磁性体であるかどうかを検出できる。

図２は本提案の第１の実施形態における安全システム５を示す。安全システム５は、検出巻線２、電圧センサ６、及び車両（不図示）への誘導電力伝送のためのシステムの１次ユニットの１次巻線構造体７を備える。１次巻線構造体７は、路線１１（長手方向）の表面上を走行する車両の走行方向に蛇行状に延在する３本の個別の位相線から成る。図示の実施形態では、１次巻線構造体７は、磁力線８によって表されている交番励起電磁界を生成する励起巻線として機能する。磁束が検出巻線２の検出表面９を通って延在することが示されている。磁束の大きさは検出巻線２の近傍における物体４の存在に応じて変わる。検出巻線２が、車両のための路線１１の充電表面１０上に置かれている物体４が励起巻線と検出巻線２との間に位置するように、配置されていることが示されている。路線１１の充電表面１０は路線表面の部分の一部である。１次巻線構造体７は路線表面の下に位置する。物体４が充電表面１０上に置かれている場合、検出巻線２の出力電圧は、監視表面１０上に置かれている物体４が存在しない通常動作モードに比較して変化する。従って、出力電圧の変化は物体４の存在を示す。出力電圧の変化が所定の閾値より高い場合、物体４を検出できる。図２において、検出巻線２のアレイ構造のたった１つの検出巻線２が例示の目的のために示されている。

１次巻線構造体７が２つの周波数で動作することができることが可能である。第１の周波数は、１次巻線構造体７が車両（不図示）の２次ユニットにエネルギーを伝送するために電磁界を生成する場合の動作周波数であることができる。第２の周波数は検出モードにおける周波数であることができ、１次巻線構造体７は励起磁界８を生成する。

図３に、本提案の安全システム５の別の実施形態が示されている。安全システム５は、検出巻線２及び図２に示されている１次ユニットの１次巻線構造体７と異なる励起巻線１２を備える。励起巻線１２は高周波発生器１３によって動作される。従って、励起巻線１２は磁力線８で表される交番励起磁界を生成する。図３では、検出巻線２は励起巻線１２に割り当てられる。これは、励起巻線１２によって生成される励起磁界８によって提供される磁束の少なくとも一部が検出巻線２の検出表面９を通って延在することを意味する。物体４が路線１１の充電表面１０上に置かれている場合、励起巻線１２の出力電圧は、物体４が充電表面１０上に置かれていない通常動作モードに比べて変化する。電圧センサ６は電圧変化を検出する。従って、物体４の存在を検出巻線２の出力電圧の変化に応じて検出できる。

図３では、充電表面１０及び充電表面１０上に置かれている物体４は、励起巻線１２と検出巻線２との間の間隙に位置する。検出巻線２は車両上に配置することができ、具体的には車両側２次ユニット（不図示）の一部であることができる。図２のように、複数の検出巻線２のたった１つ及び１つの励起巻線１２が示されている。

図４に、本提案の安全システム５の別の実施形態を示す。図３に示す安全システム５とは対照的に、図４に示す安全システム５は、路線１１の充電表面１０上に置かれている物体４が励起巻線１２の上方に且つ検出巻線２の上に置かれるように設計されている。両者、励起巻線１２及び検出巻線２、は路線１１の表面の下方に配置され、物体４は路線１１の表面の上方またはその上に置かれる。これは、有利にも安全システム５のコンパクトな設計を可能にする。図２のように、複数の検出巻線２のたった１つ及びたった１つの励起巻線１２が示されている。

図５に検出巻線２及び励起巻線１２の概略設計図を示す。検出巻線２は円形の形状の検出表面９を有する円形巻線である。励起巻線１２は第１の半巻１４及び第２の半巻１５を備える。半巻１４及び１５の各々の半径は円形の形状の検出巻線２の半径より小さい。巻き方向１６及び１７は互いに逆である。両者、第１の半巻１４及び第２の半巻１５、は、円形の形状の検出巻線２の中心軸に位置合わせされている共通中心軸と同心に配置されている。電流Ｉが第１及び第２の半巻１４、１５を通って流れる場合、磁力線８によって表される励起磁界が生成される。具体的には、（矢印１６で示されている）第１の半巻１４の電流Ｉの流れの方向は、共通中心軸に対して時計方向に向き、（矢印１７で示されている）第２の半巻１５の電流の流れの方向は、反時計方向に向いている。通常動作モードでは、これは、異物４（図３参照）が検出巻線２（すなわち、監視領域）の近傍に置かれていない場合、検出巻線２の検出表面９を通る全磁束がゼロであることを意味する。第１及び第２の半巻１４、１５は接続線１８によって接続されている。物体４が検出巻線２の近傍に置かれている場合、検出表面９を通って延在する磁束はゼロから外れる。従って、非ゼロ電圧が検出巻線２によって生成され、電圧センサ６によって測定することができる。交番電流Ｉを生成する高周波発生器１３もまた示されている。

図６ａに、検出巻線２及び複数の励起巻線１２ａ、１２ｂの概略設計図を示す。その配置には検出表面９を囲む矩形の形状の検出巻線２が含まれる。電圧センサ６が検出巻線２の接続端子に接続されている。更に、その配置には、高周波発生器１３によってそれぞれ動作される第１の励起巻線１２ａ及び第２の励起巻線１２ｂが含まれる。しかしながら、検出巻線２及び励起巻線１２ａ、１２ｂが対称軸を有する別の形状を有することができることが可能である。

第１の励起巻線１２ａは、同一寸法の偶数の連続の逆向きの矩形の形状の副巻線、この場合、矢印１９によって表される共通中心軸に沿って延在する４つの副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、を備えるまたは提供する。この場合、各副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは磁極を提供する。連続の副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、非遇数番の副巻線３６ａ、３６ｃの電流Ｉ１の流れる方向が反時計回りの方向に対応し、偶数番の副巻線３６ｂ、３６ｄの電流Ｉ１の流れる方向が時計回りの方向に対応するように接続され、ここで時計回りの方向は投影面に垂直で観察者の方向を向く軸に対して確定される。

第２の励起巻線１２ｂは、第１の励起巻線１２ａと同様に設計されるが、長手方向中心軸１９に沿って変位Ａを有して配置される。これは、第２の励起巻線１２ｂもまた、偶数の連続の矩形の形状の副巻線、この場合、矢印１９によって表される共通中心軸に沿って延在する４つの逆向きの副巻線３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、を備えるまたは提供することを意味する。

検出巻線２及び励起巻線１２ａ、１２ｂは、励起巻線１２ａ、１２ｂが検出巻線２の検出表面９の面に投影される場合、検出巻線２が第１の励起巻線１２ａの第２及び第３の副巻線３６ｂ、３６ｃと第２の励起巻線１２ｂの第１の副巻線３７ａの半分、第２の副巻線３７ｂ及び第３の副巻線３７ｃの半分を囲むように設計及び配置されることが分かる。従って、検出巻線２は各励起巻線１２ａ、１２ｂの２つの磁極を囲む。

従って、第１の励起巻線１２ａによって生成され、検出表面９を通って延在し、磁力線８によって表される磁束は、（異物４が存在しない）通常動作モードではゼロである。また、第２の励起巻線１２ｂによって生成され、検出表面９を通って延在し、磁力線８によって表される磁束は、通常動作モードではゼロである。

変位Ａだけ変位している２つの励起巻線１２ａ、１２ｂを使用することによって、より高い検出感度を達成できる。図５に示す配置を考慮すると、接続線１８上に対称的に置かれている物体４は、第２の半巻１５及び接続線１８によって囲まれている領域を通る磁束と同様に、第１の半巻１４及び接続線１８によって囲まれている領域を通る磁束を変える。異物４が、例えば第２の励起巻線１２ｂの第２の副巻線３７ｂ及び第３の副巻線３７ｃの接続区間２０ｂ上に対称的に置かれている場合、異物４は、同様に、第２の励起巻線１２ｂの２つの隣接する副巻線３７ｂ、３７ｃを通る電流Ｉ２の流れによって生成される磁束を変える。そのような構成では、第２及び第３の副巻線３７ｂ、３７ｃによって生成される磁束は同様に変えられる。

しかしながら、その変位の故に、物体４は、副巻線３６ａ、３６ｂが第２の励起巻線１２ｂの副巻線３７ｂ、３７ｃに対して変位Ａだけ変位しているので、第１の励起巻線１２ａの第３の副巻線３６ｃの磁束を、第２の副巻線３６ｂの磁束と異なって変える。そのような配置は検出の堅牢性を向上させる。

変位Ａを、第１及び第２の励起巻線１２ａ、１２ｂが磁気的に減結合され、高周波発生器１３が互いに独立して動作できるように選択できる。別の選択肢は、周期的動作モードで高周波発生器１３を動作させることであり、ここで、磁気的減結合を確実にするために、第１の励起巻線１２ａの高周波発生器１３または第２の励起巻線１２ｂの高周波発生器１３のいずれかを動作させる。第１及び第２の励起巻線１２ａ、１２ｂを直列に接続することも可能である。その場合、減結合は、発生器電圧を制限するために励起巻線１２ａ、１２ｂのインピーダンスの低減に依然として役立つであろう。

従って、少なくとも２つの励起巻線１２ａ、１２ｂの配置が図示されており、ここで、各励起巻線１２ａ、１２ｂは共通中心軸１９に沿って延在する少なくとも２つの副巻線を備え、副巻線は、１つの副巻線を通って流れる電流の方向がその隣の副巻線を通って流れる電流の方向に対して逆に向くように設計され且つ接続され、２つの励起巻線１２ａ、１２ｂの対応する副巻線は、共通中心軸１９に沿って変位Ａだけ間隔を空けられている。共通中心軸１９は副巻線の中心軸に垂直である。変位Ａは、ある寸法、すなわち最小の検出すべき物体４の直径と等しくまたはそれより大きく選択できる。代替的に、または追加的に、変位Ａを、励起巻線１２ａ、１２ｂ間の磁気的結合が所定の値より小さい、好ましくはゼロであるように、且つ／または励起巻線１２ａ、１２ｂ間の最小の相互インダクタンスが提供されるように選択することができる。これは、それぞれの励起巻線１２ａ、１２ｂ間にエネルギー伝送が無い、または最小限しか無いことを意味する。

図６ｂに、検出巻線２及び複数の励起巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの別の概略設計図を示す。図６ａに示す設計図とは対照的に２つの追加の励起巻線１２ｃ、１２ｄが提供されている。これらの追加の励起巻線１２ｃ、１２ｄは励起巻線１２ａ、１２ｂと同様に、具体的には、共通中心軸１９ｂに沿って変位Ｂを有して、設計されている。変位Ｂは変位Ａと等しいまたは異なることができる。しかしながら、共通中心軸１９ｂは、励起巻線１２ａ、１２ｂの共通中心軸１９に対して所定の角度で、具体的には、励起巻線１２ａ、１２ｂの共通中心軸１９に対して垂直に向けられている。これは更に検出感度を向上させる。

このように、少なくとも４つの励起巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの配置が示され、各励起巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは少なくとも２つの副巻線を備える。２つの励起巻線１２ａ、１２ｂの組の副巻線は第１の共通中心軸１９に沿って延在し、副巻線は、１つの副巻線を通って流れる電流の方向がその隣の副巻線を通って流れる電流の方向とは反対方向に向くように設計及び接続され、２つの励起巻線１２ａ、１２ｂの対応する副巻線は第１の共通中心軸１９に沿って第１の変位Ａだけ間隔を空けられている。２つの励起巻線１２ｃ、１２ｄの別の組の副巻線は第２の共通中心軸１９ｂに沿って延在し、副巻線は、１つの副巻線を通って流れる電流の方向がその隣の副巻線を通って流れる電流の方向とは反対方向に向くように設計及び接続され、２つの励起巻線１２ｃ、１２ｄの対応する副巻線は、第１の共通中心軸１９と所定の角度を成す第２の共通中心軸１９ｂに沿って第２の変位Ｂだけ間隔を空けられている。

このように、バランスの取れた構成の数が最小となる構成が提供される。この文脈で、「バランスの取れた構成」とは、異物４が監視領域に例えば検出巻線２及び／または励起巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの近傍に位置しているが、検出巻線２の検出表面９を通って延在する励起巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによって生成される磁束がゼロであることを意味する。

もちろん、励起巻線あたり３つ以上の副巻線、及び／または共通中心軸に沿って延在する３つ以上の励起巻線及び／または異なる共通中心軸に沿って延在する３組以上の励起巻線を提供することも可能である。

検出巻線２の直径または幾何学的な大きさは、励起巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄまたは励起巻線１２ａ、１２ｂの区間によって提供される副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの直径または幾何学的な大きさより大きいことが図５、図６ａ及び図６ｂに示されている。しかしながら、励起巻線（群）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによって提供される副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３７ａ、３７ｂ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの直径または幾何学的な大きさが検出巻線２の直径または幾何学的な大きさより大きいことも可能である。この場合、励起巻線（群）１２ａ、１２ｂによって生成される磁束の一部のみが検出表面９を通って延在する。これは検出感度を低減する。この場合、検出感度を、検出巻線２の副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの数を増加することによって向上することができる。

別の実施形態では、１つの副巻線を有するたった１つの励起巻線を使用し、ここで副巻線の直径または幾何学的な大きさは検出巻線２の直径または幾何学的な大きさより大きい、ことも可能である。これは、より小さい電圧が検出巻線に誘起されることをもたらす。この場合、検出の感度を向上するために検出巻線２の巻き数を所定の値より高く選択できる。

図７に、検出巻線２及び複数の励起巻線１２ａ、１２ｂの別の概略設計図を示す。図６ａに示す設計図との差は、第１の励起巻線１２ａが第２の励起巻線１２ｂに直列に接続されていることである。また第１の励起巻線１２ａは２つの連続した逆向の副巻線３６ａ、３６ｂのみを備え、第２の励起巻線１２ｂは４つの連続した逆向の副巻線３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄを備える。励起巻線１２ａ、１２ｂに供給される電流Ｉ１、Ｉ２は定電流源によって供給される。定電流源は、電圧源１３、第１の誘導性素子Ｌ１、第２の誘導性素子Ｌ２、及び容量性素子Ｃ１を備える。第１及び第２の誘導性素子Ｌ１、Ｌ２は電圧源１３に対して直列に接続され、容量性素子Ｃ１は、第１の誘導性素子Ｌ１と電圧源１３の直列接続に対して並列に接続される。

偶数の副励起巻線３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄによって提供される励起巻線１２、１２ａ、１２ｂの偶数の磁極により、前述の全磁界２４（図１０参照）は定電流源の動作特性を変更するまたはそれに影響を及ぼすことはない。金属物体４が励起巻線１２、１２ａ、１２ｂの近傍に位置しない場合、検出巻線２に誘起される電圧は、励起巻線１２、１２ａ、１２ｂの設計及び配置により（図６ａに関して説明したように）、ゼロである。

図７には、第２の容量性素子Ｃ２が検出巻線２に並列に接続されていることが示されている。電圧が検出巻線２に誘起される場合、誘起された電圧の周波数において第２の容量性素子Ｃ２が低いインピーダンスを提供するので、比較的高い共振電流が検出巻線２を通って流れる。この共振電流は第２の容量性素子Ｃ２に印加される電圧を生成し、前記電圧の振幅は共振電流に比例する。これは図示の設計の高検出感度を提供する。

図６ａ、６ｂ、７に示す実施形態において、各副巻線３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの巻き数は１巻き以上であることができる。

図８は図７に示す設計図の等価回路を示す。図８に示す設計図は電流変換器を提供し、入力電流Ｉ１は一定であり、出力回路は電流源を提供する。検出巻線２は並列共振モードで動作する。

図９は第４の実施形態における本提案の安全システム５の概略図を示す。電圧発生器１３は発振回路の共振周波数で動作し、発振回路の損失は電圧源１３で補われる。発振回路は共振容量性素子Ｃｒｅｓ及び励起巻線１２によって提供される。発振回路の素子は、発振回路が電圧源１３に対して無限大のインピーダンスを提供するように設計される。発振回路内に共振電流Ｉｒｅｓが流れる。この共振電流Ｉｒｅｓは、検出巻線２によって受け取られる励起磁界を発生し、検出巻線２は電圧センサ６が検出可能な比較的高い電圧を発生する。異物（不図示）が励起巻線１２の近傍内に置かれる場合、発振回路は離調する。この場合、発振回路の共振周波数は電圧源１３の動作周波数と一致しない。

図９に示す設計図の等価回路を示す図１０において分かるように、発振回路は電圧発生器１３に素子Ｚによって結合され、素子Ｚのインピーダンスは発振回路によって提供されるインピーダンスまたは励起巻線１２のインピーダンスより高い、例えば、１０００倍高い。従って、発振回路は電圧源１３から減結合されている。

減結合の結果、共振電流Ｉｒｅｓは、発振回路が離調される場合、顕著に低減する。これは励起磁界の大きさを低減し、それは、結果として検出巻線２に誘起される電圧の電圧降下をもたらす。電圧センサ６によって検出される電圧推移に応じて、励起巻線１２の近傍に異物の存在を検出できる。そのような設計は高検出感度及び検出の堅牢性の増大を提供する。

１次磁界または全磁界からの検出の減結合は、１次磁界または全磁界の動作周波数と異なる発振回路の共振周波数を選択することによって達成することができる。

発振回路の動作の安定性を向上するために、温度センサ３８によって温度を測定することができ、電圧発生器１３の動作周波数は測定された温度に適応される。

励起巻線１２及び／または検出巻線２は任意のデザインまたは形状を有することができる。しかしながら、励起巻線１２及び／または検出巻線２が単一の磁極を提供する、例えば、たった１つの副巻線を提供することは有利である。この場合、励起巻線１２及び検出巻線２を対称軸が互いに一致するように等しく設計し、且つ配置することができる。励起巻線１２の巻き数を検出巻線２の巻き数と異なって、具体的には、それより小さく、選択することができる。

図１１は第５の実施形態における本提案の安全システム５の概略図を示す。この場合、検出巻線２はＬＣ発振回路の一部である。図９に示すように、電圧発生器１３は発振回路の共振周波数で動作し、発振回路の損失は電圧源１３によって補われる。発振回路は共振容量性素子Ｃｒｅｓ及び検出巻線２によって提供される。この場合も、発振回路の素子は、発振回路が電圧源１３に対して無限大のインピーダンスを提供するように設計される。発振回路内に共振電流Ｉｒｅｓが流れる。この共振電流Ｉｒｅｓは、容量性素子Ｃｒｅｓ及び検出巻線２の並列接続に印加される電圧を生成する。異物（不図示）が検出巻線２の近傍内に置かれる場合、発振回路は離調する。この場合、発振回路の共振周波数は電圧源１３の動作周波数と一致しない。

発振回路は電圧発生器１３に素子Ｚによって結合され、素子Ｚのインピーダンスは発振回路によって提供されるインピーダンスまたは検出巻線２のインピーダンスより高い、例えば、１０００倍高い。従って、発振回路は電圧源１３から減結合されている。

減結合の結果、共振電流Ｉｒｅｓは、発振回路が離調する場合、顕著に低減する。これは、結果として前述の並列接続に印加される電圧の電圧降下をもたらす。電圧センサ６によって検出される電圧推移に応じて、検出巻線２の近傍に異物の存在を検出できる。そのような設計は高検出感度及び検出の堅牢性の増大を提供する。

図１２は第６の実施形態における本提案の安全システム５の概略図を示す。安全システム５は、並列に接続するｎ個の発振回路を備え、たった１つの電圧センサ６が全ての発振回路の並列接続に印加される電圧を測定するために使用される。各発振回路は、容量性素子Ｃｒｅｓ＿１、Ｃｒｅｓ＿２、Ｃｒｅｓ＿ｎ及び誘導性素子を提供する検出巻線２＿１、２＿２、２＿ｎを備える。図示の安全システム５の検出感度は並列接続の発振回路の数ｎに依存する。発振回路の数ｎが大きいほど検出感度が低下する。しかしながら、素子Ｚのインピーダンスを調整することにより、検出感度を調整できる。例えば、素子Ｚのインピーダンスを、全てのＬＣ発振回路の並列接続に印加される電圧が最小値に達するまで大きくすることができ、最小値は所望の精度で測定可能な電圧値を表す。

図１２に示す安全システム５の重要な特性は自己監視機能である。１つの発振器の１つの素子、例えば容量性素子Ｃｒｅｓ＿１、Ｃｒｅｓ＿２、Ｃｒｅｓ＿ｎまたは検出巻線２＿１、２＿２、２＿ｎが不良である、例えば短絡回路を提供している場合、電圧センサ６によって測定される電圧は異常降下する。

図１２ａは第７の実施形態における本提案の安全システム５の概略図を示す。安全システム５は図１２に示す安全システム５のように設計され、安全システム５は所定のインピーダンスを有する素子Ｚ１、Ｚ２、…、Ｚｎと発振回路のｎ個の直列接続を備え、前記直列接続は並列に接続される。しかしながら、安全システム５はｎ個の電圧センサ６＿１、６＿２、…、６＿ｎを備え、各電圧センサ６＿１、６＿２、…、６＿ｎは１つの発振回路に印加される電圧を測定する。この場合、安全システム５は並列接続のアレイごとにたった１つの電圧源１３を備える。しかしながら、物体は１つまたは少数の発振回路を離調するだけなので、ｎ個の電圧センサ６＿１、６＿２、…、６＿ｎを使用することは、有利にも、異物４（図１参照）が置かれている位置を検出または推測することを可能にする。その結果、生じた電圧降下は対応する電圧センサ（群）６＿１、６＿２、…、６＿ｎによって検出される。各電圧センサ６＿１、６＿２、…、６＿ｎは共通電圧センサの個別の測定チャネルによって提供することができる。

図１３に本提案の安全システム５の別の実施形態を示す。安全システム５は複数の検出巻線２及び図１３には図示されていない励起巻線を備える。更に、安全システム５は少なくとも１つの相殺巻線２２を備える。相殺巻線２２を動作させる電圧源２３もまた図示されている。路線１１の表面上の検出巻線２の近傍に置かれている物体４もまた図示されている。例示の目的のために、１つの検出巻線２のみが図示されている。相殺巻線２２は、磁力線２４によって図示されている全磁界が、路線１１の表面の副領域における相殺巻線２２によって生成される磁力線２５によって示される相殺磁界によって相殺されるように設計及び配置される。物体４が検出巻線２によって検出された後に、位置領域を例えば検出巻線２の特定の識別子に基づいて確定することができる。その後、充電表面１０全体（図２参照）またはそれぞれの検出巻線２に割り当てられる相殺巻線２２を、全磁界２４が少なくとも位置領域内で好ましくは位置領域内のみで相殺されるまたは低減されることができるように、電圧源２３によって動作させることができる。具体的には、電圧源２３は、全磁界の大きさを有するが全磁界２４の方向と反対の方向に向いている交番電磁界が生成されるように、相殺巻線２２を動作させる。これは、有利にも全磁界２４の局部的な相殺または低減を可能にし、従って物体４の過熱を低減する。

図１４に、検出巻線２のアレイ構造２７を示す。検出巻線２は全て円形の形状であり、各々は検出表面９を提供する。互いに隣接する検出巻線２は検出領域９の重なりを有しないことが図示されている。この場合、円形の形状の検出巻線の間の間隙２６が存在する。そのような配置は、物体４（図２参照）が検出巻線２の検出領域９の上に少なくとも部分的に置かれている場合、高検出感度を提供する。しかしながら、物体４が間隙２６の上に置かれている場合、そのような物体は検出されない可能性がある、または検出感度が低減する。

図１５に、円形の形状の検出領域９を有する円形の形状の検出巻線２の別のアレイ構造２７を示す。この場合、検出巻線２が、異なる検出巻線２特に隣接する検出巻線２の検出領域９が、間隙２６（図１４参照）が存在しないように重なり合うように、配置されることが示されている。これは、高感度を提供すると同時に所望の監視領域の適用範囲を増大させる。しかしながら、多数の検出巻線２を使用する必要がある。

図１６に、六角形の形状の検出巻線２のアレイ構造２７を示す。六角形の形状の検出巻線２のアレイ構造２７の下に配置されている１次巻線構造体７も示す。これらの検出巻線２も六角形の形状の検出表面９を提供する。例示の目的のために、たった１つの六角形の形状の検出巻線２及び１つの検出表面９が参照番号によって示されている。図示のアレイ構造２７は、有利にも、高感度で、１次巻線構造体７の上方または上に位置する所望の充電表面または監視領域の高い適用範囲を提供すると同時に、検出巻線２の量は低減される。これを達成するために、六角形の形状の検出巻線２はハニカム配置を提供するように配置される。これは、六角形の形状の検出巻線２の縁が隣接する六角形の形状の検出巻線２の縁に平行に配置され、２つの隣接する縁の間の変位が最小にされることを意味する。六角形の形状の検出巻線２は、有利にも、そのような検出巻線２の全検出表面９に亘って一定のまたはほぼ一定の検出感度を提供する。

アレイ構造２７の複数の検出巻線２は検出巻線２の１つのグループを形成できる。従って、複数の検出巻線２をサブグループに配置することができ、安全システム５はサブグループごとに１つの接続手段を備え、サブグループの各検出巻線２はそれぞれの接続手段を介して評価ユニット、例えば電圧センサ６に接続可能である。接続手段は例えば逆多重化ユニット３であることができる。そのようなユニット３を介して、サブグループの各検出巻線２を１つの評価ユニットに接続することができる。これは、有利にも、検出巻線２のアレイ構造２７に対してたった１つの評価ユニットを使用することを可能にする。

図１７に別の選択肢を示す。図１７は、六角形の形状の検出表面９を有する六角形の形状の検出巻線２の配置２７の詳細の図を示す。検出巻線２はマトリックス状の構造で配置され、安全システムは、マトリックス状の構造の行の配列に割り当てられる第１の接続手段及びマトリックス状の構造の列の配列に割り当てられる第２の接続手段を備える。第１及び第２の接続手段を逆多重化ユニット３によって提供することができる。第１及び第２の接続手段を介して、アレイ構造２７の検出巻線２の各々は、評価ユニット例えば電圧センサ６に接続可能である。この場合、検出巻線２の第１の接続端子は第１の接続手段に接続可能であり、検出巻線２の第２の接続端子は第２の接続手段に接続可能である。

図１８に、本提案の安全システム５の別の実施形態を示す。安全システム５は路傍電力変換器２９、インパルス発生器３０、１次巻線構造体７、及び図１８に図示されていない検出巻線２（図２参照）を備える。更に、安全システム５は音響センサ３１、例えばマイクロフォンを備える。インパルス発生器３０は１次巻線構造体７に電気的に接続されている。また、路傍電力変換器２９も１次巻線構造体７に電気的に接続されている。インパルス発生器３０はインパルス３２を生成することができ、それは、結果として、１次巻線構造体７を介して電磁界を生成する。インパルス３２によって生成される電磁界は路線１１の充電表面１０上に置かれている金属物体４に渦電流を生成することができる。これらの渦電流は、インパルス３２によって生成される電磁界かまたは路傍電力変換器２９の信号によって生成される別の電磁界の何れかであることができる電磁界と相互作用する。結果として生じるローレンツ力は金属物体４を振動させ、音波線３３によって表される音波を生成させる。音波３３は音響センサ３１によって受信される。評価ユニット３４は音波３３を評価し、受信した音波３３に応じて物体４の存在を検出することができる。これは、有利にも、検出の冗長性を提供する。

本提案の音響を基盤とするシステムは独立した発明を妨げる可能性がある。この場合、安全システムは、インパルス発生器、励起磁界を生成する手段、例えば励起巻線、及び音響センサ、及び評価ユニットを備える。

図１９に、本提案の安全システム５の更なる拡張を示す。この場合、安全システム５は、マイクロ波送信機３５及びマイクロ波受信機として設計される検出巻線２を備える。マイクロ波受信機３５及び受信機２は、路線１１の充電表面１０上に置かれている物体４を検出できるように路線１１の表面に対して配置されている。マイクロ波を基盤とする手法を使用することにより、移動物体３７を検出できる。マイクロ波送信機３５は動作周波数ｆ_０を有する信号を生成することが示されている。移動物体３７が路線１１の表面上を移動する場合、反射波信号は移動物体３７の速度ｖに応じた周波数を有する。ドップラー効果に基づいて、移動物体３７を検出できる。マイクロ波送信機がマイクロ波を生成するＬＣ発生器によって動作するまたはそれを備える場合、ＬＣ発生器の動作周波数は、ＬＣ発生器の近傍内に置かれている静止の金属物体４により離調する。この場合、検出巻線２によって受信された波は離調の量に応じた周波数を有し、離調の量は金属異物４によるＬＣ発生器のインダクタンスの変化に依存する。変更された周波数に基づいて静止の金属物体４を検出できる。移動物体３７によって引き起こされた周波数の変化が、静止の金属物体４による周波数の変化と同様であることは可能である。この場合、移動または静止物体３７、４を識別するためには、追加の基準が評価される必要がある。例えば、それは、所定の時間の間、周波数の変化が一定または殆ど一定であるかどうかで確定することができる。このような場合、移動物体３７が、その所定の時間内にマイクロ波送信機−受信機構成の検出範囲を、最も好ましくは、離れているので、静止物体４が識別される。

図２０に、１次磁界または全磁界補償巻線２として設計されている検出巻線２の概略図を示す。矢印２４で示す全磁界が補償されるように検出巻線２を設計する。検出巻線２は第１の副巻線２ａおよび第２の副巻線２ｂを備える。一般的に、例えば１つの副巻線２ａ、２ｂによって提供される遇数の磁極を提供するように検出巻線２を設計すべきである。第１及び第２の副巻線２ａ、２ｂは、副巻線２ａ、２ｂを通って流れる電流Ｉが副巻線２ａを通って第１の旋回方向、例えば反時計回りの方向に流れ、副巻線２ｂを通って第２の旋回方向、例えば時計回りの方向に流れるように配置及び接続され、ここで第１の旋回方向は第２の旋回方向に対して反対の方向である。全体で、検出巻線２は８字形である。全磁界２４が、第１及び第２の副巻線２ａ、２ｂで囲まれた領域に亘ってほぼ均一であり、その領域を通って延在する場合、第１の副巻線２ａ及び第２の副巻線２ｂに誘起される電圧は同一の大きさであるが反対の符号を有する。従って、全磁界２４によって検出巻線２に誘起される全電圧は、少なくとも全磁界の動作周波数において、ゼロまたはほぼゼロである。従って、誘導検出システム及び検出感度への全磁界の影響は最小限に抑えられる。従って、全磁界２４が存在する場合でも、第１または第２の副巻線２ａ、２ｂのどちらかの近傍に置かれている物体４（図１参照）を、検出巻線２の基本インダクタンスＬ_０の変化に応じて検出できる。検出巻線２のインダクタンスを評価することができる評価ユニット３も示す。前述したように、この設計は励起巻線１２ａ、１２ｂ（例えば、図６ａ参照）にも適用可能である。

特許文献３は、２次デバイスへの誘導電力伝送のための１次デバイスを開示しており、１次デバイスは１次コイルを備え、１次デバイスは（ｉ）１次コイルが２次デバイスに誘導結合で電力を伝送している間は第１のモードで動作し、（ｉｉ）異物が検出されている間は第２のモードで動作するように構成されている。更に、１次制御は１次コイルを（ｉ）第１のモードの間は第１周波数を使用し、（ｉｉ）第２のモードの間は第２周波数を使用して動作させるように構成されている。
特許文献４及び特許文献５は、少なくとも１つの１次インダクタンスを有する静止ユニットから、少なくとも１つの２次インダクタを有する、この静止ユニットに隣接する車両への電力の磁気誘導伝送のためのデバイスを開示しており、ここで静止ユニットは、１次インダクタに隣接する所定の空間内の導電性物体の存在を検出する手段を備える。

国際公開第２０１２／０４７７７９（Ａ１）号 国際公開第２００９／０８１１１５（Ａ１）号 欧州特許出願公開第２３１７６２５（Ａ２）号 独国実用新案第２０ ２００９ ００９ ６９３（Ｕ１）号 独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３３ ２３６（Ａ１）号

更に、複数の検出巻線はアレイ構造に配置される。アレイ構造は、充電表面を少なくとも部分的に、例えば充電表面の８０％、９０％、または９５％を超えて覆う。この文脈において、「覆う」は、１次磁界、好ましくは全１次磁界または全磁界の少なくとも一部が、アレイ構造またはアレイ構造によって提供されている表面を通って延在していることを意味する。アレイ構造は１次ユニットの一部であることができる。

本発明によれば、誘導検出システムは少なくとも１つの励起巻線を備える。少なくとも１つの励起巻線は、１次磁界または全磁界と異なることができる励起磁界を生成する。励起磁界は検出巻線（群）によって受け取られることができる。例えば、少なくとも１つの励起巻線及び検出巻線は、励起磁界の全ての、または少なくとも所定の部分の、例えば８０％、９０％、もしくは９５％の磁束が少なくとも１つの検出巻線の検出表面を通って延在するように配置することができる。１つの検出巻線を１つの励起巻線に割り当てることができる。これは、励起巻線によって生成される励起磁界、またはその所定の部分がその１つの検出巻線によって排他的に受け取られることを意味する。あるいは、複数の検出巻線を１つのまたは複数の励起巻線（群）に割り当てることができる。更に、複数の励起巻線を１つのまたは複数の検出巻線（群）に割り当てることができる。

励起磁界は交番電磁界である。励起磁界の周波数は１次磁界の動作周波数と異なることができる。具体的には、励起磁界の周波数は、１次磁界の動作周波数、例えば２０ｋＨｚ、より高く、具体的には何倍も高く、２００ｋＨｚから１００００ｋＨｚの範囲であることができる。励起巻線の使用は、励起磁界の特性は監視される能動的物体検出を可能にする。これとは対照的に、励起巻線を使用しない実施形態では、巻線構造体の特性のみが監視される受動的物体検出を可能にする。

検出巻線は、誘導電力伝送システムの１次巻線構造体と異なり、且つ２次巻線構造体と異なる。それ故に、少なくとも１つの検出巻線が誘導電力伝送システムの既存の１次巻線構造体及び２次巻線構造体に追加される。

異物、特に金属物体が充電表面上に置かれる場合、１つ以上の励起磁界によって１つ以上の検出巻線の検出表面（群）を通って提供される磁束は、変化する。この変化は、１つ以上の検出巻線（群）によって提供される出力電圧（群）の変化を引き起こす。従って、異物の存在を検出できる。各検出巻線は充電表面の特定の副領域に割り当てられているので、異物の位置の領域も確定することができる。

安全システムはまた、異物が検出される場合、ユーザに通知する、且つ／または１次ユニットの安全動作を起動する、例えば１次ユニットのスイッチをオフにする通知システムをも備えることができる。例えば、通知システムは、視覚的、音響的、または任意の他のタイプの警告信号を生成できる。

本提案の安全システムは、有利にも、１次ユニットの近傍に置かれている異物を検出可能にする。検出は、迅速、高感度、且つ堅牢な検出であることができる。

このように、本発明は物体検出システムにも関する。もし物体が検出されると、通知信号、例えば、電気、音響、触覚、または音響通知信号を生成することができる。

別の実施形態では、少なくとも１つの検出巻線がＬＣ発振回路の一部である。ＬＣ発振回路は少なくとも１つの容量性素子、例えばキャパシタを備える。更に、ＬＣ発振回路は少なくとも１つの誘導性素子を備え、誘導性素子は少なくとも部分的には検出巻線によって提供される。更に、ＬＣ発振回路は、発振回路の共振周波数を有する交番電圧を提供できる電圧発生器を備える。その電圧源の出力端子は容量性素子と誘導性素子の並列接続に接続する。更に、発振回路は所定のインピーダンスを有する素子を備えることができ、その素子は発振回路が電圧源から減結合されるように配置することができる。

発振回路は、異物が検出巻線の近傍内に置かれる場合、発振回路は離調するように設計される。この場合、発振回路の変更された、または離調した共振周波数は電圧源の動作周波数と一致しない。

共振電流は、発振回路が離調する場合、大幅に低減する可能性がある。これは、結果として、前述の並列接続にかかる電圧の電圧降下をもたらす。

容量性素子と誘導性素子の並列接続にかかる電圧に応じて、検出巻線の近傍における異物の存在を検出できる。そのような検出巻線の設計は高検出感度及び検出の堅牢性の増大を提供する。

検出巻線がＬＣ発振回路の一部であるということは、誘導検出システムが複数の検出巻線を特にアレイ構造で提供するという特徴に依存しない。それ故に、誘導検出システムは少なくとも１つの検出巻線を備え、検出巻線はＬＣ発振回路の一部であるということが可能である。そのような安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、所定の数の発振回路が互いに並列に接続され、発振回路のそれぞれの誘導性素子は、それぞれ１つの検出巻線によって少なくとも部分的に提供される。これは、有利にも、１つの電圧源によって複数の発振回路を動作させることを可能にする。

この場合、全ての発振回路の並列回路にかかる電圧は、例えば単一の電圧センサで測定できる。代替的に、発振回路のそれぞれにかかる電圧は、例えば複数の電圧センサで測定できる。

複数の検出巻線がそれぞれ互いに並列に接続されたＬＣ発振回路の誘導性素子を提供するという特徴は、誘導検出システムがアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、誘導検出システムは複数の検出巻線を備え、各検出巻線はＬＣ発振回路の誘導性素子を提供するということが可能である。そのような安全システムは独立した発明を構成する。

別の実施形態では、誘導検出システムは１次磁界または全磁界補償検出システムとして設計される。代替的にまたは追加的に、各検出巻線は１次磁界または全磁界補償巻線として設計及び／または配置される。これは、誘導検出システム及び／または各検出巻線が、１次磁界または全磁界によって誘起された電圧が誘導検出システム及び／または検出巻線の物理的設計により除去または低減されるように設計されるということを意味する。

既存の１次磁界の場合、具体的には車両への誘導電力伝送の場合、誘導検出システムは１次磁界または全磁界に暴露される。この暴露は、例えば評価ユニット（群）によって確定される電気的特性またはパラメータに影響を与える可能性があり、それ故に、異物の検出を複雑にする。検出システム及び／または検出巻線が、電気的特性またはパラメータの確定への１次磁界または全磁界の影響が除去または低減されるように物理的に設計及び／または配置される場合、これは、有利的に、誘導電力伝送の間、検出の信頼性を向上する。

別の実施形態では、検出巻線の少なくとも１つは、複数の、特に偶数の、例えば２つの逆向きの副巻線を備える。これは、検出巻線の第１の副巻線を流れる電流が例えば時計回りの方向に流れ、検出巻線の第２の副巻線を流れる同じ電流が反時計回りの方向に流れるように、副巻線が接続及び／または配置されることを意味する。電流の流れの方向は、対称軸または各副巻線の中心軸に対して定義され、全ての副巻線の軸は互いに平行に向いている。検出巻線が３つ以上の副巻線を備える場合、全ての副巻線の中心軸は所定の距離をもって共通軸に沿って配置することができ、共通軸は長手方向（これは路線の表面上を走行する車両の走行方向に対応する）または横方向（これは長手方向に垂直な方向に対応する）に平行に向けることができる。この場合、異なる副巻線内で１次磁界または全磁界によって誘起される電圧は異なる符号を持つことになる。従って、１次磁界または全磁界によって誘起された電圧は除去される、または少なくとも低減される可能性がある。

誘導検出システムが１次磁界または全磁界補償検出システムとして設計される、あるいは検出巻線が１次磁界または全磁界補償巻線として設計されるということは、誘導検出システムが特にアレイ構造で複数の検出巻線を提供するという特徴に依存しない。それ故に、少なくとも１つの１次磁界または全磁界補償検出システムを備える安全システムは独立した発明を構成する。

更に、少なくとも１つの励起巻線が設けられ、少なくとも１つの励起巻線は１次巻線と異なることができる。励起巻線は、励起磁界の磁束の少なくとも所定の部分が少なくとも１つの検出巻線の検出表面を通って延在するように配置される。

Claims (26)

1. 路線（１１）の表面上の車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムのための安全システムであって、
   １次ユニットは、前記誘導電力伝送のために１次電磁界を生成する少なくとも１つの１次巻線（７）を備え、前記路線（１１）の充電表面（１０）が前記１次巻線に割り当てられ、
   前記安全システム（５）は少なくとも１つの誘導検出システムを備え、前記誘導検出システムは複数の検出巻線（２）を備える安全システムにおいて、
   前記複数の検出巻線（２）はアレイ構造（２７）に配置され、前記アレイ構造（２７）は少なくとも部分的に前記充電表面（１０）を覆うことを特徴とする安全システム。
2. 検出巻線（２）がＬＣ発振回路の一部である、請求項１に記載の安全システム。
3. 所定の数の発振回路が互いに並列に接続され、前記発振回路の各々の誘導性素子は少なくとも部分的に１つの検出巻線によって提供される、請求項２に記載の安全システム。
4. 前記誘導検出システムは１次磁界または全磁界補償検出システムとして設計され、且つ／または各検出巻線（２）は１次磁界または全磁界補償巻線として設計及び／または配置される、請求項１〜３の何れか一項に記載の安全システム。
5. 前記検出巻線（２）の少なくとも１つは偶数の数の逆向きの副巻線（２ａ、２ｂ）を備える、請求項４に記載の安全システム。
6. 前記誘導検出システムは少なくとも１つの励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）を備える、請求項１〜５の何れか一項に記載の安全システム。
7. 前記励起巻線（１２ａ、１２ｂ、１２）はＬＣ発振回路の一部である、請求項６に記載の安全システム。
8. 前記励起巻線（群）（１２、１２ａ、１２ｂ）及び前記検出巻線（２）は、前記充電表面（１１）の上にまたは近傍に置かれている異物（４）が前記励起巻線（群）（１２、１２ａ、１２ｂ）と前記検出巻線（２）の間に配置されるように、配置される、請求項６または７に記載の安全システム。
9. 前記励起巻線（群）（１２、１２ａ、１２ｂ）及び前記検出巻線（２）は、前記充電表面（１１）の上にまたは近傍に置かれている異物（４）が前記励起巻線（群）（１２、１２ａ、１２ｂ）の上に、且つ前記検出巻線（２）の上に配置されるように、配置される、請求項６または７に記載の安全システム。
10. 少なくとも１つの励起巻線（１２）は前記１次巻線（７）によって提供される、請求項６〜９の何れか一項に記載の安全システム。
11. 前記励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）は前記１次巻線（７）と異なる巻線構造体によって提供される、請求項６〜９の何れか一項に記載の安全システム。
12. １つの励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）または励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）のグループは、励起磁界（８）が対応する検出巻線（群）（２）によって受け取られる磁束が通常動作モードでゼロであるように生成されるように、設計及び配置される、請求項１１に記載の安全システム。
13. 前記励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）は偶数の数の磁極を提供するように設計され、前記励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）及び対応する検出巻線（２）は、異なる磁極によって生成される前記磁束が前記検出巻線（２）の前記検出表面を通って延在するように配置及び／または設計される、請求項１２に記載の安全システム。
14. 前記安全システム（５）は音響センサ（３１）及びインパルス電流生成手段を備えることを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の安全システム。
15. 前記安全システム（５）はマイクロ波送信デバイス及びマイクロ波受信デバイスを備える、請求項１〜１４の何れか一項に記載の安全システム。
16. 前記検出巻線（２）の少なくとも１つは前記マイクロ波受信デバイスとして設計され、且つ／または１つの励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）は前記マイクロ波送信デバイスとして設計される、請求項１５に記載の安全システム。
17. 前記検出巻線（２）は円形検出巻線として設計される、請求項１〜１６の何れか一項に記載の安全システム。
18. 少なくとも２つの円形検出巻線（２）の円形検出表面（９）は少なくとも部分的に重なり合う、請求項１７に記載の安全システム。
19. 前記検出巻線（２）は六角形の形状、または矩形の形状の検出巻線として設計される、請求項１〜１６の何れか一項に記載の安全システム。
20. 前記安全システム（５）は、相殺磁界（２５）を生成する少なくとも１つの１次磁界または全磁界相殺手段を備え、前記相殺手段は、前記１次磁界または全磁界（２４）を前記相殺磁界（２５）によって少なくとも部分的に相殺することができるように設計及び／または配置される、請求項１〜１９の何れか一項に記載の安全システム。
21. 路線（１１）の表面上の車両に電力を伝送する誘導電力伝送システムのための安全システム（５）を動作させる方法であって、
    １次ユニットは、前記誘導電力伝送のために１次電磁界を生成する少なくとも１つの１次巻線（７）を備え、前記路線の充電表面（１０）が前記１次巻線（７）に割り当てられ、
    前記安全システム（５）は少なくとも１つの誘導検出システムを備え、
    前記誘導検出システムは、少なくとも部分的に前記充電表面（１０）を覆うアレイ構造（２７）に配置される複数の検出巻線（２）を備え、
    − 前記複数の検出巻線（２）の各々の出力信号が測定され、
    − 前記測定された出力信号に応じて電気的特性またはパラメータが確定され、且つ
    − 前記電気的特性またはパラメータが基準値と比較される、
    方法。
22. − 励起磁界（８）が少なくとも１つの励起巻線（１２、１２ａ、１２ｂ）によって生成され、
    − 前記励起磁界（８）は少なくとも１つの対応する検出巻線（２）によって受け取られ、且つ
    − 前記少なくとも１つの検出巻線（２）の出力電圧が評価される、
    請求項２１に記載の方法。
23. − 前記励起磁界（８）が生成された後に、音響センサ（３１）が音波を取り込み、且つ
    − 前記音響センサ（３１）の出力信号が評価される、
    請求項２１または２２に記載の方法。
24. レーダまたはマイクロ波信号が前記充電表面（１０）に沿って放射され、反射された前記レーダまたはマイクロ波信号は少なくとも１つのマイクロ波受信デバイスによって受信され、前記受信された信号に基づいてレーダまたはマイクロ波を基盤とする物体検出が実行される、請求項２１〜２３の何れか一項に記載の方法。
25. 異物（４）が検出された場合、相殺磁界（２５）が少なくとも１つの１次磁界または全磁界相殺手段によって生成される、請求項２１〜２４の何れか一項に記載の方法。
26. 路線（１１）の表面上の車両に電力を伝送する誘導電力伝送のための安全システム（５）を構築する方法であって、１次ユニットは、前記誘導電力伝送のために１次電磁界を生成する少なくとも１つの１次巻線（７）を備え、前記路線の充電表面（１０）が前記１次巻線（７）に割り当てられ、
    − 複数の検出巻線（２）が設けられ、
    − 前記検出巻線（２）はアレイ構造（２７）に配置され、前記アレイ構造（２７）は少なくとも部分的に前記充電表面（１０）を覆う、
    方法。

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