WO2015165703A1 - Fremdkörpererfassungsvorrichtung und leistungs-induktivladevorrichtung - Google Patents

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WO2015165703A1
WO2015165703A1 PCT/EP2015/057661 EP2015057661W WO2015165703A1 WO 2015165703 A1 WO2015165703 A1 WO 2015165703A1 EP 2015057661 W EP2015057661 W EP 2015057661W WO 2015165703 A1 WO2015165703 A1 WO 2015165703A1
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Thomas Röhrl
Peter Säger
Benjamin Henrich
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Definitions

  • the coils are distributed along circumferential lines, in particular substantially along circles, ovals or ellipses.
  • the coils are distributed in rings (which are lined up or nested or lined up from inside to outside), in particular substantially along circular, oval or elliptical rings. This results in a good two-dimensional resolution. Since this "round" waveform, along which the coils are distributed, also corresponds to numerous common coil shapes of transmitting or primary coils, no adjustments due to un ⁇ different forms of foreign body detection device relative to the magnetic field of the transmitting coil are required.
  • the rings are not necessarily circular rings.
  • the rings may have a polygonal basic shape, in particular with rounded corners.
  • adjacent square or rectangular rings may be provided as a basic form for the grouped distribution of coils.
  • Like circular or generally round rings can also be rings in
  • Polygonalform be divided into arc sections or angle sections ⁇ , resulting in sectors or ring sectors.
  • the choice of the ring and the choice of the angle result in a ⁇ specific sector corresponding to a coil, or along which the coil extends.
  • Each sector is assigned a coil, which results in the areal resolution (ie resolution in different directions) and the resulting improved resolution.
  • a foreign object detecting apparatus having a plurality of coils is proposed. These are distributed over a large area and are arranged in particular next to one another.
  • the coils are in the form of sectors and in particular ring sectors.
  • a ring not only a circular ring son ⁇ countries on oval or ellipsoidal rings is referred to as a ring, as well as rings that follow a polygonal shape.
  • the ring may have a hexagonal shape, preferably in the form of a regular hexagon, which may have rounded corners.
  • the ring can be defined by an outer and an inner closed line, whereby both lines are arranged concentrically to one another.
  • the area between these lines which may also be considered as the edge area of the area bounded by the outer closed lines, is the area in which conductors of the coils extend or in which windings extend.
  • the conductors or windings embrace the surface defined by the inner closed lines.
  • the latter area thus forms the coil surface.
  • the inner and outer closed ⁇ ne line have the same basic shape and can by In In this sense, a self-contained edge region of a closed surface can be considered as the ring, the circumference of which represents a self-contained curve.
  • the Randbe may have along its circumferential course a constant te or varying thickness ⁇ rich.
  • the edge region may in particular have one, two, four or more axes of symmetry.
  • the rings are subdivided into sectors (or angular ranges). These are preferably pre-configured for all the rings or along the same ring with egg ⁇ ner constant length or arc length.
  • the Win ⁇ kelber oak or the arc length of which the angular interval, which sweep the sectors each of which may be constant or may be the outer edge of FremdMecher conductedsvorrich- tung increase toward (or decrease).
  • Several coils follow each other in the direction of rotation.
  • several coils follow in perpendicular thereto (ie, the outer edge of Fremd Economicserfas ⁇ sungsvorraum towards) one another.
  • the coils may be aligned with each other at the same angle to the outer edge of the foreign object detecting device, or may be angularly offset from each other (ie, in the circumferential direction).
  • the coils are arranged along several concentric rings.
  • the coils can be arranged next to one another and form groups lying in one another. In such a group, at least one coil is located within a coil that surrounds it. In particular, lying several coils within a coil.
  • the coils lying inside are arranged side by side on and, the inner surface of the coil that takes up this ⁇ to, completely cover, in essence, for example, apart from gaps in which extend connection lines to the inner coils. In other words, you can n
  • one or preferably several ⁇ re coil surfaces further (inner) coil be disposed.
  • This allows the coarse position detection by means of the coil, which surrounds the at least one inner coil, while the inner coils, the position within the encompassing coil with in comparison to fine ⁇ ren local resolution.
  • the coils preferably have sensitivities which correspond to one another (except for a predefined tolerance range). This can apply to all coils of the foreign-body detection device, and this is preferably true only for one sub-group or for a plurality of sub-groups of coils. Particularly, in a radial field strength profile sensing device located coils different Sensiti ⁇ v relieveen may be different near to the outer edge of the FremdMecher- have while coils which have the same distance to the outer edge, have the same sensitivity and thus - apart from a predefined tolerance range - do not deviate from each other, , In other words, coils that rest on the same ring are essentially the same
  • Sensitivity may have the same sensitivity.
  • the sensitivities of coils can be different rings (ie, different distances to the outer edge) differ, such as to take into account a radial field strength course and to compensate for an outwardly decreasing field with increasing sensitivity to the outside at least partially.
  • the plurality of coils in at least one subgroup of coils may be divided (ie, have a sub-group on ⁇ or be divided into several sub-groups), wherein the coils of the same subset have sensitivities that differ by more than a predetermined tolerance range of each other.
  • these subgroups correspond to coils that are on the same ring, or otherwise, as described above, that are geometrically grouped.
  • the division into subgroups may be a geometric grouping, such as a grouping along the direction of rotation of the foreign body detection device or perpendicular thereto.
  • the coils of the same subgroup are arranged approximately along the direction of rotation.
  • the coils of the same subgroup may be arranged perpendicular to the circulating direction, for example along a straight line passing through the center of the foreign body detection device.
  • the foregoing provides a way to geometrically group the coils into subgroups with certain properties (sensitivity).
  • the orientation of the coils is preferably unaffected thereby; Rather, the coils (or the major axes of the coil surfaces) are preferably aligned along the rings (in the direction of rotation).
  • the normals of the coil surfaces are parallel to each other and preferably have substantially the same direction.
  • Another aspect is the targeted adjustment or Substituted ⁇ staltung the sensitivities of the coils.
  • sensitivity as the ratio of the signal level of the of the coil he testified ⁇ (and possibly also conditioned signal) is used for field strength of the field considered that (through the coils ie
  • sensitivities are therefore defined, for example, by the respective inductance of the coils.
  • the sensitivities result from the number of turns, the (effective) coil cross-section, the coil length, the (effective) magnetic permeability or the shape of the coil.
  • the signal generated by the coils can be conditioned, i. by damping or amplification. This treatment has an influence on the
  • the sensitivity can therefore be influenced by a post-coil matching circuit or level adjusting device such as an amplifier or a voltage divider.
  • the attenuation or amplification may be fixed, or may be variable, for example in order to adapt the foreign body detection device to a specific application (vehicle, transmission coil, underground) individually or in a type-specific manner.
  • Factors equal to, greater than, or less than one are referred to as the gain, with gains less than unity acting as the attenuation.
  • the term amplification factor therefore, the amount of the transfer function (for a specific Sendefre ⁇ frequency) can be used.
  • the damping can also be inside a resonance circuit can be realized so that the quality of the resonant circuit can be set or determined with the Dämp ⁇ tion.
  • the sensitivity of the respective coil may be defined or influenced by a respective detuning of resonant circuits, which are formed in part by the coils, from a predetermined resonant frequency. In this case, the respective coil forms a resonant circuit with a capacitance.
  • the sensitivity is dependent on the degree of deviation of the resonant frequency of the resonant circuit and the frequency of the alternating magnetic field ⁇ , with which the foreign body detection device (or their coils) is excited.
  • This can be specifically detuned (ie a high degree of deviation can be set) to set the sensitivity lower than comparable resonant circuits having a lower degree of deviation.
  • the detuning can be predefined or can be variable, for example by adding or removing an inductance or a capacitance from the resonant circuit .
  • the quality of the resonant circuit (and thus the sensitivity) can be influenced by a fixed or variable resistor, for which purpose a matching circuit for damping as described above can be used for this purpose.
  • the sensitivity can be specifically enced impressive ⁇ .
  • an adjustment device connected to the respective coil can be used. This is established, the inductance of the coil (and thus and also the attenuation or quality) to vary the amplification factor or the detuning ⁇ basis of a setting signal. This adjustable possibility of influencing the sensitivities _
  • the coils allow calibration or adaptation to different types of vehicles, charging stations or even to different, individual vehicles or charging ⁇ stations.
  • the adjusting device is in particular a controllable switching element. This can be connected to taps and / or terminals of the respective coil.
  • the adjusting device may be a variable resistor series or parallel with which, in particular, the quality can be adjusted ei ⁇ nes resonant circuit within which the loading pertinent coil is connected.
  • the Einsteil ⁇ device may be an amplifier with adjustable gain and / or may be an attenuator with adjustable damping factor, such as a voltage divider.
  • the adjusting device can be a controllable switchable or separable inductor or capacitor.
  • the Einsteil ⁇ device has a signal input and is designed as described above to adjust the sensitivity according to the signal at the signal input of the coil in question. As already noted, the sensitivity can be adjusted by changing the coil's own properties (such as
  • the foreign object detecting device has a level adjusting device.
  • This may include active or passive attenuators and / or amplifiers.
  • the attenuators and / or amplifiers have an input connected to the respective coils.
  • the Pegelanpas ⁇ sungs Rantenuators and / or amplifiers
  • the components are insbeson ⁇ particular capacitors nanz Vietnamese form a resonance with the coils respectively.
  • components are provided as resistors which form resonant damping elements with the coils.
  • components in the form of realized in the level adjusting device discrete inductances can be present. These can as start fitting elements be for the inductance of the coil out forms ⁇ .
  • the foreign body detection device has an evaluation circuit. This is in connection with the coils or is connected to these.
  • the evaluation scarf ⁇ tion is set to detect deviations that originate from foreign bodies in the signals.
  • the evaluation circuit has a comparator. This is arranged to compare the signals of the coils with each other to compare the signals of the coils with signals from the reference coil, or another signal source, and / or is adapted to the signals of the coils with pre ⁇ given reference values (ie, a reference value or a vector with a plurality of such reference values).
  • the comparison result corresponds, for example, to a magnitude of the deviation, which in turn reflects the presence or the size and possibly also the location of the foreign object.
  • the comparator may have multiple signal inputs. These are attached to the coils of the at least one subgroup. concluded.
  • the comparator may further comprise at least one reference input adapted to receive a reference value or a reference vector.
  • the comparator is in particular designed to detect a deviation between the signal at the signal inputs on the one hand and the reference value or the reference vector on the other hand, preferably a level difference.
  • the comparator can have several signal inputs. These are connected to the coils of at least one subgroup.
  • the comparator furthermore has a memory which is set up to store a reference value or a reference vector, in particular a reference value or a reference vector which is designed as the reference value or a reference vector as described in the preceding section.
  • the comparator is further arranged to detect a deviation between the signal at the signal inputs on the one hand and the reference value or the reference vector on the other hand, in particular a value difference (i.e., a level difference).
  • the comparator can more signal inputs aufwei ⁇ sen, which are connected to different coils of the same subgroup.
  • the comparator is set up to detect a deviation between the signals of the different coils.
  • the sensitivities of the coils of the sub-group except for a deviation within a pre give ⁇ NEN tolerance range) the same.
  • the comparator may have multiple groups of these multiple signal inputs.
  • a multiplexer may be provided which connects a plurality of coils to the comparator (in particular to the same signal input of the comparator) by multiplexing.
  • a plurality of multiplexers may be provided over which the comparator is connected to the coils so as to allow two comparison channels.
  • the foreign object detection device may further comprise false signal generators. This is in particular downstream of the comparator. As a result, the false signal generator can evaluate the result of the comparator, ie the deviation can evaluate whether or where a foreign body is present and how large it is (or how much it affects the wireless energy transmission or represents a hazard). When there is a deviation above a predetermined value, an error signal is generated by the false signal generator. This again indicates that a deviation occurs which is above the predetermined value. Alternatively or in combination herewith, the error signal for which the fault signal generator is set up can reproduce the magnitude of the deviation or a maximum of the deviation.
  • the error signal can reflect, whose signal (s) deviates by more than the predetermined value (vary) an ID Case ⁇ onsinformation or location of that coil (or coils).
  • a coil can be identified by a number which is assigned to only one coil within the foreign body detection device .
  • the error signal may reproduce identification information or a location of a subset of coils from which the signal originates with the signal deviating by more than the predetermined value.
  • a power inductive charging device for charging inductively chargeable motor vehicles is described. This power inductive charging device comprises at least one foreign object detection device as described herein.
  • the power inductive charging device further includes a power coil assembly.
  • the foreign object detecting device and the power inductive charging device are stacked.
  • the power inductive charging apparatus is preferably a stationary power inductive charging, but may also be a vehicle-mounted power inductive charging, the power coil assembly is configured for receiving energy and transfers the foreign body detection device ⁇ .
  • the sensitivities of the coils may be made or adjusted such that coils of a subgroup (such as coils located on the same ring) have the same sensitivities and thus to a transmit coil (ie, power coil assembly) having a shape such as that shown in FIG Ring shape corresponds to the coils of a subgroup deliver approximately the same signal level ⁇ chen, if no foreign matter is present.
  • the foreign body changes the field, so that along the rings no longer a substantially constant field strength
  • ⁇ seeks that the field strength varies with the location. This is particularly the case with coils which are arranged differently na ⁇ he at the outer edge of all the coils or the foreign body detection device ⁇ (that are located at different radial positions).
  • the field strength decreases with increasing distance from the center of the field (ie in the radial direction).
  • This location-dependent variance and, in general, all variances of the field strength which are location-dependent can be at least partially compensated for by appropriate realization or adjustment of the sensitivities.
  • the coils have sensitivities that have a location-dependent variance. These sensitivities may have this variance by design or control. This will be the (at least partial) compensation allows.
  • the location-dependent variance of the sensitivities at least partially compensates for the location-dependent variance of the field strength distribution. If the field intensity distribution has in other words in a direction of a location-dependent variance, reflecting a decrease (or increase) the field strength ent ⁇ long this direction, the location-dependent variation of the field strength distribution is an increase (or decrease) again.
  • the strength of the change of the sensitivity in one direction in general: a location-dependent), the amount of change of the field strength corresponding to this can überkompensie ⁇ reindeer, or may be smaller and thereby compensate only in part.
  • the foreign body detection device may be configured with a substrate and the plurality of coils, wherein the coils are formed by at least one structured conductive layer, which is supported by the substrate.
  • the foreign object detection device may be substrate-based.
  • the substrate may be flexible or rigid.
  • the at least one structured, conductive layer may be formed as a metal layer ⁇ forms.
  • the at least one structured, conductive layer can form one or more conductor tracks.
  • the at least one layer is preferably structured to ⁇ hand of recesses which extend through the entire thickness of the respective layer. The recesses are milled, etched, punched or laser ablation generated Aus ⁇ recesses.
  • the conductive, structured, structured may be formed as a metal layer ⁇ forms.
  • the at least one structured, conductive layer can form one or more conductor tracks.
  • the at least one layer is preferably structured to ⁇ hand of recesses which extend through the entire thickness of the respective layer. The recesses are milled, etched, punched or laser ablation generated Aus ⁇ recesses.
  • the conductive, structured may be formed as a metal layer ⁇ forms.
  • Layer is a primed layer, such as a printed or sintered layer.
  • cover layer preferably made of an electrically insulating material, wherein the cover layer is disposed over the at least one structured conductive layer to cover these.
  • the at least one patterned conductive layer is partially stabilized or fully embedded in the substrate. Furthermore, the structured, conductive layer can be fastened to the substrate, for example by means of an adhesive bond.
  • the foreign object detection device may further comprise a circuit and / or components.
  • the circuit and / or components may include the adjuster, level adjuster, comparator, evaluator, error signal generator, or other circuitry or components described herein (such as the capacitors, inductors, switches, attenuators, amplifiers, etc. described herein). ) realize the circuit and / or components.
  • the circuit and / or components may include the adjuster, level adjuster, comparator, evaluator, error signal generator, or other circuitry or components described herein (such as the capacitors, inductors, switches, attenuators, amplifiers, etc. described herein). ) realize
  • the circuit may comprise a level adjusting device, such as active or passive attenuators or an amplifier. believe it.
  • the level adjustment means may comprise an input that is connected to the coils, and / or wherein the components are ver ⁇ connected in parallel or in series with the coil, wherein the components condensers are especially ren that the bil ⁇ with the coils each having a resonant circuit and / or the components are resistors, which together with the coil resonance damping elements, and / or the Bauele ⁇ elements discrete inductors are formed as matching elements of the inductance values of the coils.
  • These components may be partially or completely mounted on the substrate, in or on which the coils are provided. These components may, in particular via the at least one electrically conductive, patterned layer MITEI ⁇ Nander and / or be connected to the coils.
  • the coil, or a subset of the coils may be arranged commisei ⁇ Nander and having a coil surface, which extends along the substrate.
  • the power inductive charging device may include at least one substrate-based foreign object detection device as described herein.
  • the power inductive charging device may further include a power coil assembly along which all or a part of the plurality of coils of the substrate-based foreign object detection device extends.
  • a filter may be provided which is connected downstream of the coils.
  • the filter may be provided before or within the adjustment device or the adjustment device.
  • the filter is frequency selective, is in particular a low pass, a high pass or a
  • the bandpass can be in the form of a resonant circuit be formed, in particular in the form of an LC resonant circuit, in which the coil, the inductance L of the resonant circuit bil ⁇ det.
  • the coils downstream filter can be used, which are designed as analog and / or digital filter.
  • the passband located in the special ⁇ a predetermined frequency corresponding to the frequency of the alternating field, for the detection thereof the coils are directed ⁇ a.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a dung OF INVENTION ⁇ contemporary foreign body detecting device. Detailed description of the drawing
  • Figure 1 is a schematic plan view of a dung OF INVENTION ⁇ contemporary foreign object detection apparatus in which within a circular shape (represented by the circumferential line 100) a number of coils 114 through the at least one patterned conductive layer are formed.
  • the circuit 170 may be an adjustment device as described herein.
  • the circuit 170 may comprise or consist of at least one of the following components: A controllable switching element, which is in particular connected to Anzapfun ⁇ conditions of the respective coil, a preferably variable variable series or parallel resistor, an amplifier preferably with adjustable amplification factor, an attenuator preferably with adjustable damping factor, such as a voltage divider, and / or an inductance or Ka capacity, which is particularly controllable switchable or separable.
  • a controllable switching element which is in particular connected to Anzapfun ⁇ conditions of the respective coil
  • a preferably variable variable series or parallel resistor an amplifier preferably with adjustable amplification factor
  • an attenuator preferably with adjustable damping factor, such as a voltage divider, and / or an inductance or Ka capacity, which is particularly controllable switchable or separable.
  • the circuit 170 may include or consist of a level adjusting device as described herein.
  • the level adjusting device may comprise at least one active or passive attenuator or at least one amplifier. These may have an input, which is in particular connected to the coils.
  • the level adjustment means may further comprise components which are parallel or in series strigal ⁇ tet with the coils. The components are especially the condensers ⁇ reindeer, which preferably in each case form with the coils a Reso ⁇ nanz Vietnamese.
  • the level-adjusting device may comprise components, which are in particular resistors which form resonance damping elements with the coils. Further, the components may be discrete inductors, which are formed as preferably discrete adjustment of the inductance elements ⁇ values of the coils.
  • the circuit 170 may further comprise a false signal generator, which is in particular connected downstream of the comparator.
  • the false signal generator may be configured as described herein.
  • the circuit 170 is connected to the coils 114 via interconnects, the interconnects and the coils being formed from the same conductive, structured layer.
  • the coils and the conductor tracks optionally also overall connections within the circuit or components of the circuit of the same circuit board be formed of ⁇ , in particular of the same or of under- different conductive, structured layers of the printed circuit board.
  • the coils shown in Figure 1 have the shape of circular ring segments. These are juxtaposed both in the radial direction and in the circumferential direction of the foreign body detection device of FIG.
  • the coils are arranged along nested rings.
  • the rings are shown in Figure 1 as circular rings, but the rings may also have another basic shape such as a circle, such as an oval, an ellipse, a polygon, a polygon with rounded corners, or any other shape extending through a closed line let represent.
  • there are gaps between the individual coils which are spaced apart from one another, in particular in the radial direction and / or in the circumferential direction, adjacent coils. This indirect juxtaposition makes it possible to provide conductors between the coils.
  • the coils different radi- alabstands to the center may mutually angularly ⁇ be added, such as the coil of the outermost ring and the second outermost ring or may be in the same angular range, such as the topmost coils in the plane of the second outermost and third outermost ring along which the coils are arranged.
  • the circumferential line 100 corresponds in particular to the outer edge and vice versa.
  • the coils are arranged in groups, wherein in each group the distance to the center (or to the circumferential line 100) is the same and coils of different groups have different (radial) distances.
  • coils have the same Distance to the center of the same cross-sectional area and preferably ⁇ the same shape.
  • coils of different distances to the center of the device may have the same cross-sectional area. It can be seen that the central point of the coil 114 is circular. Therefore, the coils can also have different shapes. Preferably, coils of the same (radial) distance to the center of the same geometric shape. In the figure 1, all coils that are not in the middle, essentially the same shape, namely the shape of a ring sector or concrete of a circular ring sector, and differ le ⁇ diglich in the bending radius.
  • all coils are connected to the circuit 170.
  • a plurality of circuits 170 may be arranged in the foreign body detection device and thus on the circuit board, so that all the coils are also connected to such circuits.
  • the circuit 170 serves beispielswei ⁇ se gain, attenuation or level adjustment.
  • the circuit may comprise capacitors which form resonant circuits together with the coils.
  • the resonant frequencies of the resonant circuits whose coils are shown in Figure 1 essentially the same.
  • the circuit 170 does not necessarily have to be provided outside the arrangement of the coils, but may also be located at least partially between the coils and, in particular, distributed over the circuit board which reverses the coils shown in FIG.
  • the arrangement form of the coils of the foreign-matter detection device used in FIG. 1 is a circle.
  • an oval, an ellipse or another shape may be used, such as a polygon or a polygon with rounded corners.
  • the arrangement shape of the coils of the foreign-matter detection device 114 is substantially the same as the shape of the power coil unit if the foreign-body detection device is combined with such a power coil arrangement.
  • the coils are shown as groups whose shape corresponds to the overall shape (circle or ring shape) of the foreign object detection device. Since the dargestell ⁇ te in Figure 1 basic shape is a circle, there are individual coils as annular sectors with different radial distance to the center. Instead, ring sectors can generally also be used, or coils which are not arranged radially but are arranged rectangularly relative to one another, for example in the form of polygons, rectangles, hexagons or squares, which are strung together in one direction, in particular in two mutually orthogonal directions. In such an arrangement, different groups may be offset from one another to form columns or rows whose elements are offset from row to row or from column to column. Alter ⁇ natively, such coils can not be arranged offset to one another ⁇ .
  • FIG. 2 shows a foreign-matter detection device having a plurality of coils 114 arranged annularly. It is schematically shown that within the ring of coils designated by the reference numeral 114 there are also further rings within this ring, along which spools extend. The sensitivities of the coils 114 extending along the same ring are matched to one another, for example by choosing the coil geometry, by the number of coil windings or by other measures relating to the configuration of the coils. Alternatively or in combination, attenuators D, D x may be provided. These are represented either in a signal derivative of a coil, as indicated by the reference character D, or are provided within a resonant circuit, as indicated by the reference character D x .
  • the foreign-matter detection device may further include at least one capacitor, preferably for each coil, a capacitor to which the coil is connected.
  • the capacitors can be arranged directly on the coil.
  • a capacitor may be provided for each coil or preferably for a plurality of coils, for example within an adjusting device, or within a level adjusting device or an evaluation circuit.
  • between the capacitor and the coil and in particular a multiplexer may be provided, so that only after appropriate adjustment of the circuit or the multiplexer results in a resonant circuit comprising the capacitor and each selected by the switch or by the multiplexer coil.
  • the capacitor can be provided with egg nem capacitance value with which the sensitivity can be specifically realized with which the ge ⁇ desired (adjusted) yields sensitivity.
  • a filter F Downstream of the coil 114 may further be provided a filter F, which may be a low pass, a high pass, or a
  • a damping element D may be provided, in particular a resistor, a voltage divider or else an adjustable, in particular electronic, attenuator with which the sensitivity of the relevant coil can be adapted.
  • an amplifier can be provided at the point in question, with the gain of which the adaptation of the sensitivities of the coils can be achieved.
  • the foreign body detection device of FIG. 2 further comprises a first multiplexer M1 and a second multiplexer M2. Both multiplexers each comprise a multi-input interface.
  • the second multiplexer makes it possible, thus selecting from these selected by the multiplexer Ml group, a subgroup, and in particular a single ele ment ⁇ a single coil 114, the signal is considered.
  • the second multiplexer can be used for example to select the edge along which the selected subset of coils be ⁇ relationship as extending the coil in question.
  • the first multiplexer may be used to select the column while the second multiplexer M2 selects the row.
  • the multiplexer M 1 shown in FIG. 2 can also be used for angle selection.
  • the row selection while the multiplexer M2 is used for distance selection or ring selection, respectively, according to a column selection associated therewith.
  • the multiplexer Ml to select according to a first criterion may be used, while the multiplexer M2 is suitable for off ⁇ optionally a second criterion of the relevant coil.
  • the criteria used for selection are orthogonal to each other, so that when using both criteria always results in a subset of coils or in particular a single element, that is, a single coil, while the criteria for each select a group of coils.
  • a single multiplexer can be used to select a single coil or a subset of coils directly from all coils.
  • FIG. 2 also shows an evaluation circuit A, which is connected downstream of the coils 114, the components C, DD and / or F, which can be regarded as a matching circuit.
  • evaluation circuit A there is Zvi ⁇ rule evaluation circuit A and the coils or the downstream components also for adapting at least one multiplexer Ml or M2.
  • the evaluation circuit A already receives signals from
  • the evaluation circuit comprises a comparator V which evaluates the Signalpe- gel of the coil, the sensitivity is already adapted ge ⁇ genüber a reference value, or evaluates the signal level ⁇ gel comparing two coils.
  • Thedemandser ⁇ result is supplied to a comparator downstream fault V Signal generator F passed. This is adapted to generate an error signal if the result of Verglei ⁇ Chers V indicates that the levels differ by more than a threshold value ⁇ . If appropriate, this threshold value can also be changed in order to at least partially compensate for different sensitivities.
  • the comparator V may include a memory S in which a reference value or a reference sector is stored. Limit value of the refer- are signal levels of individual coils, sub-groups of coils or groups of coils in the normal operation mode again, so that the level of the comparison result represents the strength of the field embedding ⁇ pound ung by the foreign body.
  • the evaluation circuit A may be connected to the multiplexers, either directly or by having a common drive connected to both, so that the error signal output by the error generator F may include information about which coil or coils are selected by the multiplexer and abut the evaluation circuit A.

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Abstract

Es wird eine Fremdkörpererfassungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spulen (114) vorgeschlagen. Diese sind nebeneinander angeordnet. Die Spulen (114) weisen die Form von Ringsektoren auf. Mehrere Spulen folgen sowohl entlang der Umlaufrichtung der Ringsektoren als auch senkrecht hierzu aufeinander. Ferner wird eine Leistungs-Induktivladevorrichtung zur Aufladung von induktiv aufladbaren Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Die Leistungs-Induktivladevorrichtung umfasst eine Fremdkörpererfassungsvorrichtung sowie eine Leistungsspulenanordnung, auf der die Leistungs-Induktivladevorrichtung angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Fremdkörpererfassungsvorrichtung und Leistungs-Induktivlade- vorrichtung
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit Hybridantrieb oder reine Elekt- rofahrzeuge mittels stationärer Stromquellen aufzuladen, wobei dies kabelgebunden („plug in") oder durch induktive Übertragung geschehen kann. Bei induktiver Übertragung wird von einer stationären Sendespule ein Magnetwechselfeld erzeugt, welches in einer fahrzeugseitigen Empfangsspule zu induziertem Strom führt. Da zwischen der stationären Sendespule und der fahrzeugseitigen Empfangsspule üblicherweise Lücken be¬ stehen, werden auch metallische Fremdkörper in der Nähe oder auf der Sendespule mit induziertem Strom beaufschlagt. Insbe¬ sondere bei Leistungsanwendungen, bei denen mit einer Ladeleistung von typischerweise mehr als zwei Kilowatt geladen wird, führt dies zu starker Erhitzung des metallischen Fremdkörpers .
In der Druckschrift US 2010/0169062 AI wird vorgeschlagen, eine Fremdkörperdetektionsspule zu verwenden, um anhand von Veränderungen im Magnetfeld der Sendespule auf Fremdkörper schließen zu können. Hierbei wird eine Fremdobj ektdetektions- spule verwendet, die sich durch Wickeln eines Spulendrahts parallel zur Spulenebene einer Sendespule ergibt, wobei sich die ergebenden Spulenabschnitte über den gesamten Radius erstrecken. Es wurde erkannt, dass derartige Spulenabschnitte keine ausreichende Ortsgenauigkeit ermöglichen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzeigen, mit der sich Fremdkörper präziser erfassen lassen. Offenbarung der Erfindung
Es wurde erkannt, dass sich eine präzise Erfassung und Ortung eines Fremdobjekts mit einer Vielzahl flächig angeordneter Spulen realisieren lässt, die in zwei unterschiedliche Rich¬ tungen verteilt sind. Dadurch ergibt sich eine flächige Auf¬ lösung (im Sinne von Pixeln) mit Spulen als Sensorelemente, deren Ortsauflösung in keiner Richtung beschränkt ist, während der Stand der Technik nur eine Winkelauflösung, jedoch keine Abstandsauflösung (senkrecht zur Richtung der Winkelauflösung) bietet. Insbesondere können die Spulen gemäß einer Auflösung in Polarkoordinaten (d.h. Auflösung in Winkel und Abstand) verteilt sein, um so der runden bzw. kreisförmigen Geometrie von zahlreichen Primärspulen Rechnung tragen zu können.
Um den Winkel im Sinne von Polarkoordinaten zu bestimmen, sind die Spulen entlang umlaufender Linien verteilt, insbesondere im Wesentlichen entlang von Kreisen, Ovalen oder El- lipsen. Um den Abstand im Sinne von Polarkoordinaten zu bestimmen, sind die Spulen in Ringen (die ineinander liegend bzw. geschachtelt bzw. von innen nach außen aneinandergereiht sind) verteilt, insbesondere im Wesentlichen entlang von kreisförmigen, ovalen oder ellipsenförmigen Ringen. Dadurch ergibt sich eine gute zweidimensionale Auflösung. Da diese "runde" Kurvenform, entlang der die Spulen verteilt sind, ferner zahlreichen geläufigen Spulenformen von Sende- oder Primärspulen entspricht, sind keine Anpassungen aufgrund un¬ terschiedlicher Formen der Fremdkörpererfassungsvorrichtung gegenüber dem Magnetfeld der Sendespule erforderlich.
Die Ringe sind nicht notwendigerweise Kreisringe. Die Ringe können eine polygonale Grundform aufweisen, insbesondere mit abgerundeten Ecken. Es können insbesondere aneinander liegende quadratische oder rechteckige Ringe als Grundform für die gruppierte Verteilung von Spulen vorgesehen sein. Wie kreisförmige oder allgemein runde Ringe können auch Ringe in
Polygonalform in Bogenabschnitte bzw. Winkelabschnitte unter¬ teilt sein, wodurch sich Sektoren bzw. Ringsektoren ergeben. Die Wahl des Rings und die Wahl des Winkels ergeben einen be¬ stimmten Sektor, der einer Spule entspricht, bzw. entlang dem sich die Spule erstreckt. Jedem Sektor ist eine Spule zuge- ordnet, wodurch sich die flächige Auflösung (d.h. Auflösung in unterschiedlichen Richtungen) und die resultierende verbesserte Auflösung ergeben.
Es wird eine Fremdkörpererfassungsvorrichtung mit einer Viel- zahl von Spulen vorgeschlagen. Diese sind flächig verteilt und sind insbesondere nebeneinander angeordnet. Die Spulen sind in Form von Sektoren und insbesondere Ringsektoren ausgebildet. Als Ring wird hierbei nicht nur ein Kreisring son¬ dern auf ovale oder ellipsoide Ringe bezeichnet, sowie auch Ringe, die einer polygonalen Form folgen. Insbesondere kann der Ring eine sechseckige Form aufweisen, vorzugsweise in Form eines regulären Sechsecks, das abgerundete Ecken haben kann. Der Ring kann definiert werden durch eine äußere und eine innere geschlossene Linie, wobei beide Linien konzent- risch zueinander angeordnet sind. Die Fläche zwischen diesen Linien, die auch als Randbereich der Fläche betrachtet werden kann, die von der äußeren geschlossenen Linien umgrenzt wird, ist der Bereich, in dem sich Leiter der Spulen erstrecken bzw. in dem sich Wicklungen erstrecken. Die Leiter bzw. Wick- lungen umgreifen die Fläche, welche von der inneren geschlossenen Linien definiert wird. Die letztgenannte Fläche bildet somit die Spulenfläche. Die innere und die äußere geschlosse¬ ne Linie haben die gleiche Grundform und können durch In diesem Sinne kann als Ring ein in sich geschlossener Randbereich einer geschlossenen Fläche betrachtet werden, deren Umfang eine in sich geschlossene Kurve darstellt. Der Randbe¬ reich kann entlang seines umfänglichen Verlaufs eine konstan- te oder auch variierende Dicke aufweisen. Der Randbereich kann insbesondere eine, zwei, vier oder mehr Symmetrieachsen aufweisen. Zur Unterteilung in Winkelbereiche (um eine winkelabhängige Auflösung zu realisieren) sind die Ringe in Sektoren (bzw. in Winkelbereiche) unterteilt. Diese sind vor- zugsweise für alle Ringe oder entlang desselben Rings mit ei¬ ner konstanten Länge bzw. Bogenlänge ausgestaltet. Die Win¬ kelbereiche bzw. die Bogenlänge, welche das Winkelintervall, das die Sektoren jeweils überstreichen, können konstant sein oder können zum Außenrand der Fremdkörpererfassungsvorrich- tung hin zunehmen (oder auch abnehmen) . Mehrere Spulen folgen in Umlaufrichtung aufeinander. Ferner folgen mehrere Spulen in senkrecht hierzu (d.h. zum Außenrand der Fremdkörpererfas¬ sungsvorrichtung hin) aufeinander. Die Spulen können zum Außenrand der Fremdkörpererfassungsvorrichtung hin mit dem gleichen Winkel zueinander ausgerichtet sein, oder können hinsichtlich des Winkels zueinander versetzt sein (d.h. in Umlaufrichtung) . Vorzugweise sind die Spulen entlang mehrerer konzentrischer Ringe angeordnet. Die Spulen können nebeneinander angeordnet sein sowie ineinander liegende Gruppen bilden. Bei einer derartigen Gruppe liegt mindestens eine Spule innerhalb einer Spule, die diese umgreift. Insbesondere liegend mehrere Spulen innerhalb einer Spule. Die innerhalb liegenden Spulen sind nebeneinander an- geordnet und können die Innenfläche der Spule, die diese um¬ greift, im Wesentlichen vollständig abdecken, beispielsweise abgesehen von Lücken, in denen Verbindungsleitungen zu den innen liegenden Spulen verlaufen. Mit anderen Worten können n
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in der Spulenfläche einer Spule eine oder vorzugsweise mehre¬ re Spulenflächen weiterer (innen liegenden) Spulen angeordnet sein. Dies ermöglicht die grobe Positionserfassung mittels der Spule, die die mindestens eine innen liegende Spule um- greift, während die innen liegenden Spulen die Position innerhalb der umgreifenden Spule mit im Vergleich hierzu feine¬ ren örtlichen Auflösung. Es können auch mehr als zwei Auflösungsebenen bestehen, indem mindestens eine Spule, die von einer weiteren Spule umgriffen wird, selbst weitere zumindest eine weitere Spule umgreift. Daher kann die mindestens eine innen liegende Spule selbst eine Spule sein, die mindestens eine weitere Spule umgreift. Spulen, die weitere Spulen um¬ greifen, können zur Schnellerfassung von Objekten verwendet werden, während die von dieser Spule umgriffenen Spulen zur näheren Positionsbestimmung innerhalb der umgreifenden Spule dienen .
Die Spulen weisen vorzugsweise Sensitivitäten auf, die (bis auf einen vordefinierten Toleranzbereich) einander entspre- chen. Dies kann für alle Spulen der Fremdkörpererfassungsvorrichtung gelten, wobei vorzugsweise dies nur für eine Untergruppe oder jeweils für mehrere Untergruppen von Spulen gilt. Insbesondere bei einem radial verlaufenden Feldstärkenverlauf können unterschiedlich nahe zum Außenrand der Fremdkörperer- fassungsvorrichtung gelegene Spulen unterschiedliche Sensiti¬ vitäten aufweisen, während Spulen, die den gleichen Abstand zum Außenrand haben, die gleiche Sensitivität haben und somit - abgesehen von einem vordefinierten Toleranzbereich - nicht voneinander abweichen. Mit anderen Worten haben Spulen, die auf dem gleichen Ring liegen, im Wesentlichen die gleiche
Sensitivität. Jedoch können auch Spulen, die auf unterschied¬ lichen Ringen liegen, die gleiche Sensitivität aufweisen. Alternativ können sich die Sensitivitäten von Spulen auf unter- schiedlichen Ringen (d.h. unterschiedlichen Abständen zum Außenrand) unterscheiden, etwa um einem radialen Feldstärkenverlauf Rechnung zu tragen und etwa ein nach außen abnehmendes Feld mit nach außen zunehmender Sensitivität zumindest teilweise zu kompensieren.
Daher kann die Vielzahl von Spulen in mindestens eine Untergruppe von Spulen unterteilt sein (d.h. eine Untergruppe auf¬ weisen oder in mehrere Untergruppen unterteilt sein) , wobei die Spulen der gleichen Untergruppe Sensitivitäten aufweisen, die nicht mehr als ein vorbestimmter Toleranzbereich voneinander abweichen. Diese Untergruppen entsprechen beispielsweise Spulen, die sich auf dem gleichen Ring befinden, oder auf andere Weise, etwa wie oben beschrieben, der geometrisch gruppiert sind.
Die Einteilung in Untergruppen kann eine geometrische Gruppierung sein, etwa ein Gruppierung entlang der Umlaufrichtung der Fremdkörpererfassungsvorrichtung oder senkrecht hierzu. Die Spulen der gleichen Untergruppe sind etwa entlang der Umlaufrichtung angeordnet. Alternativ oder in Kombination hierzu können die Spulen der gleichen Untergruppe senkrecht zu der Umlaufrichtung angeordnet sein, etwa entlang einer Geraden, die durch das Zentrum der Fremdkörpererfassungsvorrich- tung führt. Das Vorangehende stellt eine Möglichkeit dar, die Spulen geometrisch in Untergruppen mit bestimmten Eigenschaften (Sensitivität) zu gruppieren. Die Ausrichtung der Spulen ist hiervon vorzugsweise nicht betroffen; vielmehr sind die Spulen (bzw. die Hauptachsen der Spulenflächen) vorzugsweise entlang der Ringe (die in Umlaufrichtung) ausgerichtet. Die Normalen der Spulenflächen sind zueinander parallel und weisen vorzugsweise im Wesentlichen in die gleiche Richtung. Ein weiterer Aspekt ist die gezielte Anpassung bzw. Ausge¬ staltung der Sensitivitäten der Spulen. Als Sensitivität wird etwa das Verhältnis von Signalpegel des von den Spulen er¬ zeugten (und ggf zusätzlich aufbereiteten Signals) zur Feld- stärke des Feldes betrachtet, das durch die Spulen (d.h.
durch die Spulenfläche) hindurch tritt. Dies entspricht ins¬ besondere der Induktivität der Spulen, kann jedoch auch zusätzliche Einflussgrößen betreffen, die sich aus eine Signalaufbereitung ergeben, etwa Einflussgrößen Dämpfung, Verstär- kung, Güte eines Schwingkreises, in dem sich die Spule befin¬ det, und ähnliches. Die (durch die Gruppierung vorgegebenen) Sensitivitäten definieren sich daher beispielsweise durch die jeweilige Induktivität der Spulen. Hierbei ergeben sich die Sensitivitäten aus der Windungszahl, dem (effektiven) Spulen- querschnitt, der Spulenlänge, der (effektiven) magnetischen Permeabilität bzw. der Form der Spule.
Alternativ oder in Kombination hiermit kann das von den Spulen erzeugte Signal aufbereitet werden, d.h. durch Dämpfung bzw. Verstärkung. Diese Aufbereitung hat Einfluss auf die
Sensitivität. Die Sensitivität kann daher durch ein der Spule nachgeschaltete Anpassungsschaltung bzw. Pegelanpassungseinrichtung wie ein Verstärker oder ein Spannungsteiler beein- flusst werden. Hierbei kann die Dämpfung bzw. Verstärkung fest vorgegeben sein, oder kann veränderlich sein, etwa um die Fremdkörpererfassungsvorrichtung an eine bestimmte Applikation (Fahrzeug, Sendespule, Untergrund) individuell oder typspezifisch anzupassen. Als Verstärkungsfaktor werden Faktoren gleich, größer oder kleiner als eins bezeichnet, wobei bei Verstärkungsfaktoren kleiner eins als Dämpfung wirken. Anstatt des Begriffs Verstärkungsfaktor kann daher auch der Betrag der Übertragungsfunktion (für eine bestimmte Sendefre¬ quenz) herangezogen werden. Die Dämpfung kann auch innerhalb eines Resonanzkreises realisiert sein, so dass mit der Dämp¬ fung die Güte des Resonanzkreises eingestellt oder bestimmt werden kann. Alternativ oder in Kombination hiermit, kann die Sensitivität der jeweiligen Spule definiert bzw. beeinflusst werden von einer jeweilige Verstimmung von Resonanzkreisen, welche zum Teil von den Spulen gebildet werden, gegenüber einer vorbestimmten Resonanzfrequenz. Hierbei bildet die jeweilige Spule einen Resonanzkreis mit einer Kapazität. Die Sensitivität ist abhängig von dem Grad der Abweichung der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises und der Frequenz des magnetischen Wechselfel¬ des, mit der die Fremdkörpererfassungsvorrichtung (bzw. deren Spulen) angeregt wird. Hierbei kann gezielt verstimmt werden (d.h. ein hoher Grad an Abweichung eingestellt werden), um die Sensitivität geringer einzustellen als bei vergleichbaren Resonanzkreisen, die einen geringeren Grad an Abweichung aufweisen. Die Verstimmung kann fest vorgegeben sein oder kann veränderlich sein, etwa durch Hinzuschalten oder Entfernen einer Induktivität oder einer Kapazität aus dem Resonanz¬ kreis. Weiterhin kann die Güte des Resonanzkreises (und da¬ durch die Sensitivität) durch einen fest vorgegebenen oder veränderlichen Widerstand beeinflusst werden, wobei hierzu etwa eine Anpassungsschaltung zur Dämpfung wie vorangehend beschrieben verwendet werden kann.
Wie vorangehend bemerkt kann die Sensitivität gezielt beein¬ flusst werden. Hierbei kann eine mit der jeweiligen Spule verbundene Einstellvorrichtung verwendet werden. Diese ist eingerichtet, die Induktivität der Spule, den Verstärkungs¬ faktor (und somit auch die Dämpfung bzw. die Güte) oder die Verstimmung anhand eines Einstellsignals zu verändern. Diese einstellbare Möglichkeit der Beeinflussung der Sensitivitäten _
y
der Spulen ermöglicht eine Kalibrierung oder auch eine Anpassung an unterschiedliche Fahrzeugtypen, Ladestationen oder auch an unterschiedliche, individuelle Fahrzeuge oder Lade¬ stationen. Die Einsteilvorrichtung ist insbesondere ein steu- erbares Schaltelement. Dieses kann mit Anzapfungen und/oder Anschlüssen der jeweiligen Spule verbunden sein. Ferner kann die Einsteilvorrichtung ein veränderlicher Serien- oder Parallelwiderstand sein, mit dem sich insbesondere die Güte ei¬ nes Schwingkreises einstellen lässt, innerhalb dessen die be- treffende Spule angeschlossen ist. Zudem kann die Einsteil¬ vorrichtung ein Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor sein und/oder kann ein Dämpfungsglied mit einstellbarem Dämpfungsfaktor sein, etwa ein Spannungsteiler. Schließlich kann die Einsteilvorrichtung eine steuerbar zuschaltbare oder abtrennbare Induktivität oder Kapazität sein. Die Einsteil¬ vorrichtung hat einen Signaleingang und ist wie vorangehende beschrieben ausgestaltet, die Sensitivität gemäß dem Signal am Signaleingang der betreffenden Spule einzustellen. Wie bereits bemerkt kann die Sensitivität durch Ändern von Eigen- schaffen der Spule eingestellt werden (etwa durch
Hinzuschalten / Kurzschließen von Windungen) und/oder durch Einstellen von Komponenten, die an die betreffende Spule angeschlossen sind oder dieser nachgeschaltet sind, etwa Dämp¬ fungsglieder, Verstärker und anderes.
Im Weiteren sind weitere Möglichkeiten dargestellt, die Sensitivität steuerbar (insbesondere über eine elektrisches Steuersignal) einzustellen oder die Sensitivität wie hier be¬ schrieben auszugestalten. Demnach weist die Fremdkörpererfas- sungsvorrichtung eine Pegelanpassungseinrichtung auf. Diese kann aktive oder passive Dämpfungsglieder und/oder Verstärker umfassen. Die Dämpfungsglieder und/oder Verstärker weisen einen Eingang auf, der mit der jeweiligen Spulen verbunden ist. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die Pegelanpas¬ sungseinrichtung Bauelemente, die mit den Spulen parallel oder seriell verschaltet sind. Die Bauelemente sind insbeson¬ dere Kondensatoren, die mit den Spulen jeweils einen Reso- nanzkreis bilden. Alternativ oder in Kombination hierzu sind Bauelemente als Widerstände vorgesehen, die mit den Spulen Resonanzdämpfungselemente bilden. Weiterhin können Bauelemente in Form von in der Pegelanpassungseinrichtung realisierten, diskreten Induktivitäten vorliegen. Diese können als An- passungselemente für die Induktivitätswerte der Spulen ausge¬ bildet sein.
Ein weiterer Aspekt betrifft Ausführungsformen, mit denen sich die Signale der Spulen auf einfache Weise auswerten las- sen. Hierbei weist die Fremdkörpererfassungsvorrichtung eine Auswertungsschaltung auf. Diese ist mit den Spulen in Verbindung bzw. ist an diese angeschlossen. Die Auswertungsschal¬ tung ist eingerichtet, Abweichungen, welche von Fremdkörpern stammen, in den Signalen zu erkennen.
Die Auswertungsschaltung weist einen Vergleicher auf. Dieser ist eingerichtet, die Signale der Spulen untereinander zu vergleichen, die Signale der Spulen mit Signalen von Referenzspulen oder einer anderen Signalquelle zu vergleichen, und/oder ist ausgestaltet, die Signale der Spulen mit vorge¬ gebenen Referenzwerten (d.h. einem Referenzwert oder einem Vektor mit einer Vielzahl derartiger Referenzwerte) zu vergleichen. Das Vergleichsergebnis entspricht beispielsweise einer Stärke der Abweichung, welche wiederum die Präsenz oder die Größe und ggf. auch den Ort des Fremdobjekts wiedergibt.
Der Vergleicher kann mehrere Signaleingänge aufweisen. Diese sind an den Spulen der mindestens einen Untergruppe ange- schlössen. Der Vergleicher kann ferner zumindest einen Referenzeingang aufweisen, der zum Empfang eines Referenzwerts oder eines Referenzvektors eingerichtet ist. Der Vergleicher ist insbesondere eingerichtet ist, eine Abweichung zwischen dem Signal an den Signaleingängen einerseits und dem Referenzwert oder dem Referenzvektor andererseits zu ermitteln, vorzugsweise einen Pegelunterschied.
Alternativ kann der Vergleicher mehrere Signaleingänge auf- weisen. Diese sind an den Spulen der mindestens einen Untergruppe angeschlossen sind. Der Vergleicher weist hierbei ferner einen Speicher auf, der eingerichtet ist, einen Referenzwert oder einen Referenzvektor zu speichern, insbesondere ein Referenzwert oder einen Referenzvektor der wie der im voran- gehende genannten Abschnitt beschriebene Referenzwert oder einen Referenzvektor ausgebildet ist. Der Vergleicher ist ferner eingerichtet, eine Abweichung zwischen dem Signal an den Signaleingängen einerseits und dem Referenzwert oder dem Referenzvektor andererseits zu ermitteln, insbesondere eine Wertdifferenz (d.h. einen Pegelunterschied).
Weiterhin kann der Vergleicher mehrere Signaleingänge aufwei¬ sen, die an verschiedenen Spulen der gleichen Untergruppe angeschlossen sind. Der Vergleicher ist eingerichtet, eine Ab- weichung zwischen den Signalen der verschiedene Spulen zu ermitteln. Hierbei sind die Sensitivitäten der Spulen der Untergruppe (bis auf eine Abweichung innerhalb eines vorgegebe¬ nen Toleranzbereichs) gleich. Der Vergleicher kann mehrere Gruppen dieser mehreren Signaleingänge aufweisen.
Es kann ferner ein Multiplexer vorgesehen sein, der mehrere Spulen per Multiplex mit dem Vergleicher (insbesondere mit dem gleichen Signaleingang des Vergleichers) verbindet. Ins- besondere wenn Signale von Spulen miteinander verglichen werden, so können mehrere Multiplexer vorgesehen sein, über die der Vergleicher mit den Spulen verbunden ist, um so zwei Vergleichskanäle zu ermöglichen.
Die Fremdkörpererfassungsvorrichtung kann ferner Fehlsignalgenerator aufweisen. Dieser ist insbesondere dem Vergleicher nachgeschaltet. Dadurch kann der Fehlsignalgenerator das Ergebnis des Vergleichers auswerten, d.h. kann die Abweichung dahingehend auswerten, ob bzw. wo ein Fremdkörper vorliegt und wie groß dieser ist (bzw. wie stark er die kabellose Energieübertragung beeinträchtigt oder eine Gefährdung darstellt) . Bei einer über einem vorgegebenen Wert liegende Abweichung wird von dem Fehlsignalgenerator ein Fehlersignal erzeugt. Dieses gibt wieder, dass eine Abweichung auftritt, die über dem vorgegebenen Wert liegt. Alternativ oder in Kombination hiermit kann das Fehlersignal, zu dessen Abgabe der Fehlsig- nalgenerator eingerichtet ist, die Stärke der Abweichung oder ein Maximums der Abweichung wiedergeben. Alternativ oder in Kombination hiermit kann das Fehlersignal eine Identifikati¬ onsinformation oder einen Ort derjenigen Spule (oder Spulen) wiedergeben, deren Signal (e) um mehr als den vorgegebenen Wert abweicht (abweichen) . Eine Spule lässt sich beispiels¬ weise über eine Nummer identifizieren, die innerhalb der Fremdkörpererfassungsvorrichtung nur einer Spule zugeordnet ist. Ferner kann das Fehlersignal eine Identifikationsinformation oder einen Ort einer Untergruppe von Spulen wiederge- ben, von denen das Signal mit dem Signal stammt, das um mehr als den vorgegebenen Wert abweicht. Weiterhin wird eine Leistungs-Induktivladevorrichtung zur Aufladung von induktiv aufladbaren Kraftfahrzeugen beschrieben. Diese Leistungs-Induktivladevorrichtung umfasst zumindest eine Fremdkörpererfassungsvorrichtung, wie sie hier be- schrieben ist. Die Leistungs-Induktivladevorrichtung weist ferner eine Leistungsspulenanordnung auf. Entlang dieser erstrecken sich alle Spulen der Fremdkörpererfassungsvorrichtung oder ein Teil der Vielzahl der Spulen der Fremdkörpererfassungsvorrichtung. Die Fremdkörpererfassungsvorrichtung und die Leistungs-Induktivladevorrichtung sind übereinander angeordnet. Die Leistungs-Induktivladevorrichtung ist vorzugsweise eine stationäre Leistungs-Induktivladevorrichtung, kann jedoch auch eine fahrzeugseitige Leistungs-Induktivladevor- richtung sein, deren Leistungsspulenanordnung zur Aufnahme von Energie ausgestaltet ist und die Fremdkörpererfassungs¬ vorrichtung trägt.
Wie oben bemerkt, können die Sensitiväten der Spulen so geschaffen oder eingestellt sein, dass Spulen einer Untergruppe (etwa Spulen, die auf dem gleichen Ring liegen) , die gleiche Sensitiväten aufweisen und somit bei einer Sendespule (d.h. Leistungsspulenanordnung) mit einer Form, die der Ringform entspricht, die Spulen einer Untergruppe ungefähr den glei¬ chen Signalpegel liefern, wenn keine Fremdkörper vorliegt. Der Fremdkörper ändert das Feld, so dass entlang der Ringe nicht mehr eine im Wesentlichen konstante Feldstärke
herrscht, wodurch eine Abweichung unmittelbar auf den Fremdkörper zurückgeführt werden kann. Dies ermöglicht einen ein¬ fachen Vergleich, da ohne Fremdkörper gleiche Signalpegel (für Spulen entlang eines Rings) vorliegen, und der einzige
Grund für eine Abweichung von Pegeln von Spulen entlang eines Rings in der Präsenz eines Fremdkörpers besteht. Hierbei wird von im Wesentlichen konstanten Feldstärken entlang der jewei- ligen Ringe ausgegangen. Die Sensitivitäten der Spulen, die sich entlang eines Rings befinden, werden entsprechend ausge¬ staltet, um etwaige Abweichungen (ohne Präsenz eines Fremd¬ körpers) entlang des Rings zumindest teilweise zu kompensie- ren .
Eine weitere Möglichkeit ist es, eine Veränderung der Feld¬ stärke in Abhängigkeit des Orts, die sich aus den Eigenschaf¬ ten der Leistungsspulenanordnung selbst ergibt, mithilfe der Ausgestaltung oder Einstellung der Sensitivitäten zumindest teilweise zu kompensieren. Während der vorangehende Abschnitt davon ausgeht, dass sich die Feldstärke entlang eines Rings im Wesentlichen konstant bleibt, wird hierbei der Fall be¬ trachtet, dass die Feldstärke sich mit dem Ort ändert. Dies ist insbesondere der Fall bei Spulen, die unterschiedlich na¬ he am Außenrand aller Spulen bzw. der Fremdkörpererfassungs¬ vorrichtung angeordnet sind (d.h. sich an unterschiedlichen radialen Positionen befinden) . Bei einem radialen Feldverlauf (etwa wenn die Leistungs-Induktivladevorrichtung bzw. die Sendespule eine Zylinderspule ist) nimmt die Feldstärke mit zunehmendem Abstand vom Zentrum des Feldes (d.h. in radialer Richtung) ab. Diese ortsabhängige Varianz und allgemein alle Varianzen des Feldstärke, die ortsabhängig sind, können durch entsprechende Realisierung oder Einstellung der Sensitivitä- ten zumindest teilweise kompensiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Leistungsspulenanord¬ nung (oder allgemein die Sendespule) eine Feldstärkenvertei¬ lung mit einer ortsabhängigen Varianz auf, insbesondere eine radiale Varianz. Die Spulen weisen Sensitivitäten auf, die eine ortsabhängige Varianz aufweisen. Diese Sensitivitäten können durch Ausgestaltung oder Steuerung diese Varianz aufweisen. Dadurch wird die (zumindest teilweise) Kompensation ermöglicht. Die ortsabhängige Varianz der Sensitivitäten kompensiert zumindest teilweise die ortsabhängige Varianz der Feldstärkenverteilung. Wenn mit anderen Worten in einer Richtung die Feldstärkenverteilung eine ortsabhängige Varianz aufweist, die eine Abnahme (oder Zunahme) der Feldstärke ent¬ lang dieser Richtung wiedergibt, so gibt die ortsabhängige Varianz der Feldstärkenverteilung eine Zunahme (oder Abnahme) wieder. Die Stärke der Veränderung der Sensitivitäten in eine Richtung (allgemein: ortsabhängig) kann der Stärke der Verän- derung der Feldstärke entsprechen, kann diese überkompensie¬ ren, oder kann geringer sein und dadurch diese nur zum Teil kompensieren .
Durch diese Kompensation ergeben sich bei einer (ortsabhängig variierenden) Feldstärke gleiche (d.h. innerhalb eines Tole- ranzfensters liegende) Signale (direkt aus den Spulen oder nach der Anpassung bzw. Pegelanpassung), so dass ein Fremdkörper anhand einer Abweichung der Signale untereinander erkannt werden kann. Sind die Signalpegel ohne vorliegenden Fremdkörper jedoch bereits aufgrund unterschiedlicher Sensi- tivitäten oder aufgrund einer variierenden Feldstärkeverteilung unterschiedlich, kann durch einfaches Vergleichen nicht mehr ein Fremdkörper detektiert werden.
Weiterhin kann die Fremdkörpererfassungsvorrichtung mit einem Substrat und der Vielzahl von Spulen ausgestaltet sein, wobei die Spulen von mindestens einer strukturierten, leitenden Schicht gebildet werden, die von dem Substrat getragen wird. Mit anderen Worten kann die Fremdkörpererfassungsvorrichtung substratbasiert sein.
Das Substrat kann flexibel oder starr sein. Das Substrat und die mindestens eine Schicht als können eine ein- oder mehrla¬ gige Leiterplatte ausgebildet sein. Die mindestens eine strukturierte, leitende Schicht kann als Metallschicht ausge¬ bildet sein. Die mindestens eine strukturierte, leitende Schicht kann eine oder mehrere Leiterbahnen ausbilden. Die mindestens eine Schicht ist vorzugsweise strukturiert an¬ hand von Ausnehmungen, die sich durch die gesamte Dicke der jeweiligen Schicht erstrecken. Die Ausnehmungen sind gefräste, geätzte, gestanzte oder per Laserablation erzeugte Aus¬ nehmungen. Alternativ kann die leitende, strukturierte
Schicht eine urgeformte Schicht sein, etwa eine gedruckte oder gesinterte Schicht.
Es kann Abdecklage vorgesehen sein, vorzugsweise aus einem elektrisch isolierendem Material, wobei die Abdecklage über der mindestens einen strukturierten, leitenden Schicht angeordnet ist, um diese abzudecken.
Die mindestens eine strukturierte, leitende Schicht ist teil¬ weise oder vollständig in dem Substrat eingebettet. Ferner kann die strukturierte, leitende Schicht auf dem Substrat be¬ festigt sein, etwa mittels einer Klebeverbindung.
Die Fremdkörpererfassungsvorrichtung kann ferner eine Schaltung und/oder Bauelemente aufweisen. Die Schaltung und/oder die Bauelemente können die hier beschriebene Einstellvorrich- tung, Pegelanpassungsvorrichtung, den Vergleicher, die Auswerteschaltung, den Fehlersignalgenerator oder andere hier beschriebenen Schaltungsteile oder Bauelemente (wie die hier beschriebenen Kondensatoren, Induktivitäten, Schalter, Dämp- fungsglieder, Verstärker usw.) realisieren
Die Schaltung kann eine Pegelanpassungseinrichtung, etwa aktive oder passive Dämpfungsglieder oder einen Verstärker um- fassen. Die Pegelanpassungseinrichtung kann einen Eingang aufweisen, der mit den Spulen verbunden ist, und/oder wobei die Bauelemente mit den Spulen parallel oder seriell ver¬ schaltet sind, wobei die Bauelemente insbesondere Kondensato- ren sind, die mit den Spulen jeweils einen Resonanzkreis bil¬ den, und/oder die Bauelemente Widerstände sind, die mit den Spulen Resonanzdämpfungselemente bilden, und/oder die Bauele¬ mente diskrete Induktivitäten sind, die als Anpassungselemente der Induktivitätswerte der Spulen ausgebildet sind. Diese Komponenten können teilweise oder vollständig an dem Substrat montiert sein, in oder auf dem auch die Spulen vorgesehen sind. Diese Komponenten können insbesondere über die zumindest eine elektrische leitende, strukturierte Schicht mitei¬ nander und/oder mit den Spulen verbunden sein.
Die Spulen oder eine Untergruppe der Spulen können nebenei¬ nander angeordnet sein und eine Spulenflächen aufweisen, die sich entlang des Substrats erstreckt. Die Leistungs-Induktivladevorrichtung kann zumindest eine substratbasierte Fremdkörpererfassungsvorrichtung umfassen, wie sie hier beschrieben ist. Die Leistungs-Induktivlade- vorrichtung kann ferner eine Leistungsspulenanordnung aufweisen, entlang der sich alle oder ein Teil der Vielzahl der Spulen der substratbasierten Fremdkörpererfassungsvorrichtung erstreckt .
Um Störsignale abzublocken kann ein Filter vorgesehen sein, der den Spulen nachgeschaltet ist. Das Filter kann vor oder innerhalb der Einsteilvorrichtung oder der Anpassungseinrichtung vorgesehen sein. Das Filter ist frequenzselektiv, ist insbesondere ein Tiefpass, ein Hochpass oder auch ein
Bandpass. Der Bandpass kann in Form eines Schwingkreises aus- gebildet sein, insbesondere in Form eines LC-Schwingkreises , bei dem die Spule die Induktivität L des Schwingkreises bil¬ det. Alternativ können den Spulen nachgeschaltete Filter verwendet werden, die als analoger und/oder digitaler Filter ausgebildet sind. In dem Durchlassbereich befindet sich ins¬ besondere eine vorgegebene Frequenz, die der Frequenz des Wechselfeldes entspricht, zu dessen Erfassung die Spulen ein¬ gerichtet sind. Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erfin¬ dungsgemäße Fremdkörpererfassungsvorrichtung . Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine erfin¬ dungsgemäße Fremdkörpererfassungsvorrichtung, bei der innerhalb einer Kreisform (dargestellt durch die Umfangslinie 100) zahlreiche Spulen 114 durch die zumindest eine strukturierte, leitende Schicht ausgebildet sind. Eine symbolisch darge¬ stellte Schaltung 170 ist, wie mit den gestrichelten Linien dargestellt, mit den einzelnen Spulen 114 verbunden. Die Schaltung 170 kann eine Einsteilvorrichtung sein, wie sie hier beschrieben ist. Die Schaltung 170 kann zumindest eine der folgenden Komponenten umfassen oder aus diesen bestehen: Ein steuerbares Schaltelement, das insbesondere mit Anzapfun¬ gen der jeweiligen Spule verbunden ist, ein vorzugsweise ver- änderlicher Serien- oder Parallelwiderstand, ein Verstärker vorzugsweise mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, ein Dämpfungsglied vorzugsweise mit einstellbarem Dämpfungsfaktor, etwa ein Spannungsteiler, und/oder eine Induktivität oder Ka- pazität, die insbesondere steuerbar zuschaltbar oder abtrennbar ist.
Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Schaltung 170 eine wie hier beschriebene Pegelanpassungseinrichtung umfassen oder aus dieser bestehen. Die Pegelanpassungseinrichtung kann zumindest ein aktives oder passives Dämpfungsglied oder zumindest einen Verstärker aufweist. Diese können einen Eingang aufweisen, der insbesondere mit den Spulen verbunden ist. Die Pegelanpassungseinrichtung kann ferner Bauelemente aufweisen, die mit den Spulen parallel oder seriell verschal¬ tet sind. Die die Bauelemente sind insbesondere Kondensato¬ ren, welche vorzugsweise mit den Spulen jeweils einen Reso¬ nanzkreis bilden. Ferner kann die Pegelanpassungseinrichtung Bauelemente umfassen, welche insbesondere Widerstände sind, die mit den Spulen Resonanzdämpfungselemente bilden. Ferner können die Bauelemente diskrete Induktivitäten sein, die als vorzugsweise diskrete Anpassungselemente der Induktivitäts¬ werte der Spulen ausgebildet sind.
Die Schaltung 170 kann ferner einen Fehlsignalgenerator aufweisen, der insbesondere dem Vergleicher nachgeschaltet ist. Der Fehlsignalgenerator kann wie hierin beschrieben ausgestaltet sein.
Die Schaltung 170 ist insbesondere über Leiterbahnen mit den Spulen 114 verbunden, wobei die Leiterbahnen und die Spulen aus der gleichen leitenden, strukturierten Schicht ausgebildet sind. Ferner können die Spulen und die Leiterbahnen, ge- gebenenfalls auch Verbindungen innerhalb der Schaltung oder Bauelemente der Schaltung von der gleichen Leiterplatte aus¬ gebildet sein, insbesondere von der gleichen oder von unter- schiedlichen leitenden, strukturierten Schichten der Leiterplatte .
Die in Figur 1 dargestellten Spulen haben die Form von Kreis- ringsegmenten . Diese sind sowohl in Radialrichtung als in Um- fangsrichtung der Fremdkörpererfassungsvorrichtung der Figur 1 aneinandergereiht. Die Spulen sind entlang von ineinander liegenden Ringen angeordnet. Die Ringe sind in der Figur 1 als Kreisringe dargestellt, jedoch können die Ringe auch eine andere Grundform wie ein Kreis aufweisen, etwa ein Oval, eine Ellipse, ein Polygon, ein Polygon mit abgerundeten Ecken oder jeder andere Form, die sich durch eine geschlossene Linie darstellen lässt. Wie dargestellt, befinden sich Lücken zwischen den einzelnen Spulen, die insbesondere in radialer Richtung und/oder in Um- fangsrichtung benachbarte Spulen zueinander beabstanden. Diese mittelbare Aneinanderreihung ermöglicht es, zwischen den Spulen Leiter vorzusehen. Die Spulen unterschiedlichen Radi- alabstands zur Mitte (bzw. unterschiedlichen Abstands zur Um- fangslinie der Fremdkörpererfassungvorrichtung, die Umfangs- linie, die die Spulen 114 umgreift) können zueinander winkel¬ versetzt sein, wie beispielsweise die Spulen des äußersten Rings und des zweitäußersten Rings oder können sich im glei- chen Winkelbereich befinden, etwa wie die in der Zeichenebene obersten Spulen des zweitäußersten und drittäußersten Rings, entlang dem die Spulen angeordnet sind. Die Umfangslinie 100 entspricht insbesondere dem Außenrand und umgekehrt. Die Spulen sind in Gruppen angeordnet, wobei in jeder Gruppe der Abstand zur Mitte (bzw. zur Umfangslinie 100) gleich ist und Spulen unterschiedlicher Gruppen unterschiedliche (Radial-) abstände aufweisen. Insbesondere haben Spulen gleichen Abstands zur Mitte die gleiche Querschnittfläche und vorzugs¬ weise auch die gleich Form. Ferner können Spulen unterschiedlicher Abstände zur Mitte der Vorrichtung die gleiche Querschnittfläche aufweisen. Es ist zu erkennen, dass die am Mit- telpunkt gelegene Spule 114 kreisförmig ist. Daher können die Spulen auch unterschiedliche Formen aufweisen. Vorzugsweise weisen Spulen des gleichen (Radial- ) abstands zur Mitte die gleich geometrische Form auf. In der Figur 1 weisen alle Spulen, die sich nicht in der Mitte befinden, im Wesentlichen die gleiche Form auf, nämlich die Form eines Ringsektors oder konkreter eines Kreisringsektors, und unterscheiden sich le¬ diglich im Biegeradius.
Vorzugsweise sind alle Spulen mit der Schaltung 170 verbun- den. Ferner können mehrere Schaltungen 170 in der Fremdkörpererfassungsvorrichtung und somit auf der Leiterplatte ange¬ ordnet sein, so dass alle Spulen auch an derartige Schaltungen angeschlossen sind. Die Schaltung 170 dient beispielswei¬ se der Verstärkung, der Dämpfung oder auch Pegelanpassung. Ferner kann die Schaltung Kondensatoren aufweisen, die zusammen mit den Spulen Resonanzkreise bilden.
Im letztgenannten Fall sind die Resonanzfrequenzen der Resonanzkreise deren Spulen in Figur 1 dargestellt sind, im We- sentlichen gleich. Die Schaltung 170 muss nicht notwendigerweise außerhalb der Anordnung der Spulen vorgesehen sein, sondern kann auch sich zumindest teilweise zwischen den Spulen befinden und für insbesondere auch über die Leiterplatte verteilt sein, welche die in Figur 1 dargestellten Spulen wi- dergibt.
In Figur 1 sind lediglich die Umrisse der Spulen dargestellt; lediglich Zuleitungen sind beispielhaft mit gestrichelter Li- nie am oberen linken Rand dargestellt. Die in Figur 1 verwendete Anordnungsform der Spulen der Fremdkörpererfassungsvorrichtung ist ein Kreis. Alternativ zu dieser Ausprägung kann auch ein Oval, eine Ellipse oder eine andere Form verwendet werden, etwa ein Polygon oder auch ein Polygon mit gerundeten Ecken. Insbesondere ist die Anordnungsform der Spulen der Fremdkörpererfassungsvorrichtung 114 im Wesentlichen gleich der Form der Leistungsspuleneinheit, falls die Fremdkörperer¬ fassungsvorrichtung mit einer derartigen Leistungsspulenan- Ordnung kombiniert ist.
In der Figur 1 sind die Spulen als Gruppen dargestellt, deren Form der Gesamtform (Kreis- bzw. Ringform) der Fremdkörpererfassungsvorrichtung entspricht. Da die in Figur 1 dargestell¬ te Grundform ein Kreis ist, ergeben sich einzelne Spulen als Kreisringsektoren mit unterschiedlichem Radialabstand zur Mitte. Stattdessen können auch allgemein Ringsektoren verwendet werden oder auch nicht radial sondern zueinander rechteckig angeordnete Spulen, etwa in Form von Polygonen, Rechtecken, Sechsecken oder Quadraten, welche in einer Richtung, insbesondere in zwei zueinander orthogonalen Richtungen, aneinandergereiht sind. Bei einer derartigen Anordnung können verschiedene Gruppen zueinander versetzt sein, so dass sich Spalten oder Reihen ergeben, deren Elemente von Reihe zu Reihe oder von Spalte zu Spalte zueinander versetzt sind. Alter¬ nativ können derartige Spulen nicht zueinander versetzt ange¬ ordnet sein.
Die Figur 2 zeigt eine Fremdkörpererfassungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spulen 114, welche ringförmig angeordnet sind. Es ist schematisch dargestellt, dass innerhalb des mit dem Bezugszeichen 114 gekennzeichneten Rings von Spulen auch weitere Ringe innerhalb dieses Rings bestehen, entlang denen sich Spulen erstrecken. Die Sensibilitäten der Spulen 114, die sich entlang des gleichen Ringes erstrecken, sind aneinander angepasst, etwa durch Wahl der Spulengeometrie, durch die Anzahl der Spulenwicklungen oder durch andere Maßnahmen, die die Ausgestaltung der Spulen betrifft. Alternativ oder in Kombination hierzu können Dämpfungsglieder D, Dx vorgesehen sein. Diese sind entweder in einer Signalableitung einer Spule dargestellt, wie mit dem Bezugszeichen D gekennzeichnet ist, oder sind innerhalb eines Resonanzkreises vorgesehen, wie es mit dem Bezugszeichen Dx dargestellt ist. Daher kann die Fremdkörpererfassungsvorrichtung ferner zumindest einen Kondensator aufweisen, vorzugsweise für jede Spule einen Kondensator, mit dem die Spule verbunden ist. Die Kondensatoren können hierbei direkt an der Spule angeordnet sein. Alterna- tiv kann für jede Spule oder vorzugsweise für mehrere Spulen ein Kondensator vorgesehen sein, etwa innerhalb einer Ein- stellvorrichtung, oder innerhalb einer Pegelanpassungseinrichtung oder einer Auswertungsschaltung. Insbesondere kann zwischen dem Kondensator und der Spule und insbesondere ein Multiplexer vorgesehen sein, so dass sich erst nach entsprechender Einstellung des Schaltkreises beziehungsweise des Multiplexers ein Schwingkreis ergibt, der den Kondensator und die jeweils durch den Schalter oder durch den Multiplexer ausgewählte Spule umfasst. Zudem kann der Kondensator mit ei- nem Kapazitätswert vorgesehen sein, mit dem sich die Sensiti- vität gezielt realisieren lässt, mit welcher sich die ge¬ wünschte (angepasste) Sensitivität ergibt.
Der Spule 114 nachgeschaltet kann ferner ein Filter F vorge- sehen sein, der etwa als Tiefpass, ein Hochpass oder als
Bandpass ausgestaltet ist. Hierbei liegt entweder die Reso¬ nanzfrequenz des Resonanzkreises (umfassend die betreffende Spule und den Kondensator) um Durchlassbereich des Filters, oder die Frequenz des Wechselfeldes, welches zur Anregung der Fremdkörpererfassungsvorrichtung vorgesehen ist, liegt in dem Durchlassbereich . Schließlich kann ein Dämpfungselement D vorgesehen sein, insbesondere ein Widerstand, ein Spannungsteiler oder auch ein einstellbares insbesondere elektronisches Dämpfungsglied, mit dem sich die Sensitivität der betreffenden Spule anpassen lässt. Anstatt oder in Kombination mit einem Dämpfungsglied D kann an der betreffenden Stelle ein Verstärker vorgesehen sein, mit dessen Verstärkungsfaktor sich die Anpassung der Sensitivitäten der Spulen erreichen lässt.
Die Fremdkörpererfassungseinrichtung der Figur 2 umfasst fer- ner einen ersten Multiplexer Ml und einen zweiten Multiplexer M2. Beide Multiplexer umfassen jeweils eine Schnittstelle mit mehreren Eingängen. Durch Auswahl eines Eingangs wählt der erste Multiplexer Ml eine erste Gruppe aller Spulen, insbe¬ sondere alle Spulen, die in dem gleichen Winkelbereich liegen oder die auf andere Weise gruppiert sind, insbesondere gemäß einer geometrischen Eigenschaft. Der zweite Multiplexer ermöglicht es, aus dieser von dem Multiplexer Ml ausgewählten Gruppe eine Untergruppe und insbesondere ein einzelnes Ele¬ ment und somit eine einzelne Spule 114 auszuwählen, deren Signal betrachtet wird. Hierbei kann der zweite Multiplexer beispielsweise verwendet werden, um den Rand auszuwählen, entlang dem sich die ausgewählte Untergruppe von Spulen be¬ ziehungsweise die betreffende Spule erstreckt. Bei anderen Spulenanordnungen, etwa gemäß einem kartesischen Koordinaten- System, kann der erste Multiplexer dazu dienen, die Spalte auszuwählen, während der zweite Multiplexer M2 die Zeile auswählt. In diesem Sinne kann auch der in Figur 2 dargestellte Multiplexer Ml zur Winkelauswahl verwendet werden, entspre- chend der Zeilenauswahl, während der Multiplexer M2 zur Abstandsauswahl beziehungsweise Ringauswahl verwendet wird, entsprechend einer hiermit verknüpften Spaltenauswahl. Somit kann der Multiplexer Ml zur Auswahl gemäß eines ersten Krite- riums verwendet werden, während der Multiplexer M2 zur Aus¬ wahl eines zweiten Kriteriums der betreffenden Spule geeignet ist. Die zur Auswahl verwendeten Kriterien sind orthogonal zueinander, so dass sich bei der Anwendung beider Kriterien immer eine Untergruppe von Spulen oder insbesondere ein ein- zelnes Element, das heißt eine einzelne Spule ergibt, während die Kriterien für sich jeweils eine Gruppe der Spulen auswählen. Anstatt miteinander derart verschachtelte Multiplexer Ml und M2 zu verwenden, kann auch ein einzelner Multiplexer verwendet werden, mit dem sich eine einzelne Spule oder eine Un- tergruppe von Spulen direkt aus allen Spulen wählen lässt.
In der Figur 2 ist ferner eine Auswertungsschaltung A dargestellt, welche den Spulen 114, den Komponenten C, D D und/oder F, welche als Anpassungsschaltung betrachtet werden können, nachgeschaltet ist. Insbesondere befindet sich zwi¬ schen der Auswertungsschaltung A und den Spulen beziehungsweise den ebenfalls nachgeschalteten Komponenten zur Anpassung zumindest einen Multiplexer Ml oder M2. Die Auswertungsschaltung A erhält bereits Signale, die von
Spulen stammen, deren Sensitivität bereits angepasst ist. Al¬ ternativ kann in der Auswertungsschaltung eine Anpassung, ebenfalls auch zusätzlich, vorgenommen werden. Die Auswertungsschaltung umfasst einen Vergleicher V, der den Signalpe- gel der Spule, deren Sensitivität bereits angepasst ist, ge¬ genüber einem Referenzwert auswertet, oder der den Signalpe¬ gel zweier Spulen vergleichend auswertet. Das Vergleichser¬ gebnis wird an einen dem Vergleicher V nachgeschaltetem Feh- lersignalgenerator F weitergegeben. Dieser ist eingerichtet, ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn das Ergebnis des Verglei¬ chers V angibt, dass die Pegel um mehr als einen Schwellen¬ wert voneinander abweichen. Gegebenenfalls kann auch dieser Schwellenwert verändert werden, um unterschiedliche Sensiti- vitäten zumindest teilweise zu kompensieren.
Der Vergleicher V kann einen Speicher S umfassen, in dem ein Referenzwert oder ein Referenzsektor abgelegt ist. Der Refe- renzwert gibt Signalpegel einzelner Spulen, Untergruppen von Spulen oder Gruppen von Spulen im Normbetrieb wieder, so dass die Höhe des Vergleichsergebnisses die Stärke der Feldbeein¬ flussung durch den Fremdkörper wiedergibt. Die Auswertungsschaltung A kann mit den Multiplexern verbunden sein, entwe- der direkt oder dadurch, dass eine gemeinsame Ansteuerung mit beiden verbunden ist, so dass die das von dem Fehlergenerator F abgegebene Fehlersignal eine Information darüber umfassen kann, welche Spule oder Spulen vom Multiplexer ausgewählt sind und an der Auswertungsschaltung A anliegen.
Bezugs zeichenliste
100 Umfangslinie
114 Spulen
170 Schaltung
A Auswertungsschaltung
C Kondensator
D, D' Dämpfungsglied innerhalb eines Resonanzkreises oder den Spulen nachgeschaltet
F Filter
FG Fehlersignalgenerator
Ml, M2 erster, zweiter Multiplexer
S Speicher innerhalb Vergleicher V
V Vergleicher

Claims

Patentansprüche
Fremdkörpererfassungsvorrichtung mit einer Vielzahl von Spulen (114), die nebeneinander angeordnet sind, wobei die Spulen (114) die Form von Ringsektoren aufweisen und sowohl entlang der Umlaufrichtung der Ringsektoren als auch senkrecht hierzu mehrere Spulen (114) aufeinander folgen .
Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Spulen (114) in mindestens eine Untergruppe von Spulen (114) unterteilt sind und die Spulen (114) der gleichen Untergruppe Sensitivitäten aufweisen die um nicht mehr als ein vorbestimmter Toleranzwert voneinander abweichen.
Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Spulen der gleichen Untergruppe entlang der Umlauf- richtung angeordnet sind und/oder die Spulen der gleichen Untergruppe senkrecht zu der Umlaufrichtung ange¬ ordnet sind.
Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Sensitivitäten
durch die jeweilige Induktivität der Spulen (114), durch einen jeweiligen Verstärkungsfaktor einer der Spulen nachgeschalteten Anpassungsschaltung (A) , und/oder
durch eine jeweilige Verstimmung von Resonanzkrei¬ sen (114; C) , welche zum Teil von den Spulen gebildet werden, gegenüber einer vorbestimmten Resonanzfrequenz
definiert sind.
5. Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, die ferner eine mit der jeweiligen Spule verbundenen Ein- stellvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, die In- duktivität der Spule, den Verstärkungsfaktor oder die Verstimmung anhand eines Einstellsignals zu verändern, insbesondere ein steuerbares Schaltelement, das mit An¬ zapfungen der jeweiligen Spule verbunden ist, ein veränderlicher Serien- oder Parallelwiderstand, ein Verstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, ein Dämpfungsglied mit einstellbarem Dämpfungsfaktor, etwa ein Spannungsteiler, und/oder eine steuerbar zuschaltbare oder abtrennbare Induktivität oder Kapazität.
Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, die eine Pegelanpassungseinrichtung (D) umfasst, etwa aktive oder passive Dämpfungsglieder oder Verstärker, die einen Eingang aufweisen, der mit den Spulen verbunden ist, und/oder wobei die Pegelanpassungseinrichtung (D) Bauelemente aufweist, die mit den Spulen parallel oder seriell verschaltet sind, wobei die Bauelemente insbesondere Kondensatoren sind, die mit den Spulen je¬ weils einen Resonanzkreis bilden, und/oder die Bauele¬ mente Widerstände sind, die mit den Spulen Resonanzdämp¬ fungselemente bilden, und/oder die Bauelemente diskrete Induktivitäten sind, die als Anpassungselemente der In¬ duktivitätswerte der Spulen ausgebildet sind.
Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, die ferner eine Auswertungsschaltung (A) aufweist, die mit den Spulen in Verbindung ist, wobei die Auswertungsschaltung einen Vergleicher (V) aufweist, der:
mehrere Signaleingänge aufweist, die an die Spulen (114) der mindestens einen Untergruppe angeschlos¬ sen sind, wobei der Vergleicher ferner zumindest einen Referenzeingang aufweist, der zum Empfang eines Referenzwerts oder Referenzvektors eingerichtet ist, und der Vergleicher eingerichtet ist, eine Ab¬ weichung zwischen dem Signal an den Signaleingängen einerseits und dem Referenzwert oder dem Referenz¬ vektor andererseits zu ermitteln; mehrere Signaleingänge aufweist, die an die Spulen der mindestens einen Untergruppe angeschlossen sind, wobei der Vergleicher (V) ferner einen Speicher (S) aufweist, der eingerichtet ist, einen Re¬ ferenzwert oder einen Referenzvektor zu speichern, und der Vergleicher eingerichtet ist, eine Abwei¬ chung zwischen dem Signal an den Signaleingängen einerseits und dem Referenzwert oder dem Referenz¬ vektor andererseits zu ermitteln; oder
der mehrere Signaleingänge aufweist, die an ver¬ schiedenen Spulen (114) der gleichen Untergruppe angeschlossen sind, und der Vergleicher eingerichtet ist, eine Abweichung zwischen den Signalen der verschiedene Spulen zu ermitteln.
Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, die ferner einen dem Vergleicher nachgeschalteten Fehlersig nalgenerator (FG) aufweist, der eingerichtet ist, bei einer über einem vorgegebenen Wert liegende Abweichung ein Fehlersignal zu erzeugen, das
das Auftreten einer Abweichung, die über dem vorge gebenen Wert liegt;
die Stärke der Abweichung oder eines Maximums der Abweichung und/oder
eine Identifikationsinformation oder einen Ort der jenigen Spule, deren Signal um mehr als den vorge¬ gebenen Wert abweicht,
wiedergibt .
Leistungs-Induktivladevorrichtung zur Aufladung von induktiv aufladbaren Kraftfahrzeugen, mit zumindest einer Fremdkörpererfassungsvorrichtung nach einem der vorange henden Ansprüche, wobei die Leistungs-Induktivlade- vor richtung ferner eine Leistungsspulenanordnung aufweist, entlang der sich alle oder ein Teil der Vielzahl der Spulen (114) der Fremdkörpererfassungsvorrichtung erstrecken . Leistungs-Induktivladevorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Leistungsspulenanordnung eine Feldstärkenverteilung mit einer ortsabhängigen Varianz aufweist, wobei die Spulen (114) Sensitivitäten aufweisen, die eine ortsabhängige Varianz aufweisen, wobei die ortsabhängige Va¬ rianz der Sensitivitäten die ortsabhängige Varianz der Feldstärkenverteilung zumindest teilweise kompensiert.
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