WO2020043486A1 - Vorrichtung zur ermittlung eines objektes über einer primärspule einer anordnung zur induktiven energieübertragung - Google Patents

Vorrichtung zur ermittlung eines objektes über einer primärspule einer anordnung zur induktiven energieübertragung Download PDF

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coil
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Marco Romminger
Markus Stutika
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for determining an object above a primary coil of an arrangement for inductive energy transmission with a base plate, which has the primary coil and a coil carrier arranged thereon
  • Measuring coils which is arranged above the primary coil.
  • the measuring coils are arranged in a larger number in a matrix and cover almost the entire area occupied by the primary coil. They are used to detect metallic objects located above this surface and are subjected to a current at times at which the primary coil is not energized, and the impedance of the measuring coils is determined. This has a different value if a metallic object is in a room above the primary coil than in a free room. Since the impedance of the measuring coils, in the area of which the object is located, changes more strongly, not only the presence of such an object can be recognized, but also its position within the room.
  • a device for determining an object above a primary coil of an arrangement for inductive energy transmission with a base plate which has the primary coil and a coil carrier with magnetic field measuring coils arranged thereon, which is arranged above the primary coil, and with measuring means which are designed are to detect the current through and / or the voltage at connections of the measuring coils, the voltage or the current being caused by a magnetic field generated by the primary coil.
  • the device also has comparison means which are designed to compare the measured voltages and / or currents in the at least two measuring coils with one another or with reference voltages and / or reference currents, and evaluation means which are designed to determine the presence of an object from the comparison result of the primary coil.
  • the bobbin is elastically mounted in the inventive manner.
  • the measuring coils are therefore not actively supplied with current in order to detect non-metallic objects, but the magnetic field of the primary coil induces voltages in the measuring coils which are influenced by the position of the measuring coils. Since the coil carrier is mounted elastically, the measuring coils tilt when the coil carrier is asymmetrically loaded by an object located thereon or are pressed closer to the primary coil, so that from the induced voltages an object above the primary coil lying on the coil carrier or, in the case of a living object such as a cat, sitting, can be closed. The induced voltages of the measuring coils change when the position of the measuring coils in the magnetic field of the primary coil changes.
  • the voltage drop across them can be used to infer the current flowing in the measuring coils.
  • the Spu llargely is mounted on spring elements.
  • the measuring coils are planar coils, which are printed on a film in a further development.
  • the device according to the invention has the advantage that existing measuring coils, e.g. for vehicle position detection or for the detection of metallic objects can be used by the inventive elastic mounting also for the detection of non-metallic, in particular living objects.
  • Fig. 1 shows a first schematic representation of an invent
  • Fig. 2 shows a second schematic representation of the device when loaded with an object.
  • the primary coil is installed in a housing that lies on a base plate 1. It would also be possible to move the housing within the base plate 1. Above the primary coil 2, a coil carrier 3 is elastically mounted, wherein in the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 it is arranged above the primary coil 2 by means of spring elements 5.
  • a number of measuring coils are to be formed on the coil carrier 3, which is not shown in FIGS. 1 and 2 and which can be designed, for example, as planar coils on a film.
  • An example of such planar coils is given in DE 10 2009 033 237 A1.
  • a cover 4 is provided above the coil carrier 3 and is intended to provide protection for the measuring coils on the coil carrier 3.
  • the measuring coils on the coil carrier 3 are connected via a line 15 to a control unit 10, which in turn supplies a control current to the primary coil 2 via lines 14.
  • the control unit 10 contains measuring means 11 which detect the voltages at the measuring coils or the currents flowing therein due to voltages in the measuring coils induced by the magnetic field of the primary coil 2.
  • the control unit 10 also contains comparison means, which compares the detected voltages and / or currents with expected voltages or currents and
  • evaluation means 13 which interrupts the control current to the primary coil 2 depending on the deviations of the detected voltages and / or currents from the reference values if an object 6 on the coil carrier 3 is accepted on the basis of the signals of the evaluation means 13.
  • an object 6 is placed centrally on the coil carrier 3 and, due to its weight, moves the coil carrier 3 towards the primary coil 2 against the spring force of the spring elements 5, so that the magnetic field generated by the primary coil 2, which penetrates the measuring coils on the coil carrier 3, changes, and consequently the induced voltages or the currents flowing therethrough are changed, which can be detected by the control unit 10.
  • the control unit 10 is not shown again in the illustration in FIG. 2, but should of course be present.
  • the coil carrier 3 would tilt slightly, which would also lead to different voltages in the measuring coils, possibly even making the position of the object 6 at least rough could be determined.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes (6) über einer Primärspule (2) einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit einer Bodenplatte (1), die die Primärspule (2) aufweist und einem Spulenträger (3) mit darauf angeordneten Magnetfeld-Messspulen, der oberhalb der Primärspule (2) angeordnet ist, wobei Messmittel (11), die ausgebildet sind, den Strom durch und/oder die Spannung an Anschlüssen der Messspulen zu erfassen, wobei die Spannung oder der Strom aufgrund eines durch die Primärspule (2) erzeugten Magnetfeldes verursacht ist, Vergleichsmittel (12), die ausgebildet sind, die gemessenen Spannungen und/oder Ströme in den zumindest zwei Messspulen miteinander oder mit Referenzspannungen und/oder Referenzströmen zu vergleichen, und Auswertemittel (13), die ausgebildet sind, aus dem Vergleichsergebnis das Vorhandensein eines Objektes (6) über der Primärspule (2) zu ermitteln, vorgesehen sind. In erfindungsgemäßer Weise ist der Spulenträger (3) elastisch gelagert.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes über einer Primärspule einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes über einer Primärspule einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit einer Bodenplatte, die die Primärspule aufweist und einem Spulenträger mit darauf angeordneten
Messspulen, der oberhalb der Primärspule angeordnet ist.
Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 102009033237 Al bekannt.
Bei der bekannten Vorrichtung sind die Messspulen in einer größeren Anzahl in einer Matrix angeordnet und bedecken nahezu die gesamte, durch die Primärspule eingenommene Fläche. Sie dienen der Erkennung von sich oberhalb dieser Fläche befindenden metallischen Objekten und werden zu diesem Zweck zu Zeitpunkten, zu denen die Primärspule nicht bestromt ist, mit einem Strom beaufschlagt und es wird die Impedanz der Messspulen ermittelt. Diese hat einen anderen Wert, wenn sich ein metallisches Objekt in einem Raum oberhalb der Primärspule befindet, als bei einem freien Raum. Da sich die Impedanz der Messspulen, in deren Bereich sich das Objekt befindet, stärker ändert, kann nicht nur das Vorhandensein eines solchen Objekts erkannt werden, sondern auch seine Position innerhalb des Raumes.
Allerdings kann eine solche Detektion nur stattfinden, wenn kein durch die Primärspule erzeugtes Magnetfeld die Impedanzmessung beeinflusst, wenn also die Primärspule nicht bestromt ist und außerdem ist eine aufwändige Auswertevorrichtung erforderlich, da die Messspulen aktiv bestromt werden müssen. Zudem muss für eine Detektion von Fremdobjekten mit einer ausreichenden Ortsauflösung eine flächendeckende größere Anzahl von Messspulen vorgesehen sein. Es ist die Aufgabe der Erfindung, für die Detektion eines Objektes oberhalb einer Primärspule bei einer induktiven Energieüber tragung eine Vorrichtung anzugeben, die mit wenig Aufwand und damit kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben .
Demnach ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes über einer Primärspule einer Anordnung zur induktiven Energieübertragung mit einer Bodenplatte, die die Primärspule aufweist und einem Spulenträger mit darauf ange ordneten Magnetfeld-Messspulen, der oberhalb der Primärspule angeordnet ist, sowie mit Messmitteln gebildet, die ausgebildet sind, den Strom durch und/oder die Spannung an Anschlüssen der Messspulen zu erfassen, wobei die Spannung oder der Strom aufgrund eines durch die Primärspule erzeugten Magnetfeldes verursacht ist. Die Vorrichtung weist ferner Vergleichsmittel auf, die ausgebildet sind, die gemessenen Spannungen und/oder Ströme in den zumindest zwei Messspulen miteinander oder mit Referenzspannungen und/oder Referenzströmen zu vergleichen, sowie Auswertemittel, die ausgebildet sind, aus dem Ver gleichsergebnis das Vorhandensein eines Objektes über der Primärspule zu ermitteln. Der Spulenträger ist in erfin dungsgemäßer Weise elastisch gelagert.
Die Messspulen werden also zur Erkennung von nicht-metallischen Objekten nicht aktiv bestromt, sondern das Magnetfeld der Primärspule induziert Spannungen in den Messspulen, die von der Lage der Messspulen beeinflusst sind. Da der Spulenträger elastisch gelagert ist, verkippen die Messspulen bei einer unsymmetrischen Belastung des Spulenträgers durch ein sich darauf befindendes Objekt oder werden näher zu der Primärspule gedrückt, so dass aus den induzierten Spannungen auf ein Objekt oberhalb der Primärspule, das auf dem Spulenträger liegt oder, im Falle eines lebenden Objektes wie beispielsweise einer Katze, sitzt, geschlossen werden kann. Die induzierten Spannungen der Messspulen verändern sich, wenn sich die Lage der Messspulen im Magnetfeld der Primärspule verändert .
Wenn die Messspulen mit einem Widerstand abgeschlossen sind, kann aus der daran abfallenden Spannung auf den in den Messspulen fließenden Strom geschlossen werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist der Spu lenträger auf Federelementen gelagert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Messspulen planare Spulen, die in einer weiteren Weiterbildung auf einer Folie aufgedruckt sind.
Dies erlaubt eine geringe Bauhöhe und ggf. einfache Herstellung, was beim induktiven Laden von Fahrzeugbatterien von großem Vorteil ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass bereits existierende Messspulen, die z.B. zur Fahrzeugpositionser kennung oder zur Erkennung von metallischen Objekten verwendet werden, durch die erfindungsgemäße elastische Lagerung auch zur Detektion von nicht-metallischen, insbesondere lebenden Ob jekten verwendet werden können.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen
Fig. 1 eine erste schematische Darstellung einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 eine zweite schematische Darstellung der Vorrichtung bei Belastung mit einem Objekt.
In der schematischen Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes 6 über einer Pri- märspule 2 ist die Primärspule in einem Gehäuse verbaut, das auf einer Bodenplatte 1 liegt. Es wäre genauso gut möglich, das Gehäuse innerhalb der Bodenplatte 1 zu verlegen. Oberhalb der Primärspule 2 ist ein Spulenträger 3 elastisch gelagert, wobei er in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 mittels Federelementen 5 oberhalb der Primärspule 2 angeordnet ist.
Auf dem Spulenträger 3 sollen eine Anzahl von Messspulen ausgebildet sein, was in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellt ist, die beispielsweise als planare Spulen auf einer Folie ausgebildet sein können. Ein Beispiel für solche planare Spulen ist in der DE 10 2009 033 237 Al angegeben.
Oberhalb des Spulenträgers 3 ist eine Abdeckung 4 vorgesehen, die einen Schutz für die Messspulen auf dem Spulenträger 3 bilden soll . Die Messspulen auf dem Spulenträger 3 sind über eine Leitung 15 mit einer Steuereinheit 10 verbunden, die ihrerseits wiederum über Leitungen 14 einen Steuerstrom an die Primärspule 2 liefert.
Die Steuereinheit 10 beinhaltet Messmittel 11, die die Spannungen an den Messspulen oder die darin fließenden Ströme aufgrund einer durch das Magnetfeld der Primärspule 2 induzierten Spannungen in den Messspulen erfassen. Die Steuereinheit 10 enthält außerdem Vergleichsmittel, die die erfassten Spannungen und/oder Ströme mit erwarteten Spannungen bzw. Strömen vergleicht und
schließlich Auswertemittel 13, die abhängig vom Abweichen der erfassten Spannungen und/oder Ströme von den Referenzwerten den Steuerstrom an die Primärspule 2 unterbricht, falls aufgrund der Signale des Auswertemittels 13 ein Objekt 6 auf den Spulenträger 3 angenommen wird.
In der Fig. 2 ist ein Objekt 6 mittig auf dem Spulenträger 3 platziert, das aufgrund seines Gewichtes den Spulenträger 3 gegen die Federkraft der Federelemente 5 zur Primärspule 2 hin bewegt, sodass sich das durch die Primärspule 2 erzeugte Magnetfeld, das die Messspulen auf dem Spulenträger 3 durchdringt, ändert und folglich die induzierten Spannungen oder die dadurch fließenden Ströme verändert sind, was von der Steuereinheit 10 erfasst werden kann. Die Steuereinheit 10 ist in der Darstellung der Fig. 2 nicht nochmals gezeigt, soll jedoch selbstverständlich vorhanden sein.
Wenn das Objekt 6 nicht mittig auf dem Spulenträger 3 liegt, sondern auf einem Randbereich des Spulenträgers 3, würde der Spulenträger 3 leicht verkippen, was ebenfalls zu unter schiedlichen Spannungen in den Messspulen führen würde, wodurch ggf. sogar die Position des Objektes 6 zumindest grob bestimmt werden könnte.
Durch eine entsprechende Ausbildung der Federkraft der Fe derelemente 5 sowie der Empfindlichkeit der Mess- 11, Vergleichs- 12 und Auswertemittel 13 in der Steuereinheit 10 kann festgelegt werden, ab welchem Gewicht ein Objekt erkannt werden soll und auch bis zu welchem Gewicht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Ermittlung eines Objektes (6) über einer Primärspule (2) einer Anordnung zur induktiven Energieüber tragung mit
- einer Bodenplatte (1), die die Primärspule (2) aufweist und
- einem Spulenträger (3) mit darauf angeordneten Magnet- feld-Messspulen, der oberhalb der Primärspule (2) angeordnet ist,
gekennzeichnet durch
- Messmittel (11) , die ausgebildet sind, den Strom durch und/oder die Spannung an Anschlüssen der Messspulen zu erfassen, wobei die Spannung oder der Strom aufgrund eines durch die Primärspule (2) erzeugten Magnetfeldes verursacht ist,
- Vergleichsmittel (12), die ausgebildet sind, die gemessenen Spannungen und/oder Ströme in den zumindest zwei Messspulen miteinander oder mit Referenzspannungen und/oder Referenz strömen zu vergleichen, und
- Auswertemittel (13), die ausgebildet sind, aus dem Ver gleichsergebnis das Vorhandensein eines Objektes (6) über der Primärspule (2) zu ermitteln,
- wobei der Spulenträger (3) elastisch gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (3) auf Federelementen (5) gelagert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen planare Spulen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen auf einer Folie aufgedruckt sind.
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