專利名稱：用于感應(yīng)輸送電能的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于感應(yīng)輸送電能的裝置。 這種裝置用于安裝在電動車輛中的、可再充電的電池的感應(yīng)充電。在輸電期間，在靜止的初級線圈和車輛側(cè)的次級線圈之間的空間區(qū)域中形成了具有高的場強和通量密度的磁場。為了在次級線圈中感應(yīng)出對于所追求的輸送功率來說足夠的高電流，前述情況是必須的。
背景技術(shù)：
如果人、人的四肢或動物進入該區(qū)域內(nèi)，那么會感應(yīng)出流過人體的電流。盡管可以認為，通常這不會導(dǎo)致直接的危險，尤其在不需要擔心較長時間地處于該區(qū)域中的情況下。 然而，由于尤其是兒童或家畜可能無意中暴露于強磁場，會限制在一些人群中對感應(yīng)輸電的接受度。
還應(yīng)該注意，人體可能會攜帶形式為耳環(huán)、手鐲、工具、植入體等導(dǎo)電物體。對動物來說同樣存在形式為頸圈的情況。如果這些物體受到強交變磁場的作用，那么根據(jù)材料、暴露時間、相對于場的取向和場強強度，在這些物體中感應(yīng)出渦流，所述渦流引起加熱。當存在相應(yīng)的條件時，可能會達到導(dǎo)致?lián)p壞和/或危險的溫度。此外，被玩耍的兒童出于好奇而故意帶入感應(yīng)輸電裝置的場區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)電物體也可能導(dǎo)致這種情況的發(fā)生。
由于感應(yīng)輸電系統(tǒng)的目前應(yīng)用的特性，這種類型的危險被評價為不重要的。在具有駕駛員的車輛的情況下，在訓(xùn)練的框架內(nèi)可以指出，在工作中要注意異物的存在，并在感應(yīng)輸送啟動之前去除異物，或者在有懷疑的情況下中斷感應(yīng)輸送。然而，對很大程度的自動化運行來說或者當在公眾可接近的區(qū)域中使用這種系統(tǒng)從而必須認為有較高的安全性要求時，在場區(qū)域中異物的存在看來是一個未解決的安全問題。在此，在輸電過程中異物的侵入是尤其關(guān)鍵的，因為無論如何不能假設(shè)，車輛的駕駛員在輸電期間監(jiān)視場區(qū)域，即初級線圈和次級線圈的殼體之間的區(qū)域。相反，通常在充電過程的絕大部分期間，車輛是完全不被監(jiān)管的。
由US 2007/0145830A1已知一種用于無線輸送電能至電子設(shè)備的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)具有多個初級線圈，因此不再需要初級線圈和次級線圈之間的精確的對準。在該文獻中，盡管提及了存在金屬異物的問題，但是使用金屬檢測器被當作是無用的而不被采納。相反地， 通過電路技術(shù)方面的措施確保了僅在由次級線圈和并聯(lián)的調(diào)諧電容器組成的諧振電路接近初級側(cè)時，系統(tǒng)才處于諧振狀態(tài)，初級電流因此大幅增強，其中初級電流基本上集中在緊鄰次級線圈的一個或少數(shù)初級線圈上。在這種情況下，導(dǎo)電的異物不再是問題，因為其不再形成諧振電路。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，在場區(qū)域中存在導(dǎo)電異物的情況下改進感應(yīng)輸電系統(tǒng)的工作安全性。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1所述的特征的裝置實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求給出有利的變型。
根據(jù)本發(fā)明，在用于從具有至少一個初級感應(yīng)器的靜止單元感應(yīng)輸送電能至與所述靜止單元相鄰的、具有至少一個次級感應(yīng)器的車輛的裝置中，所述靜止單元或車輛具有用于檢測在預(yù)定空間內(nèi)物體的存在的設(shè)備，該空間至少包括在輸電期間位于初級感應(yīng)器和次級感應(yīng)器之間的空間。這樣使得能夠確定異物侵入由輸電產(chǎn)生的場區(qū)域中并適當?shù)刈鞒龇磻?yīng)。
可以設(shè)有例如形式為超聲波、雷達或紅外線傳感器或者電子圖像傳感器的單個的無接觸式傳感器，或者也可以設(shè)有多個這種傳感器，所述傳感器有利地至少部分地和輸電裝置的初級感應(yīng)器或次級感應(yīng)器安裝在相同的殼體中或者連接到該殼體上。
用于識別在輸電的場區(qū)域內(nèi)異物的存在的可能的標準為，傳感器信號與基準值或基準信號的偏差(在存在多個傳感器的情況下，標準為單個傳感器信號相互之間的偏差)， 以及傳感器信號隨時間的變化。尤其是最后提到的那個標準提供了異物侵入輸電的場區(qū)域的典型的標記。輸出警報信號、去激活初級感應(yīng)器的供電以及在異物從場區(qū)域中再次離開后恢復(fù)供電屬于對異物存在的合適反應(yīng)。


下面根據(jù)附圖描述本發(fā)明的實施例。其中
圖1示意性地示出用于感應(yīng)輸電的充電站以及處于充電位置的電動車輛；
圖2示意性地示出通過具有多個傳感器的根據(jù)本發(fā)明的布置檢測異物；
圖3以俯視圖示意性地示出圖2中的傳感器布置；以及
圖4示出僅具有唯一的傳感器的傳感器布置。
具體實施方式
圖1示意性地以剖視圖(上部)和俯視圖(下部)示出電動車輛1，該電動車輛1 位于充電站的初級線圈2的上方以給其電池充電。在車輛1的底面上，與電子充電設(shè)備5 連接的次級線圈4位于殼體3中。該電子充電設(shè)備將感應(yīng)輸入次級線圈4的電功率的參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合用于車輛1的電池的充電的值。由充電站的供電單元6為初級線圈2供電，且初級線圈2安置在殼體8中，該殼體8固定地定位在停車位上。供電單元6由充電站的控制單元7控制。
在圖1中以虛線示出由初級線圈2在工作中產(chǎn)生的交變磁場的若干場線9。該交變磁場的主方向?qū)?yīng)于初級線圈2的線圈軸線的方向，因此為豎直方向。在工作中，在緊挨初級線圈2的殼體8的上方的空間10中存在高的磁場強度和通量密度。就在這里存在如前所述暴露于危險的電勢的異物11。
圖2是以圖1的上部部分中的對應(yīng)于一個細節(jié)(即初級線圈2和次級線圈4的緊鄰的區(qū)域)的放大視圖示出用于識別異物11的根據(jù)本發(fā)明的傳感器布置的例子。緊鄰次級線圈4的殼體3的區(qū)域中布置了兩個類型相同的傳感器12和13，該傳感器12和13按照無接觸式作用原理工作?？傮w還設(shè)有兩個另外的同類型的傳感器14和15，其在圖2中看不到，然而在圖3的俯視圖中能看到這兩個傳感器14和15。這四個傳感器12至15以正方形或長方形的形式至少近似對稱地布置。
像在圖2和圖3中通過波前/波陣面示出的那樣，在激活狀態(tài)下傳感器12至15 發(fā)射出波形信號，該波形信號被異物11反射，其中該反射取決于異物11的位置、尺寸和材料。傳感器12至15接收被反射的信號并把基于接收到的反射信號的測量信號分別發(fā)射給分析設(shè)備16。例如，傳感器12至15可以為超聲波、雷達或紅外線傳感器。在感應(yīng)輸電開始之前通過分析設(shè)備16激活這些傳感器，為此，分析設(shè)備16從充電站的控制單元7獲得指示感應(yīng)輸電即將開始的信號。
作為有源傳感器12至15的替代，還可以使用無源傳感器，例如基于熱電的無源的紅外線傳感器，其通常在用于照明控制的移動傳感器中采用。這種傳感器對熱輻射做出反應(yīng)，并因此尤其適合用于檢測具有與環(huán)境相比更高的溫度的生物或生物的身體的部分，即用于檢測特別重要類型的異物11。
由單個的傳感器12至15提供的測量信號在分析設(shè)備16中被持續(xù)地彼此比較，且在必要時也與基準值或基準信號比較。在圖3示出的傳感器布置中，當不存在異物11時， 由傳感器12發(fā)射的信號主要沿位于對面的傳感器15的方向被初級線圈2的殼體8的表面反射，且僅極小部分返回發(fā)射的傳感器12。在相反的方向上同樣的情況也適用于這兩個傳感器12和15，且沿兩個方向適用于兩個另外的彼此相對的傳感器13和14。但是，當存在異物11時，返回各個發(fā)射的傳感器的反射顯著增強。這是通過分析設(shè)備16根據(jù)傳感器12 至15的測量信號檢測異物11的第一可行標準。
此外，如圖2和3所示，當異物11相對于傳感器12至15的位置不對稱時，對單個的傳感器12至15來說被反射的信號的強度是不同的。即使異物11在其運動時偶然停在相對于傳感器12至15對稱的位置，在侵入輸電產(chǎn)生的場區(qū)域10期間其最初沿著運動路徑的位置也是不對稱的。因此，傳感器12至15的測量信號之間的差異提供了通過分析設(shè)備 16檢測異物11的另一標準。
此外，通過分析設(shè)備16檢測異物11的另一可行方案在于，記錄測量信號隨時間的變化并監(jiān)控是否出現(xiàn)顯著的隨時間的變化。異物11在被傳感器12至15監(jiān)控的空間10內(nèi)的運動在傳感器12至15的測量信號中實際上表現(xiàn)為出現(xiàn)顯著的隨時間的變化。應(yīng)該理解， 異物11從外部侵入被監(jiān)控的空間10必然也與在空間10內(nèi)的運動相聯(lián)系。
前述的三種標準可以由分析設(shè)備16選擇性地單一地或彼此并行地用于傳感器12 至15的測量信號，在后一種情況下，根據(jù)合適的啟發(fā)式規(guī)則，也可以彼此結(jié)合起來。例如， 為了避免錯誤警報，可以要求在異物被視作已識別之前，所有三個標準或三個標準中的至少兩個都指示異物11的侵入。此外，還可以要求，在異物11最終被視作已識別之前，指示異物11存在的標準在預(yù)定的最小長度的時間間隔內(nèi)必須一直被滿足，以避免錯誤識別。
如果也需要檢測靜止的異物11，那么對此異物監(jiān)控測量信號的變化顯然不適合作為識別標準，并且比較不同的測量信號僅在一定條件下適合，因為將不能識別偶爾對稱地定位的異物11。然而，首先具有意義的是檢測在車輛1泊車后隨后侵入場區(qū)域10的異物 11，這種侵入總是與不同的測量信號的變化和不對稱性聯(lián)系在一起。
無論在分析設(shè)備16中使用何種標準以識別異物11，以及無論不同的標準是否彼此結(jié)合和如何結(jié)合，每當分析設(shè)備16識別出異物11時，該分析設(shè)備總是向指示設(shè)備17發(fā)送輸出信號，該指示設(shè)備17發(fā)出光學(xué)和/或聲學(xué)的警報。此外，分析設(shè)備16也與充電站的控制單元7連接，并向控制單元7發(fā)送中斷輸電、即中斷初級線圈2的供電的信號。此外，5還向合適的位置，例如向充電站的操作員或車輛1的駕駛員發(fā)出通知。
實際上，在察覺到有異物11在場區(qū)域10中運動時不直接做出反應(yīng)、而是等待直到可以確認這不是簡單的暫時通過場區(qū)域10就足夠了。當確定人或動物完全或部分地停留在輸電的場區(qū)域10中時，可以首先借助于合適的措施，例如通過汽車喇叭作為指示設(shè)備17 發(fā)出警報。當在一定的時間內(nèi)沒有發(fā)覺異物離開被監(jiān)控的空間10，那么可以中斷輸電，即通過控制單元7去激活初級線圈2的供電單元6。在中斷輸電時，繼續(xù)監(jiān)控空間10。如果隨后確定異物已離開被監(jiān)控的區(qū)域，那么立即再次開始輸電。然而，如果持續(xù)存在的狀態(tài)， 那么可以通知相關(guān)部門，該相關(guān)部門檢查情況，必要時排除情況并反饋這種排除。如果在較長一段時間內(nèi)中斷輸電或終止了輸電從而看來不能傳輸足夠的能量時，則相應(yīng)地通知車輛 1的駕駛員或在自動化工作時通知上級的設(shè)備控制裝置。
圖2和圖3示出，傳感器12至15在車輛側(cè)布置在次級線圈4的區(qū)域內(nèi)。指示設(shè)備 17既可以在車輛側(cè)例如以使用現(xiàn)有的車輛喇叭的形式實現(xiàn)，也可以在車輛外部作為充電站的組成部件實現(xiàn)。控制單元7不位于車輛1上，而是充電站的組成部件。因此，車輛側(cè)的分析設(shè)備16與控制單元7之間的通信是無線的。如果指示設(shè)備17屬于充電站的一部分，那么這同樣適用于指示設(shè)備17。
圖4示出與本發(fā)明的前述實施方式相比經(jīng)簡化的變型，該變型僅使用唯一的傳感器18。這種唯一的傳感器18最好居中安裝在次級線圈4的殼體3上，其中傳感器18可以部分地或整個安裝在殼體3中，如圖4中所示。在這種情況下，取消了把不同傳感器的測量信號之間的比較作為識別標準的可行性。然而，保留了觀察由傳感器18發(fā)出的測量信號在時間上的變化的可行性，其指示運動的異物11。此外，對發(fā)射波形信號且接收經(jīng)反射的信號的有源傳感器來說，當已知在對面的初級線圈2的殼體8上的反射的經(jīng)過時間時，也可以考慮把發(fā)射和接收之間的信號經(jīng)過時間作為用于異物11的識別標準。
在此也可以使用無源傳感器18。例如，它可以是電子圖像傳感器。在這種情況下， 初級線圈2的殼體8的上表面的圖像可以存儲在分析設(shè)備16中，在車輛1泊車后把該圖像與由傳感器18提供的圖像作比較。為了使異物11的識別更容易，殼體8的表面可以具有獨特的圖案，其中異物11作為干擾在視覺上將明顯引人注目。為了避免環(huán)境光線條件的任何影響，使用的頻譜范圍也可以在可視范圍之外，例如位于紅外線范圍中。也可以按時間記錄傳感器18的、在此形式為圖像信號的測量信號，并監(jiān)控指示異物11的運動的該測量信號的變化。
對僅具有唯一的傳感器18的簡化變型來說，在與充電站的控制單元7通信以及通過指示設(shè)備17輸出警報方面，適用于具有多個傳感器12至15的方案的內(nèi)容同樣適用于該簡化變型。反之，對具有多個傳感器的方案來說，這些傳感器也可以完全或部分地安裝在殼體3中，而不是像圖2和3中那樣安裝在殼體3外部。
雖然前述的實施例具有在次級側(cè)(即車輛側(cè))的傳感器12至15或18以及分析設(shè)備16的布置，然而同樣可以把這些系統(tǒng)組成部件布置在初級側(cè)，例如在初級線圈2的殼體8附近或其上，或者把它們完全或部分地集成在該殼體8中。在這種情況下，整個用于檢測異物的系統(tǒng)集中在充電站中。然而也可以設(shè)想在一側(cè)(例如在車輛側(cè))設(shè)有一個或多個波形信號發(fā)射器，并在另一側(cè)(例如初級側(cè))設(shè)有一個或多個接收器作為傳感器，從而波的傳播在空間10中被異物11干擾，并能夠據(jù)此在接收器側(cè)檢測異物11。此外，傳感器也可以安置在兩側(cè)上，即同時在車輛側(cè)和初級側(cè)上。
除了集中在中央分析設(shè)備16中，信號處理的功能也可以分配給多個單個的傳感器12至15或18，從而僅這些傳感器12至15的狀態(tài)報告匯集在簡化的中央的分析設(shè)備中， 該狀態(tài)報告指示傳感器12至15本身是否分別已識別異物11。在這種情況下，分析設(shè)備16 的一些部分將通過傳感器12至15或18實現(xiàn)。對唯一的傳感器18來說，該傳感器18也可以與分析設(shè)備16 —體化為共同的結(jié)構(gòu)單元。
此外，分析設(shè)備16還可以與為了其它目的設(shè)置在車輛1中或上的用于其它傳感器的信號的分析設(shè)備相組合。尤其存在具有無接觸式距離傳感器的車輛，其用作所謂的駕駛員輔助系統(tǒng)的一部分，以用于輔助駕駛員泊車，和/或在行駛期間幫助駕駛員與在前行駛的車輛保持足夠的安全距離。當車輛1本身配備有這種系統(tǒng)、且進而具有用于無接觸式距離傳感器的信號的分析設(shè)備時，在成本方面的優(yōu)勢在于，可以不設(shè)置用于根據(jù)本發(fā)明的檢測設(shè)備的單獨的分析設(shè)備16，而是在唯一的中央分析設(shè)備中處理車輛1的所有無接觸式距離傳感器的信號，包括通過本發(fā)明添加的傳感器(12至15 ； 18)的信號，也就是說，對于在車輛1中已經(jīng)存在的分析設(shè)備僅在其功能范圍方面相應(yīng)地擴展。
權(quán)利要求
1.一種裝置，所述裝置用于從具有至少一個初級感應(yīng)器O)的靜止單元感應(yīng)輸送電能至位于所述靜止單元附近的、具有至少一個次級感應(yīng)器的車輛(1)，其特征在于，所述靜止單元或車輛(1)具有用于檢測在預(yù)定的空間內(nèi)物體(11)的存在的設(shè)備，所述空間至少包括在輸電期間位于所述初級感應(yīng)器( 和所述次級感應(yīng)器(4)之間的空間(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測設(shè)備具有至少一個無接觸式傳感器(12至15 ； 18)和與所述傳感器連接的分析設(shè)備(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述檢測設(shè)備的所述至少一個傳感器(12 至15 ； 18)至少部分地與所述輸電裝置的所述初級感應(yīng)器( 或所述次級感應(yīng)器同樣安裝在相同的殼體(8 ；3)中或附接于該殼體上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述傳感器(12至15；18)是超聲波、 雷達或紅外線傳感器，或者電子圖像傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)具有比較設(shè)備，所述比較設(shè)備將由所述至少一個傳感器(12至15 ；18)發(fā)出的信號與基準值或基準信號比較，并確定與所述基準值或基準信號的偏差程度/值。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的裝置，其特征在于，設(shè)有多個傳感器(12至15)； 以及所述分析設(shè)備(16)具有比較設(shè)備，所述比較設(shè)備將由單個傳感器(12至1 發(fā)出的信號彼此比較，并確定所述信號彼此之間的偏差程度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)確定由所述至少一個傳感器(12至15 ； 18)發(fā)出的信號隨時間的變化的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)具有至少一個輸出，當與所述基準值或基準信號的偏差超出預(yù)定的最小值時，和/或當所述信號之間的偏差超出預(yù)定的最小值時，和/或當隨時間的變化超出預(yù)定的最小值時，指示異物 (11)的存在的信號從所述輸出發(fā)出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)具有時間測量設(shè)備，借助于所述時間測量設(shè)備測得超出預(yù)定的最小值的所述偏差的持續(xù)時間和/或隨時間的變化；并且僅當所述測得的持續(xù)時間超出預(yù)定的最小持續(xù)時間時，才發(fā)出所述指示異物(11) 的存在的信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)的輸出與指示設(shè)備(17)連接；并且指示異物(11)存在的、從所述輸出發(fā)出的信號觸發(fā)所述指示設(shè)備(17)產(chǎn)生警報信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)的輸出與控制所述初級感應(yīng)器( 的供電單元(6)的控制單元(7)連接；并且指示異物(11)存在的、從所述輸出發(fā)出的信號觸發(fā)所述控制單元(7)去激活對所述初級感應(yīng)器( 的供電。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，當不再發(fā)出指示異物(11)存在的所述信號時，由所述分析設(shè)備(16)通過與所述控制單元(7)連接的輸出來觸發(fā)所述控制單元 (7)，以便再次激活對所述初級感應(yīng)器O)的供電。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12中任一項所述的裝置，其特征在于，所述分析設(shè)備(16)與設(shè)置在所述車輛(1)中或上的用于其它傳感器的信號的分析設(shè)備相結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于從具有至少一個初級感應(yīng)器的靜止單元感應(yīng)輸送電能至所述靜止單元附近的、具有至少一個次級感應(yīng)器的車輛的裝置。所述靜止單元或車輛具有用于檢測在預(yù)定的空間內(nèi)物體的存在的設(shè)備，該空間至少包括在感應(yīng)輸電期間位于初級感應(yīng)器和次級感應(yīng)器之間的空間。所述檢測設(shè)備具有至少一個無接觸式傳感器和與所述傳感器連接的分析設(shè)備。至少檢測設(shè)備的傳感器和輸電裝置的初級或次級線圈安裝在相同的殼體之中或者之上。所述傳感器可以是超聲波傳感器、雷達傳感器、紅外線傳感器或者電子圖像傳感器。
文檔編號B60L11/18GK102548789SQ201080031743
公開日2012年7月4日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者A·格林, M·韋希林 申請人:康達提斯-瓦普弗勒公司