用于感應(yīng)性能量傳輸系統(tǒng)的金屬異物識別系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于識別在感應(yīng)性能量傳輸系統(tǒng)的初級繞組和次級繞組之間的 區(qū)域中的導(dǎo)電異物的識別系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 非接觸式能量傳輸使用高頻磁場。如果導(dǎo)電異物進(jìn)入到該磁場的區(qū)域中，那么在 所述磁場中產(chǎn)生渦流，所述渦流導(dǎo)致異物加熱。在同樣有助于異物加熱的鐵磁材料中還附 加導(dǎo)致交變磁化損耗。在能量傳輸時(shí)此外因渦流產(chǎn)生損耗。
[0003] 異物能夠通過加熱點(diǎn)燃。如果異物是生物，那么該生物由于可能的加熱而遭遇大 的危險(xiǎn)。
[0004] 導(dǎo)電異物因此例如在電氣車輛的非接觸式電池充電時(shí)是干擾因素。因此必要的 是：在每次能量傳輸之前借助于適當(dāng)?shù)拇胧?、例如借助于自動的或者手動的清潔過程保證 將異物從能量傳輸系統(tǒng)的高頻磁場的區(qū)域中去除。因此電池應(yīng)感應(yīng)性地充電的車輛的駕駛 員例如會始終在充電過程前被要求去除可能的異物。為了避免不必要的清潔，因此所期望 的是，當(dāng)異物能夠被自動地識別時(shí)并且僅在事實(shí)上存在異物的情況下對駕駛員產(chǎn)生清潔能 量傳輸系統(tǒng)的要求。
[0005] 用于識別異物的大量系統(tǒng)是已知的。DE 102009033236A1公開了一種用于識別異 物的系統(tǒng)，其中借助于超聲波圖像傳感器、雷達(dá)圖像傳感器、紅外圖像傳感器或者電子圖像 傳感器來識別異物。傳感器在此優(yōu)選設(shè)置在次級側(cè)上、即車輛上。在此不利的是，傳感器經(jīng) 受外部的天氣影響和污染從而是易受干擾且易故障的并且此外由于碎石撞擊或者外力而 容易損壞。
[0006] DE 102009033237A1公開了一種用于識別異物的系統(tǒng)，其中應(yīng)借助于大量規(guī)則地 設(shè)置的平面線圈作為測量電感來識別異物。在此，所有的線圈的電感借助于評估裝置來監(jiān) 控并且借助于參考阻抗或者參考分布來比較。在偏離預(yù)定的量時(shí)發(fā)出信號，所述信號顯示 所述偏離。在該系統(tǒng)中不利的是：大量電感必須借助于適當(dāng)?shù)碾娮釉O(shè)備來監(jiān)控。此外僅測 量基于異物的電感的變化。
[0007] DE 69827733T2公開了一種用于識別異物的系統(tǒng)，其中設(shè)有兩個初級繞組和兩個 次級繞組，其中這兩個初級繞組與一個共同的芯連接但是在空間上彼此分開地設(shè)置，使得 每個初級繞組都在不同的空間范圍中產(chǎn)生交變磁場。次級繞組類似于初級繞組設(shè)置，使得 所述次級繞組在充電過程期間與初級繞組相對置。由于分開設(shè)置的初級繞組，推挽分支的 振蕩電路彼此不相關(guān)地響應(yīng)交變磁場的空間區(qū)域的不同的負(fù)載。結(jié)合功值能夠借助于系統(tǒng) 檢測交變磁場的次級部分中的負(fù)載類型、例如全負(fù)載、無負(fù)載和由于系統(tǒng)的異物引起的不 正確的負(fù)載并且引入相應(yīng)的措施。在該系統(tǒng)中不利的是，為了檢測異物始終必須開始充電 過程。
[0008] DE 69834537T2公開了一種用于非接觸式能量傳輸?shù)南到y(tǒng)，其中在初級側(cè)和次級 側(cè)分別設(shè)置兩個分開的繞組，其中一個繞組相應(yīng)地設(shè)置用于能量傳輸并且一個繞組設(shè)置用 于信號傳輸。充電過程始終僅能夠在經(jīng)由信號傳輸線圈將相應(yīng)的信號傳輸給初級側(cè)時(shí)才進(jìn) 行。如果消耗器單元不設(shè)置在充電站上游，該系統(tǒng)僅防止異物能夠加熱。如果消耗器單元 設(shè)置在充電站的初級側(cè)上游，該系統(tǒng)就不能夠識別異物。
[0009] 從EP 2317625A2中已知一種用于非接觸式能量傳輸?shù)南到y(tǒng)，其中為了識別異物 通過初級線圈測量電流并且將其與預(yù)定的值比較，其中為了識別異物提高傳輸頻率并且將 消耗器單元的負(fù)載與次級諧振電路分開。在該系統(tǒng)中不利的是，初級繞組和次級繞組之間 的間距不是始終相等的進(jìn)而耦合因數(shù)是始終不同的，使得在初級電路中始終設(shè)置不同的電 流。此外，為了識別異物必須總是中斷充電過程，這導(dǎo)致待充電的電池和所使用的構(gòu)件的更 快的磨損和老化。同樣不利的是，由于初級繞組和次級繞組的尺寸，相對于其小的異物不能 夠被可靠地識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是：提供一種識別系統(tǒng)，所述識別系統(tǒng)也可靠地識別小的異物。
[0011] 本發(fā)明有利地通過具有權(quán)利要求1的特征的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng) 的有利的設(shè)計(jì)方案通過從屬權(quán)利要求的特征得出。
[0012] 根據(jù)材料，非鐵磁性金屬在純渦流效應(yīng)下在磁場中引起呈擠壓形式的變形。而鐵 磁材料使磁場聚束。對這種影響的簡單的測量能夠通過確定繞組的電感來實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的系 統(tǒng)如在上文中所描述的從DE102009033236A1中已知。然而電感的變化通常過小以至于不 能產(chǎn)生準(zhǔn)確的開關(guān)閾值。
[0013] 本發(fā)明因此提出：設(shè)置第二線圈，所述第二線圈同樣遭受因一個或多個異物引起 的場畸變。所使用的這兩個線圈磁耦合，其中耦合通過異物改變。這種改變能夠通過測量 電變量例如流經(jīng)線圈的電流或者通過感應(yīng)性的電壓來檢測。為了能夠精確地檢測耦合的改 變，有利的是，耦合的線圈是諧振電路的組成部分，所述諧振電路具有相同的諧振頻率。由 于耦合的諧振電路的高品質(zhì)，可通過發(fā)生變化的無功功率良好地檢測耦合的改變。因此例 如能夠?qū)⑿盘栶伻氲降谝痪€圈中并且在第二線圈中測量感應(yīng)電壓。只要系統(tǒng)處于諧振中， 那么感應(yīng)電壓是非常高的。然而只要異物位于線圈的區(qū)域中，那么這兩個諧振電路因電感 的改變而失諧，線圈之間的耦合發(fā)生改變，由此感應(yīng)電壓相對于諧振情況降低。通過設(shè)置耦 合的諧振電路，感應(yīng)電壓的改變是足夠大的，使得感應(yīng)電壓能夠用于借助閾值識別導(dǎo)電的 異物。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的識別系統(tǒng)能夠作為獨(dú)立的系統(tǒng)安置在固有的殼體中，所述殼體例如 放置到感應(yīng)性能量傳輸系統(tǒng)的初級繞組上或者能夠固定在其上。然而同樣可行的是，這兩 個優(yōu)選能夠構(gòu)成為扁平線圈的線圈可選地還有相應(yīng)的評估電子設(shè)備連同線圈的布線設(shè)置 在感應(yīng)性能量傳輸系統(tǒng)的初級側(cè)的或者次級側(cè)的殼體中。
[0015] 識別系統(tǒng)的初級線圈和次級線圈優(yōu)選遮蓋感應(yīng)性能量傳輸系統(tǒng)的有源面。所述初 級線圈和次級線圈尤其能夠至少具有能量傳輸系統(tǒng)的初級繞組和次級繞組的大小和形狀， 這取決于其是否設(shè)置在感應(yīng)性能量傳輸系統(tǒng)的初級繞組或者次級繞組附近。然而所述線圈 也能夠通過其被遮蓋的與能量傳輸系統(tǒng)的繞組相比更大的面構(gòu)成，使得所述線圈側(cè)向伸出 所述面。
[0016] 為了借助于識別系統(tǒng)檢測盡可能小的異物，線圈構(gòu)成為，使得通過傳輸裝置的磁 場在識別系統(tǒng)的初級線圈和次級線圈中沒有感應(yīng)產(chǎn)生電壓或者感應(yīng)產(chǎn)生相對于源電壓小 的電壓。為此，線圈有利地曲折狀地構(gòu)造，使得在線圈的各個導(dǎo)體部段中感應(yīng)產(chǎn)生的電壓由 于能量傳輸?shù)拇艌龆嗷サ窒Υ?，識別系統(tǒng)的每個線圈能夠通過多個直的導(dǎo)線部段形 成，所述直的導(dǎo)線部段分別彼此平行地并且串聯(lián)地設(shè)置，其中同時(shí)初級線圈和次級線圈的 直的導(dǎo)線部段彼此平行地、呈45°角或者彼此垂直地設(shè)置。
[0017] 直的導(dǎo)線部段的長度能夠有利地被測量為，使得導(dǎo)線部段在能量傳輸系統(tǒng)的、尤 其是其繞組的初級裝置或者次級裝置之上延伸。
[0018] 每個線圈的相鄰的直的和彼此平行地設(shè)置的導(dǎo)線部段的間距在此匹配于待檢測 的最小的異物的尺寸。所述間距能夠根據(jù)待檢測的異物為lcm至10cm、尤其優(yōu)選2. 5cm至 8cm〇
[0019] 在識別系統(tǒng)的一個尤其優(yōu)選的實(shí)施方案中，初級諧振電路通過初級線圈和電容器 形成，所述初級線圈和電容器尤其串聯(lián)連接。次級諧振電路通過次級線圈和電容器形成，所 述次級線圈和電容器并聯(lián)連接或者串聯(lián)連接，其中源是交流電壓源或者交流電流源，在所 述源上連接有初級諧振電路。整流器在此對次級側(cè)的諧振電路的次級側(cè)的輸出電壓進(jìn)行整 流并且借助于電容器平滑該輸出電壓。監(jiān)控裝置在此將整流器的輸出電壓與存儲在存儲器 中的電壓值進(jìn)行比較。如果所測量到的輸出電壓低于特定的閾值，那么產(chǎn)生信號，所述信號 代表所檢測到的異物。
[0020] 監(jiān)控裝置能夠有利地通過微控制器形成，所述微控制器形成源、尤其是具有PWM 輸出端的源，并且所述微控制器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端來確定整流器的輸出電壓。
[0021] 有利的是，識別系統(tǒng)的線圈通過電路板的帶狀導(dǎo)線形成，由此線圈能夠簡單且成 本適宜地制造。因此，例如能夠使用兩側(cè)膠合的帶狀導(dǎo)線，所述帶狀導(dǎo)線借助其兩側(cè)相應(yīng)地 形成線圈。在電路板上此外能夠設(shè)置其它的電構(gòu)件，使得獲得小且緊湊的結(jié)構(gòu)類型。
[0022] 識別系統(tǒng)能夠在下述區(qū)間中自校準(zhǔn)，在所述區(qū)間中源的頻率在校準(zhǔn)過程中改變直 至諧振頻率被確定，在所述諧振頻率處出現(xiàn)諧振電路裝置的最大無功功率。
【附圖說明】
[0023] 下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。
[0024] 附圖示出：
[0025] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的識別系統(tǒng)的框圖；
[0026] 圖2示出識別系統(tǒng)的線圈的第一可能的構(gòu)成方案；
[0027] 圖3示出識別系統(tǒng)的線圈的第二可能的構(gòu)成方案；
[0028] 圖4示出識別系統(tǒng)的線圈的第三可能的構(gòu)成方案；
[0029] 圖5示出識別系統(tǒng)的可能的電路裝置；
[0030] 圖6示出用于確定諧振電路的電器件的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的識別系統(tǒng)的框圖。識別系統(tǒng)具有初級諧振電路，所述初級 諧振電路通過由初級側(cè)的線圈的電容C A和電感LA構(gòu)成的串聯(lián)電路形成。初級側(cè)的諧振電 路匕-!^通過激勵信號激勵以振蕩，其中激勵信號本身由源1產(chǎn)生。次級側(cè)的并聯(lián)諧振電路 通過次級側(cè)的線圈的電容CB和電感LB形成。在次級側(cè)的諧振電路中感應(yīng)產(chǎn)生的電壓借助 于測量設(shè)備2來測量。點(diǎn)Ai、A2、BJP B 2是識別系統(tǒng)的電感LA、LB或者線圈的連接點(diǎn)。
[0032] 圖2示出識別系統(tǒng)的線圈L# 1^的第一可能的構(gòu)成方案。線圈1^和1^的各個導(dǎo) 體部段具有直的導(dǎo)體部段4,所述直的導(dǎo)體部段彼此平行地設(shè)置并且串聯(lián)地設(shè)置并且在其 端部上通過半圓形的連接部段5彼此導(dǎo)電連接。也能夠稱之為：線圈1^和1^的導(dǎo)體曲折狀 地鋪設(shè)。線圈LJPL B例如能夠通過電路板的導(dǎo)體形成。這兩個線圈LJPLB有利地遮蓋非 接觸式能量傳輸裝置的面3。有利的是，線圈LdP LB伸出面3的邊緣，所述面尤其是能夠通 過能量傳輸系統(tǒng)的初級線圈或者次級線圈形成。線圈LdP L B的直的部段4在