用于確定相對位置和/或定向的系統(tǒng)和控制單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于確定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)、尤其是用于向車輛傳輸電能的系統(tǒng)的初級繞組結(jié)構(gòu)與次級繞組結(jié)構(gòu)之間的相對位置和/或定向的系統(tǒng)。另外，本實用新型還涉及一種用于在這種系統(tǒng)中使用的控制單元。
【背景技術(shù)】
[0002]車輛、尤其是軌道車輛和/或道路汽車可通過借助于感應(yīng)電能傳輸而傳輸?shù)碾娔軄聿僮?。這種車輛可包括適于接收交變電磁場并通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生交流電的所謂接收裝置或次級單元。這種接收裝置可包括或提供所謂的次級繞組結(jié)構(gòu)。另外，這種車輛可包括適于將交流電(AC)轉(zhuǎn)換為直流電(DC)的整流器。DC可用于對牽引電池進行充電或操作電機。整流器將通過接收裝置提供的AC轉(zhuǎn)換為DC。
[0003]感應(yīng)電能傳輸通常使用通過初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生交變電磁場的初級單元和包括用于接收所述電磁場的接收裝置的次級單元來實施。初級單元和次級單元例如可分別包括一組提供了上述初級和次級繞組結(jié)構(gòu)的三相繞組。一組初級單元繞組可安裝在地面上(初級繞組)且可由路側(cè)功率轉(zhuǎn)換器(WPC)來饋送。一組次級單元繞組安裝在車輛上。例如，第二組繞組可附接在車輛下方，在有軌電車的情況下是在其一些運輸車下方。第一和第二側(cè)可以是用于將電能傳輸至車輛的高頻變壓器的一部分。該傳輸可在靜態(tài)(車輛不移動)時進行或在動態(tài)(車輛移動)時進行。
[0004]US 7，454，170 B2公開了一種感應(yīng)傳送系統(tǒng)，其用于在第一和第二裝置之間進行傳送感應(yīng)電能和雙工數(shù)據(jù)信號。該傳送系統(tǒng)包括:兩個裝置之間的雙向感應(yīng)通道；發(fā)送器，其用于將電能信號以第一頻率在感應(yīng)通道上從第一裝置傳送至第二裝置；第一調(diào)制裝置，其用于以第一調(diào)制頻率來調(diào)制第一數(shù)據(jù)信號；和第二調(diào)制裝置，其用于以第二調(diào)制頻率來調(diào)制第二數(shù)據(jù)信號。另外，發(fā)送器將調(diào)制的第一數(shù)據(jù)信號在感應(yīng)通道上從第一裝置發(fā)送至第二裝置，并將調(diào)制的第二數(shù)據(jù)信號在感應(yīng)通道上從第二裝置發(fā)送至第一裝置。第一調(diào)制頻率和第二調(diào)制頻率是兩者區(qū)別的至少一個因素。
[0005]感應(yīng)電能傳輸通常要求車輛側(cè)次級繞組結(jié)構(gòu)相對于初級繞組結(jié)構(gòu)的正確定位，以便最大化傳輸電能的量，也以便滿足安全要求并保證電磁兼容性。
[0006]W0 2011/127455 A2公開了一種與車輛相聯(lián)的無線電能天線的無線充電和無線電能對齊裝置。
[0007]W0 2014/023595 A2公開了一種車輛和一種感應(yīng)充電單元，其中，感應(yīng)充電單元包括初級線圈且車輛包括次級線圈。另外，在充電位置，次級線圈相對于初級線圈位于優(yōu)選的空間位置范圍，從而使得:為了設(shè)置充電位置，該系統(tǒng)借助于電磁波測距和角度測量使用三角法來確定位置，該位置描述次級線圈相對于初級線圈的隨時間變化的空間位置。該系統(tǒng)借助于該位置和充電位置來檢測至少一個空間驅(qū)動方向，充電位置的位置可沿著該至少一個空間驅(qū)動方向來接近。
[0008]該文獻公開了感應(yīng)電能傳輸(IPT)單元、即初級單元或次級單元的通信天線。
[0009]構(gòu)件公差和環(huán)境影響可導致用于確定相對位置和/或定向的發(fā)送器裝置的解諧。這種解諧因此可導致測量誤差和不精確的結(jié)果。通常，需要進行系統(tǒng)的耗時的校準，以便提供需要的結(jié)果的精確度。
[0010]存在的技術(shù)問題是提供一種用于確定感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的初級和次級繞組結(jié)構(gòu)之間的相對位置和/或定向的系統(tǒng)，以及相應(yīng)的控制單元，其中，結(jié)果的精確度被改進。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]所述技術(shù)問題的解決方案通過具有權(quán)利要求1和10的特征的主題來提供。本實用新型的其他有益實施例由從屬權(quán)利要求的主題來提供。
[0012]—種用于確定用于感應(yīng)電能傳輸、尤其到車輛的感應(yīng)電能傳輸?shù)南到y(tǒng)的初級繞組結(jié)構(gòu)與次級繞組結(jié)構(gòu)之間的相對位置和/或定向的方法可通過所提出的系統(tǒng)來實施。用于感應(yīng)電能傳輸?shù)南到y(tǒng)可包括具有初級繞組結(jié)構(gòu)的初級單元和具有次級繞組結(jié)構(gòu)的次級單元。車輛可包括具有次級繞組結(jié)構(gòu)的次級單元，所述次級繞組結(jié)構(gòu)用于接收由初級單元的初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的交變電磁場。在初級繞組結(jié)構(gòu)通電或被供送操作電流的情況下，初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生交變電磁場。初級單元可包括構(gòu)件的全體或子集，用于感應(yīng)電能傳輸?shù)慕蛔冸姶艌鐾ㄟ^所述構(gòu)件來產(chǎn)生。相應(yīng)地，次級單元可包括構(gòu)件的全體或子集，用于感應(yīng)電能傳輸?shù)慕蛔冸姶艌鐾ㄟ^所述構(gòu)件被接收且提供相應(yīng)的輸出電壓。
[0013]初級單元可通過感應(yīng)電能傳輸墊來提供。這種墊可安裝在道路或停車位置的表面，或可集成在這種表面內(nèi)。
[0014]初級單元、尤其是初級側(cè)控制單元可包括至少一個初級側(cè)通信器件，例如用于數(shù)據(jù)通信的初級側(cè)收發(fā)器單元(發(fā)送器/接收器單元)。相應(yīng)地，次級單元、尤其是次級側(cè)控制單元也可包括用于數(shù)據(jù)通信的收發(fā)器單元(發(fā)送器/接收器單元)。這種收發(fā)器可由藍牙"收發(fā)器、WLAN收發(fā)器或超寬帶收發(fā)器(UWB)來提供。
[0015]本實用新型可尤其應(yīng)用于感應(yīng)電能傳輸?shù)饺魏侮懮宪囕v(例如軌道車輛，比如有軌車輛(例如有軌電車))的領(lǐng)域。尤其地，本實用新型涉及感應(yīng)電能傳輸?shù)降缆菲?、比如個人(私用)乘用客車或公共運輸車輛(例如公共汽車)的領(lǐng)域。
[0016]在下文中，可參照初級側(cè)坐標系統(tǒng)和次級側(cè)坐標系統(tǒng)。初級側(cè)坐標系統(tǒng)可以是初級繞組結(jié)構(gòu)的坐標系統(tǒng)，而次級側(cè)坐標系統(tǒng)可以是次級繞組結(jié)構(gòu)的坐標系統(tǒng)。
[0017]初級側(cè)坐標系統(tǒng)可包括第一軸線，其也可被稱為縱向軸線，其中，第一軸線可以是初級繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線或平行于該縱向軸線延伸。第二軸線(其也可被稱為橫向軸線)可以是初級繞組結(jié)構(gòu)的橫向軸線或平行于該橫向軸線延伸。第三軸線(其也可被稱為豎直軸線)可定向為垂直于第一和第二軸線。第三軸線可平行于期望的電能傳輸方向、即從初級單元至次級單元定向。豎直軸線在從初級單元指向次級單元的情況下可以從底到頂?shù)囟ㄏ颉?br>[0018]次級側(cè)坐標系統(tǒng)也可包括第一軸線，其可被稱為縱向軸線，其中，第一軸線可以是次級繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線或平行于該縱向軸線延伸。次級繞組結(jié)構(gòu)的第二軸線可被稱為橫向軸線，其中，第二軸線可以是次級繞組結(jié)構(gòu)的橫向軸線或可平行于該橫向軸線延伸。第三軸線可被稱為次級繞組結(jié)構(gòu)的豎直軸線且可定向為垂直于次級繞組結(jié)構(gòu)的第一和第二軸線。次級繞組結(jié)構(gòu)的第三軸線可平行于期望的電能傳輸方向定向。
[0019]在下文中，長度可沿著第一軸線測量，寬度可沿著第二軸線測量，且高度可沿著第三軸線測量。關(guān)于方向、比如“上方”、“下方”、“前方”、“旁邊”的方向性術(shù)語可涉及上述相應(yīng)坐標系統(tǒng)的縱向、橫向和豎直軸線。
[0020]初級側(cè)坐標系統(tǒng)的原點可對應(yīng)于初級繞組結(jié)構(gòu)的幾何中心。相應(yīng)地，次級側(cè)坐標系統(tǒng)的原點可對應(yīng)于次級繞組結(jié)構(gòu)的幾何中心。
[0021]初級和/或次級繞組結(jié)構(gòu)可包括至少一個子繞組結(jié)構(gòu)。子繞組結(jié)構(gòu)可由繞組結(jié)構(gòu)的至少一個區(qū)段來提供。尤其地，子繞組結(jié)構(gòu)可提供環(huán)圈或線圈，其中，環(huán)圈或線圈由繞組結(jié)構(gòu)的一個或多個區(qū)段來提供。繞組結(jié)構(gòu)可沿著相應(yīng)的坐標系統(tǒng)的縱向軸線延伸。優(yōu)選地，繞組結(jié)構(gòu)包括沿著縱向軸線延伸的多個子繞組結(jié)構(gòu)。在該情況下，繞組結(jié)構(gòu)的相繼的子繞組結(jié)構(gòu)可沿著所述縱向軸線彼此相鄰地布置。彼此相鄰可意味著，子繞組的中心軸線、尤其是對稱軸線彼此間隔開，例如沿著縱向軸線以預定距離間隔開。環(huán)圈或線圈可以是圓形形狀、橢圓形形狀或矩形形狀。
[0022]可使繞組結(jié)構(gòu)包括沿著相應(yīng)坐標系統(tǒng)的縱向軸線延伸的至少一個繞組區(qū)段和沿著相應(yīng)坐標系統(tǒng)的橫向軸線延伸的至少一個繞組區(qū)段。因此，繞組結(jié)構(gòu)、尤其是每個子繞組結(jié)構(gòu)可由大致地或完全地平行于縱向軸線延伸的區(qū)段和大致地或完全地平行于橫向軸線延伸的區(qū)段來提供。尤其地，每個子繞組可由大致地或完全地平行于縱向軸線延伸的兩個區(qū)段和大致地或完全地平行于橫向軸線延伸的兩個區(qū)段來提供。
[0023]如果次級繞組結(jié)構(gòu)接近初級繞組結(jié)構(gòu)，例如在車輛接近初級單元的情況下，通信鏈路就可建立在初級單元和次級單元之間。一個單元、優(yōu)選是初級單元可定期地播送狀態(tài)信息。在該情況下，初級單元提供了服務(wù)器。所述狀態(tài)信息可通過接近初級單元的次級單元來接收。次級單元提供了客戶端。在接收到狀態(tài)信息時，客戶端可打開建立到服務(wù)器的通信鏈路，從而要求安全通道和更詳細的狀態(tài)數(shù)據(jù)。于是，該通信鏈路用作初級和次級單元之間的雙向通信通道。所建立的通信可以是無線通信，例如基于藍牙?的通信，基于WLAN的通信或超寬帶通信。
[0024]至少一個初級側(cè)發(fā)送器、例如第一初級側(cè)發(fā)送器發(fā)送第一定位信號。在本實用新型的上下文中，術(shù)語“初級側(cè)”可意味著，相應(yīng)元件相對于初級側(cè)坐標系統(tǒng)位置固定地布置。尤其地，初級側(cè)元件在初級側(cè)坐標系統(tǒng)中的位置和/或定向是已知的。并且，術(shù)語“初級側(cè)”可意味著，相應(yīng)元件是初級單元的一部分。
[0025]初級側(cè)發(fā)送器可由用于數(shù)據(jù)通信的初級側(cè)收發(fā)器來提供。因此，第一定位信號可以是待發(fā)送至次級單元的數(shù)據(jù)信號。第一定位信號可編碼所需要的信息。
[0026]尤其地，第一初級側(cè)發(fā)送器可以是用于發(fā)送在用于感應(yīng)電能傳輸?shù)南到y(tǒng)的運行時間產(chǎn)生的各種信息的發(fā)送器。優(yōu)選地，第一初級側(cè)發(fā)送器不是信標發(fā)送器(這將在下文解釋)。初級側(cè)收發(fā)器單元可用于雙向通信。
[0027]另外，至少一個次級側(cè)接收器接收第一定位信號。次級側(cè)接收器可以是上述次級側(cè)收發(fā)器的一部分。該次級側(cè)收發(fā)器也可以是用于與初級單元雙向通信的收發(fā)器。在本實用新型的上下文中，術(shù)語“次級側(cè)”可意味著，相應(yīng)元件相對于次級側(cè)坐標系統(tǒng)位置固定地布置。尤其地，次級側(cè)元件在次級側(cè)坐標系統(tǒng)中的位置是已知的。并且，術(shù)語“次級側(cè)”可意味著，相應(yīng)元件可以是次級單元的一部分。
[0028]第一定位信號可應(yīng)來自次級單元的要求而發(fā)送。替代性地，第一定位信號可定期地發(fā)送。第一定位信號可以是在初級和次級單元之間建立的(雙向)通信內(nèi)發(fā)送的信號。替代性地，第一定位信號可以是定期地發(fā)送的播送信號。這種播送信號可表示為非定向播送的“公告”消息。如上所述，第一定位信號可以是藍牙?信號、WLAN信號或超寬帶信號。
[0029]根據(jù)本實用新型，相對位置和/或定向可通過次級側(cè)控制單元根據(jù)接收信號的至少一個信號特征來確定(第一備選方案，基于信號特征的確定)。所述至少一個信號特征可例如是接收的第一定位信號的信號強度(接收信號強度)。接收信號強度可由接收信號強度指示(RSSI)來表示。另外，信號特征可以是第一定位信號的飛行時間(time of flight)，即，從初級單元至次級單元的傳送持續(xù)時間。
[0030]基于接收信號的信號強度和/或基于飛行時間，可確定初級繞組結(jié)構(gòu)與次級繞組結(jié)構(gòu)之