物体检测系统以及用于操作物体检测系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于感应电力传输系统、尤其是用于向位于道路表面的车辆传输电力的感应电力传输系统的物体检测系统。此外，本发明还涉及一种用于操作这样的物体检测系统的方法。
【背景技术】
[0002]文献W02013/036947A2公开了一种用于无线能量传输系统的外部碎肩物检测系统，该外部碎肩物检测系统包括至少一个磁场传感器和用于测量至少一个磁场传感器的电参数的至少一个读取电路。至少一个磁场传感器定位在无线能量传输系统的磁场内。
[0003]文献GB1222712.0(尚未公开)公开了一种安全系统，该安全系统用于向位于道路表面上的车辆传输电力的感应电力传输系统。该文献公开了检测用绕组可以是LC振荡电路的一部分。
[0004]文献US2008/0054905A1公开了一种金属检测器，该金属检测器包括耦连至模数转换器的感测用线圈，该模数转换器产生与位于感测用线圈的作用区域中的导电物体关联的电信号的数值表示。该文献描述了利用LC振荡电路的交变电流部分中的电信号检测外部物体。
[0005]文献US5，029, 300公开了一种包括振荡电路的传感器，该振荡电路包括LC谐振电路，其中，检测信号在外部无线电波到来时被阻止。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于感应电力传输系统、尤其用于向位于道路表面上的车辆传输电力的感应电力传输系统的物体检测系统，该检测系统中的检测质量、尤其是检测可靠性被提高并且允许以高灵敏度和高可靠性检测外部物体。本发明的另一目的在于提供一种用于操作这样的外部物体检测系统的方法以及一种用于制造这样的物体检测系统的方法。
[0007]本发明的基本观点在于捕捉用于操作LC振荡电路的驱动电路的输入功率，其中，该输入功率在物体检测系统的直流电流部分被捕捉。
[0008]用于感应式电力传输系统的、尤其用于该电力传输系统的主系统的物体检测系统被建议。一般而言，物体检测系统可以是感应电力传输系统的主单元和/或次单元的一部分。感应电力传输系统可以用来向位于道路表面上的车辆传输电力。
[0009]本发明尤其可以应用在向任何陆地车辆、尤其是轨道结合车辆比如轨道车辆(例如电车)、以及向越野车比如独立(私人)轿车或公共交通车辆(例如大巴)传输能量的场合中。这些设备所存在的问题在于往往不能够在机械上防止外部物体、尤其是由金属制成的物体存在于感应电力传输系统的主单元附近。这样的外部物体例如可以包括硬币、罐、钥匙、工具和其它物体。由主单元和次单元产生的变化的磁场可以在由金属制成的外部物体以及在其它物体或流体中诱导电流。这样的电流会导致电力损失和对该物体的加热。对外部物体的加热可能例如对于试图触碰和移除外部物体的人是危险的和/或可能损害放置外部物体的表面或主单元的部件。并且，物体的升温可能导致火灾。
[0010]感应电力传输系统可包括具有主绕组结构的道路侧主单元。主绕组结构产生由车辆侧次单元接收的主电磁场，该车辆侧次单元被称为接收器或拾取器。在主绕组结构与次单元的次绕组结构之间具有空气间隙，主场延伸穿过该空气间隙。次绕组结构可以例如在电流于次绕组结构中流动的情况下产生次场。该电流例如可以至少部分地通过主绕组结构与次绕组结构之间的相互感应而产生。
[0011]感应电力传输系统可以是用于所谓的静态能量传输或静态充电的传输系统，在这样的传输系统中，被传输能量的车辆没有移动，也即处于停止或停留或者以低速移动。在这种情况下，主单元可以设计成所谓充电块，其中，所述充电块集成在道路中或者安装在道路表面上(突起的充电块)。
[0012]感应电力传输系统还可以是所谓的动态传输系统，在这样的传输系统中，被传输能量的车辆沿着道路的行驶表面移动。
[0013]道路的充电表面(还可以称为有效区域)可以配属给主绕组。充电表面可以是道路表面的被主场或主场的预定部分、例如大于80%、大于90%或大于95%的部分在感应电力传输过程中、尤其是在静态充电过程中所延伸穿过的子部分。充电表面的尺寸如宽度和长度可以与主绕组结构的包迹相同或更大、例如与包含或封围主绕组的绕组结构的矩形相同或更大。对于充电块，充电表面可以对应于充电块的表面。
[0014]主绕组结构通常布置在道路的行驶表面或站立表面之下或布置在行驶或站立表面中。主场继而延伸穿过行驶或站立表面的一部分。外部物体可以由于在外部物体内所诱导的电流而被加热。
[0015]还可以称之为电力系统传输场的总场至少部分地由主场组成。如果主绕组结构的附近例如上方没有定位次绕组结构，则总场将等同于或近似等同于主场。如果次绕组结构定位在主绕组结构的附近例如上方，则总场由主场与次场的叠加合成，其中，次场由次绕组结构产生。
[0016]位于该部分或充电表面内的外部物体可以由于在外部物体内诱导的电流而被加热。在外部物体内诱导电流可以由总场导致。
[0017]主单元包括用于产生电磁主场的前述主绕组，该电磁主场用于可以被前述次单元接收的感应电力传输。
[0018]物体检测系统包括至少一个LC振荡电路。LC振荡电路可包括至少一个感应元件和一个电容元件。至少一个感应元件可以例如至少部分地由绕组结构、尤其是线圈提供。绕组结构可以具有一匝或多匝。绕组结构的几何形状可以采取各种形式。可能的是，绕组结构可以设计成圆形绕组、矩形、正方形、或者甚至是六边形绕组。提供感应元件的至少一部分的绕组结构还可被称为检测用绕组。
[0019]所述绕组结构可以围出绕组结构的检测表面。绕组结构可以布置成使得电力传输场的场线延伸穿过整个检测表面或至少部分检测表面。这意味着绕组结构可以至少部分地布置在主绕组结构的有效区域内。然而，还可以将绕组结构布置在有效区域外。
[0020]电容元件可以例如设计成电容器。所述电容器的电容可以是固定的或者可变的。[0021 ] LC振荡电路的特征在于根据LC振荡电路的电感和电容而确定出的谐振频率。
[0022]建议的物体检测系统还包括至少一个驱动电路。驱动电路的输入侧连接至电源电路并且驱动电路的输出侧连接至至少一个LC振荡电路。驱动电路将交变电流/电压提供给至少一个LC振荡电路。
[0023]特别地，电源电路可以是直流电流电路。在这种情况下，驱动电路将施加至所述输入侧的直流电流(DC)电压转换成驱动电路的输出侧所提供的并施加至LC振荡电路的交变电流(AC)电压。
[0024]换言之，物体检测系统可包括DC部和AC部，其中，驱动电路将DC部连接至AC部。这意味着驱动电路可以设计成或包括逆变器。
[0025]驱动电路可以操作成使得AC输出电压的预设频率等于或近似等于LC振荡电路的上述谐振频率。然而，还可能的是，AC输出电压的频率与谐振频率最大相差一预定值。
[0026]还可能的是，驱动电路可以操作成使得AC输出电压具有其它预设的或期待的特性、如期待的振幅和/或期待的相移。替代地或附加地，可以控制AC输出电流的特性。
[0027]可能的是，驱动电路包括用于确保驱动电路安全操作的至少一个保护装置。这样的保护装置例如可以检测不想要的操作的状态、例如驱动电路中的过电流、驱动电路的过电压、驱动电路的不想要的温度和/或驱动电路的开关在硬切换条件下的操作。硬切换操作意味着在开关上的电压是非零电压或通过开关的电流是非零电流时执行切换操作。在检测到这样的不想要的操作状态的情况下，保护装置可以停止驱动电路。
[0028]根据本发明，物体检测系统包括至少一个用于捕捉由电源电路提供给驱动电路的输入功率的装置。这样的至少一个装置例如可以设计成功率传感器。用于捕捉输入功率的至少一个装置可以布置在物体检测系统的前述DC部处或内。这意味着输入功率可以根据DC电参数来确定。
[0029]物体检测系统还包括至少一个用于根据所捕捉的输入功率来检测外部物体的检测装置。例如，如果输入功率改变、尤其如果驱动电路的输入功率增加，则检测到外部物体。
[0030]通过向LC振荡电路提供AC输出电压，产生还可以称为检测场的局域(电)磁场。位于物体检测系统附近的外部物体改变所述检测场的特性。这继而导致产生所述局域场所需的功率的改变。该功率在驱动电路以恒定频率操作的情况下自动地适应