物体检测系统和用于检测感应电能传输系统中的外来物体的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，感应电能传输系统尤其用于向在路径的表面上的车辆传输电能。而且，本发明涉及一种用于检测在感应电能传输系统内的外来物体的方法。而且，本发明涉及一种感应电能传输系统和一种车辆。
【背景技术】
[0002]在行驶在路径上时，车辆需要用于驱动(S卩，推动力)的能量和用于不产生车辆推动力的辅助设备的能量。这种辅助设备包括例如发光系统、加热和/或空调系统、通风和乘客信息系统。不仅轨道限制的车辆(诸如，有轨电车)、而且公路汽车也可利用电能操作。如果行驶车辆和沿路径的电轨或线缆之间的连续电接触不被期望，则可从车载能量存储器抽取电能或可通过由路径的电线的布置结构的感应接收电能。
[0003]通过感应向车辆传输电能形成本发明的背景。用于感应电能传输的系统的初级单元的路径侧导体布置结构(初级绕组结构)产生电磁场。所述电磁场由结合在车载的接收装置中的次级绕组结构接收，以使得所述电磁场由感应产生电压。被传输的能量可用于推动车辆和/或用于其他目的，诸如给车辆的辅助设备提供能量。
[0004]这种装置的问题在于，基本不可能机械地防止外来物体(尤其由金属制成的物体)在感应电能传输系统的初级单元附近放置、尤其在初级和次级绕组结构之间的空气间隙内放置。这种外来物体例如可包括硬币、金属罐、钥匙、工具以及其他物体。由初级绕组结构产生的变化磁场可在由金属制成的外来物体中及在其他物体或流体中感应电流。这种电流可引起电能损失和物体加热。尤其在包括初级绕组结构的路径侧充电垫和接收装置之间的充电空间中放置的金属物体可在感应电能传输期间变热。外来物体加热可能对于例如尝试碰触且移除外来物体的人而言是危险的、和/或可能损坏外来物体放置的表面或初级单元的一部分。同样，被加热的物体可引起火。例如，被金属化的纸可能着火。这种被金属化的纸或其他轻包装废弃物可能例如由于天气情况例如被吹入初级和次级绕组结构之间的空间。
[0005]期望的是一种在所有可预见情况下都可靠且安全的、用于私用或公用运输车辆的感应电能传输系统。例如，如果成人或儿童将金属物体放置到所述充电空间中，则期望的是自动关闭或降载感应传输系统。
[0006]文献WO 2013/036947A2公开了用于无线能量传输系统的外来物体碎肩检测系统，其包括至少一个磁场传感器和用于测量所述至少一个磁场传感器的电参数的至少一个读数回路。所述至少一个磁场传感器定位在无线能量传输系统的磁场内。
[0007]文献GB 1222712.0(还未公开)公开了用于感应电能传输系统的安全性系统，感应电能传输系统用于向在路径的表面上的车辆传输电能。所述文献公开了检测绕组可以是LC震荡回路的一部分。
[0008]文献US 2008/0054905A1公开了金属检测器，其包括联接到模数转换器的感应线圈，模数转换器产生与位于感应线圈的有效区域中的导电物体相关的电信号的数字表征。所述文献描述了在LC震荡回路的交流电部分中的电信号被用于检测外来物体。
[0009]文献US 5，029，300公开了包括震荡回路的传感器，震荡回路包括LC谐振回路，其中，检测信号在外来无线电波到达时被抑制。
[0010]公开发表的文献WO 2014/063159A2申请以用于无线电能传输的设备、方法、以及系统为特征，它们包括以至少一个谐振器为特征的电源、以至少一个谐振器为特征的电能接收器、以一个或多个导电材料环为特征且配置成基于电源和电能接收器之间的磁场产生电信号的第一检测器、以导电材料为特征的第二检测器、以及联接到第一和第二检测器的控制电子装置，其中，在操作期间，控制电子装置配置成测量第一检测器的电信号且将第一检测器的受测电信号与用于第一检测器的基线电信息相比较，以确定有关碎肩是否在电源和电能接收器之间定位的信息。
[0011]文献JP 2014-39369公开了传输装置，其包括:用于以非接触状态与包括设置在车辆中的次级线圈的电能接收部分传输电能的初级线圈；围绕初级线圈设置的至少一个检测线圈；连接到检测线圈的谐振回路；以及连接到谐振回路以确定是否基于来自谐振回路的输出检测到物体的处理区段。检测线圈通过缠绕检测线圈线缆形成，以便围绕检测轴线的周边，且检测轴线设置成相对于竖直方向倾斜。
【发明内容】
[0012]本发明的主要用意是提供一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，其包括提供幕帘状检测体积空间的线传感器，其中，检测体积空间可用于扫描充电体积空间和/或用于检测进入充电体积空间的外来物体。
[0013]本发明可尤其将能量传输场施加到任何陆地车辆，例如，诸如轨道车辆(例如，有轨电车)的轨迹限制车辆、尤其公路汽车、诸如单独(私用)乘客汽车或公用传输车辆(例如，公共汽车)。
[0014]提出一种用于感应电能传输系统的物体检测系统，感应电能传输系统尤其用于向在路径的表面上的车辆传输电能。感应电能传输系统包括用于产生交变电磁场的初级绕组结构。而且，电能传输系统包括用于接收所述交变电磁场的次级绕组结构。由初级绕组结构产生的电磁场、或由初级绕组结构产生的电磁场和在接收第一电磁场期间由次级绕组结构产生的另一交变电磁场的叠加可被称为电能传输场。
[0015]充电体积空间被分配到感应电能传输系统。充电体积空间可表示被由初级绕组结构或由前述电能传输场产生的电磁场的磁性部分的至少一部分填充的体积空间。充电体积空间可例如表示被电磁场的至少80%、90%或95%或甚至100%填充的体积空间。尤其地，场体积空间可包括电磁场的所有场线或至少预定比例(例如，80%、90%或95% )的场线。在本篇上下文中，术语“包括”意味着由充电体积空间包括的电磁场的磁性部分的场线不延伸到充电体积空间外侧。
[0016]充电体积空间也可以是柱形体积空间。
[0017]柱形体积空间的基部区域对应于初级绕组结构的包络或初级单元的包络，并且其中，体积空间例如以预定高度沿竖直方向延伸(这将在后文说明)。柱形体积空间的基部区域可替换性地是包括初级绕组结构或初级单元的包络在内的矩形区域，并且其中，体积空间例如以预定高度沿竖直方向延伸(这将在后文说明)。
[0018]尤其地，充电体积空间可在感应电能传输期间分配到感应电能传输系统。这意味着充电体积空间以充电状态(即，在电能从初级侧传输到次级侧的情况下)提供。
[0019]这例如仅在以下情况下时是如此:初级绕组结构和次级绕组结构之间的相对位置和/或相对定向在预定的期望位置间隔和/或定向间隔内。换言之，充电体积空间可在初级和次级绕组结构的对齐状态下限定。
[0020]在本发明的上下文中，将定义以下初级侧参考坐标系统。可以是竖直轴线的第一轴线平行于由初级绕组结构产生的交变电磁场的传播主方向地定向。尤其地，第一轴线可正交于路径的平面表面或安装在路径上的充电垫地定向。可以是纵向轴线的第二轴线平行于初级绕组结构的纵向轴线地定向。这个纵向轴线可例如平行于提供初级绕组结构的电线的延伸方向。可以是横向轴线的第三轴线定向或正交于第一轴线和第二轴线。
[0021]次级侧参考坐标系统可包括可以是纵向轴线的第二轴线，第二轴线可平行于次级绕组结构的纵向轴线、例如提供次级绕组结构的电线的主延伸方向地定向。
[0022]可以是竖直轴线的次级侧参考坐标系统的第一轴线可定向或正交于包括次级绕组结构的平面或次级绕组结构的底表面。可以是横向轴线的次级侧参考坐标系统的第三轴线可定向或正交于第二和第一轴线。如果次级绕组结构安装在车辆上，则第二轴线可对应于车辆的翻滚轴线，第一轴线可对应于偏航轴线，且第三轴线可对应于车辆的俯仰轴线。如果车辆径直行驶，则第二轴线可沿车辆行驶的方向定向。
[0023]在理想对齐状态下，初级侧参考坐标系统和次级侧参考坐标系统的对应轴线可平行于彼此定向。在下文中，诸如下方、上方、前方、后方、旁边的方向术语可相关于这些参考坐标系统。
[0024]在对齐状态下，初级绕组结构的参考点、例如初级绕组结构的几何中心以沿第一、第二和第三轴线的移位相对于次级绕组结构的参考点、例如次级绕组结构的几何中心移位，其中，所述移位分别在预定期望移位间隔内。例如，在期望对齐状态下，沿第二和第三轴线的移位可以是零且沿第一轴线的移位对应于预定值，例如空气间隙的期望高度。因此，对齐状态可包括在初级和次级绕组结构之间的多个相对位置和/或相对定向。
[0025]而且，物体检测系统包括至少一个感测装置。感测装置是用于检测外来物体、尤其金属物体的装置。
[0026]感测装置具有检测体积空间。优选地，所述至少一个感测装置是线感测装置，其中，线感测装置具有幕帘状检测体积空间。尤其地，所述至少一个线感测装置及其检测体积空间可设置成:在垂直于前述第一方向的剖面上，检测体积空间的最大宽度一直大于检测体积空间的最大长度，或反之亦然。在本发明的上下文中，宽度沿第三轴线测量，长度沿第二轴线测量。
[0027]优选的是，所述至少一个感测装置被设计用于检测金属物体。然而，本发明并非受限于仅检测金属物体。也可以提供一种用于检测除了金属物体之外的其他物体的感测装置。
[0028]而且，所述至少一个感测装置设置成:使得检测体积空间尤其在先前说明的对齐状态下完全设置在充电体积空间外侧。这意味着尤其在先前说明的对齐状态下无重叠部分存在于前述充电体积空间和检测体积空间之间。如后文将更加详细说明的，该