用于确定相对位置和/或定向的系统和控制单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于确定感应电能传输系统、尤其是用于向车辆传输电能的系统的初级绕组结构与次级绕组结构之间的相对位置和/或定向的系统。另外，本实用新型还涉及一种用于在这种系统中使用的控制单元。
【背景技术】
[0002]车辆、尤其是轨道车辆和/或道路汽车可通过借助于感应电能传输而传输的电能来操作。这种车辆可包括适于接收交变电磁场并通过电磁感应产生交流电的所谓接收装置或次级单元。这种接收装置可包括或提供所谓的次级绕组结构。另外，这种车辆可包括适于将交流电(AC)转换为直流电(DC)的整流器。DC可用于对牵引电池进行充电或操作电机。整流器将通过接收装置提供的AC转换为DC。
[0003]感应电能传输通常使用通过初级绕组结构产生交变电磁场的初级单元和包括用于接收所述电磁场的接收装置的次级单元来实施。初级单元和次级单元例如可分别包括一组提供了上述初级和次级绕组结构的三相绕组。一组初级单元绕组可安装在地面上(初级绕组)且可由路侧功率转换器(WPC)来馈送。一组次级单元绕组安装在车辆上。例如，第二组绕组可附接在车辆下方，在有轨电车的情况下是在其一些运输车下方。第一和第二侧可以是用于将电能传输至车辆的高频变压器的一部分。该传输可在静态(车辆不移动)时进行或在动态(车辆移动)时进行。
[0004]US 7，454，170 B2公开了一种感应传送系统，其用于在第一和第二装置之间进行传送感应电能和双工数据信号。该传送系统包括:两个装置之间的双向感应通道；发送器，其用于将电能信号以第一频率在感应通道上从第一装置传送至第二装置；第一调制装置，其用于以第一调制频率来调制第一数据信号；和第二调制装置，其用于以第二调制频率来调制第二数据信号。另外，发送器将调制的第一数据信号在感应通道上从第一装置发送至第二装置，并将调制的第二数据信号在感应通道上从第二装置发送至第一装置。第一调制频率和第二调制频率是两者区别的至少一个因素。
[0005]感应电能传输通常要求车辆侧次级绕组结构相对于初级绕组结构的正确定位，以便最大化传输电能的量，也以便满足安全要求并保证电磁兼容性。
[0006]W0 2011/127455 A2公开了一种与车辆相联的无线电能天线的无线充电和无线电能对齐装置。
[0007]W0 2014/023595 A2公开了一种车辆和一种感应充电单元，其中，感应充电单元包括初级线圈且车辆包括次级线圈。另外，在充电位置，次级线圈相对于初级线圈位于优选的空间位置范围，从而使得:为了设置充电位置，该系统借助于电磁波测距和角度测量使用三角法来确定位置，该位置描述次级线圈相对于初级线圈的随时间变化的空间位置。该系统借助于该位置和充电位置来检测至少一个空间驱动方向，充电位置的位置可沿着该至少一个空间驱动方向来接近。
[0008]该文献公开了感应电能传输(IPT)单元、即初级单元或次级单元的通信天线。
[0009]构件公差和环境影响可导致用于确定相对位置和/或定向的发送器装置的解谐。这种解谐因此可导致测量误差和不精确的结果。通常，需要进行系统的耗时的校准，以便提供需要的结果的精确度。
[0010]存在的技术问题是提供一种用于确定感应电能传输系统的初级和次级绕组结构之间的相对位置和/或定向的系统，以及相应的控制单元，其中，结果的精确度被改进。
【实用新型内容】
[0011]所述技术问题的解决方案通过具有权利要求1和10的特征的主题来提供。本实用新型的其他有益实施例由从属权利要求的主题来提供。
[0012]—种用于确定用于感应电能传输、尤其到车辆的感应电能传输的系统的初级绕组结构与次级绕组结构之间的相对位置和/或定向的方法可通过所提出的系统来实施。用于感应电能传输的系统可包括具有初级绕组结构的初级单元和具有次级绕组结构的次级单元。车辆可包括具有次级绕组结构的次级单元，所述次级绕组结构用于接收由初级单元的初级绕组结构产生的交变电磁场。在初级绕组结构通电或被供送操作电流的情况下，初级绕组结构产生交变电磁场。初级单元可包括构件的全体或子集，用于感应电能传输的交变电磁场通过所述构件来产生。相应地，次级单元可包括构件的全体或子集，用于感应电能传输的交变电磁场通过所述构件被接收且提供相应的输出电压。
[0013]初级单元可通过感应电能传输垫来提供。这种垫可安装在道路或停车位置的表面，或可集成在这种表面内。
[0014]初级单元、尤其是初级侧控制单元可包括至少一个初级侧通信器件，例如用于数据通信的初级侧收发器单元(发送器/接收器单元)。相应地，次级单元、尤其是次级侧控制单元也可包括用于数据通信的收发器单元(发送器/接收器单元)。这种收发器可由蓝牙"收发器、WLAN收发器或超宽带收发器(UWB)来提供。
[0015]本实用新型可尤其应用于感应电能传输到任何陆上车辆(例如轨道车辆，比如有轨车辆(例如有轨电车))的领域。尤其地，本实用新型涉及感应电能传输到道路汽车、比如个人(私用)乘用客车或公共运输车辆(例如公共汽车)的领域。
[0016]在下文中，可参照初级侧坐标系统和次级侧坐标系统。初级侧坐标系统可以是初级绕组结构的坐标系统，而次级侧坐标系统可以是次级绕组结构的坐标系统。
[0017]初级侧坐标系统可包括第一轴线，其也可被称为纵向轴线，其中，第一轴线可以是初级绕组结构的纵向轴线或平行于该纵向轴线延伸。第二轴线(其也可被称为横向轴线)可以是初级绕组结构的横向轴线或平行于该横向轴线延伸。第三轴线(其也可被称为竖直轴线)可定向为垂直于第一和第二轴线。第三轴线可平行于期望的电能传输方向、即从初级单元至次级单元定向。竖直轴线在从初级单元指向次级单元的情况下可以从底到顶地定向。
[0018]次级侧坐标系统也可包括第一轴线，其可被称为纵向轴线，其中，第一轴线可以是次级绕组结构的纵向轴线或平行于该纵向轴线延伸。次级绕组结构的第二轴线可被称为横向轴线，其中，第二轴线可以是次级绕组结构的横向轴线或可平行于该横向轴线延伸。第三轴线可被称为次级绕组结构的竖直轴线且可定向为垂直于次级绕组结构的第一和第二轴线。次级绕组结构的第三轴线可平行于期望的电能传输方向定向。
[0019]在下文中，长度可沿着第一轴线测量，宽度可沿着第二轴线测量，且高度可沿着第三轴线测量。关于方向、比如“上方”、“下方”、“前方”、“旁边”的方向性术语可涉及上述相应坐标系统的纵向、横向和竖直轴线。
[0020]初级侧坐标系统的原点可对应于初级绕组结构的几何中心。相应地，次级侧坐标系统的原点可对应于次级绕组结构的几何中心。
[0021]初级和/或次级绕组结构可包括至少一个子绕组结构。子绕组结构可由绕组结构的至少一个区段来提供。尤其地，子绕组结构可提供环圈或线圈，其中，环圈或线圈由绕组结构的一个或多个区段来提供。绕组结构可沿着相应的坐标系统的纵向轴线延伸。优选地，绕组结构包括沿着纵向轴线延伸的多个子绕组结构。在该情况下，绕组结构的相继的子绕组结构可沿着所述纵向轴线彼此相邻地布置。彼此相邻可意味着，子绕组的中心轴线、尤其是对称轴线彼此间隔开，例如沿着纵向轴线以预定距离间隔开。环圈或线圈可以是圆形形状、椭圆形形状或矩形形状。
[0022]可使绕组结构包括沿着相应坐标系统的纵向轴线延伸的至少一个绕组区段和沿着相应坐标系统的横向轴线延伸的至少一个绕组区段。因此，绕组结构、尤其是每个子绕组结构可由大致地或完全地平行于纵向轴线延伸的区段和大致地或完全地平行于横向轴线延伸的区段来提供。尤其地，每个子绕组可由大致地或完全地平行于纵向轴线延伸的两个区段和大致地或完全地平行于横向轴线延伸的两个区段来提供。
[0023]如果次级绕组结构接近初级绕组结构，例如在车辆接近初级单元的情况下，通信链路就可建立在初级单元和次级单元之间。一个单元、优选是初级单元可定期地播送状态信息。在该情况下，初级单元提供了服务器。所述状态信息可通过接近初级单元的次级单元来接收。次级单元提供了客户端。在接收到状态信息时，客户端可打开建立到服务器的通信链路，从而要求安全通道和更详细的状态数据。于是，该通信链路用作初级和次级单元之间的双向通信通道。所建立的通信可以是无线通信，例如基于蓝牙?的通信，基于WLAN的通信或超宽带通信。
[0024]至少一个初级侧发送器、例如第一初级侧发送器发送第一定位信号。在本实用新型的上下文中，术语“初级侧”可意味着，相应元件相对于初级侧坐标系统位置固定地布置。尤其地，初级侧元件在初级侧坐标系统中的位置和/或定向是已知的。并且，术语“初级侧”可意味着，相应元件是初级单元的一部分。
[0025]初级侧发送器可由用于数据通信的初级侧收发器来提供。因此，第一定位信号可以是待发送至次级单元的数据信号。第一定位信号可编码所需要的信息。
[0026]尤其地，第一初级侧发送器可以是用于发送在用于感应电能传输的系统的运行时间产生的各种信息的发送器。优选地，第一初级侧发送器不是信标发送器(这将在下文解释)。初级侧收发器单元可用于双向通信。
[0027]另外，至少一个次级侧接收器接收第一定位信号。次级侧接收器可以是上述次级侧收发器的一部分。该次级侧收发器也可以是用于与初级单元双向通信的收发器。在本实用新型的上下文中，术语“次级侧”可意味着，相应元件相对于次级侧坐标系统位置固定地布置。尤其地，次级侧元件在次级侧坐标系统中的位置是已知的。并且，术语“次级侧”可意味着，相应元件可以是次级单元的一部分。
[0028]第一定位信号可应来自次级单元的要求而发送。替代性地，第一定位信号可定期地发送。第一定位信号可以是在初级和次级单元之间建立的(双向)通信内发送的信号。替代性地，第一定位信号可以是定期地发送的播送信号。这种播送信号可表示为非定向播送的“公告”消息。如上所述，第一定位信号可以是蓝牙?信号、WLAN信号或超宽带信号。
[0029]根据本实用新型，相对位置和/或定向可通过次级侧控制单元根据接收信号的至少一个信号特征来确定(第一备选方案，基于信号特征的确定)。所述至少一个信号特征可例如是接收的第一定位信号的信号强度(接收信号强度)。接收信号强度可由接收信号强度指示(RSSI)来表示。另外，信号特征可以是第一定位信号的飞行时间(time of flight)，即，从初级单元至次级单元的传送持续时间。
[0030]基于接收信号的信号强度和/或基于飞行时间，可确定初级绕组结构与次级绕组结构之