用于感应式传输功率的装置制造方法
【专利摘要】用于感应式传输功率的装置，所述装置包括带有初级线圈(6)的初级单元(1)和带有次级线圈(6)的次级单元(2)，并且在所述装置中，所述初级线圈在初级单元和次级单元之间的传输区域中通过感应引起磁传输场(8)，并且所述装置具有偶数个检测线圈元件，所述检测线圈元件成对地反向地绕线并且形成检测对。
【专利说明】用于感应式传输功率的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于感应式传输功率的装置，所述装置包括带有初级线圈的初级单元和带有次级线圈的次级单元，并且在所述装置中，所述初级线圈在初级单元和次级单兀之间的传输区域中产生磁传输场。
【背景技术】
[0002]由现有技术已知感应式传输功率系统。例如在文献FR 2 97 114 Al中描述了一种用于车辆的感应式充电装置，所述感应式充电装置用于给车辆的电蓄能器充电。所述感应式充电装置包括带有初级线圈的底板单元和带有次级线圈的车辆单元。在两个线圈之间的距离大约为0.1-0.2m。
[0003]用于电动车辆的感应式充电装置设计为用于在若干千瓦的范围内传输功率。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，描述一种用于能量传输的经改善的装置。
[0005]该任务通过按照权利要求1的装置来解决。本发明的有利的实施形式和进一步扩展方案由从属的权利要求得出。
[0006]按照本发明，所述装置具有偶数个检测线圈元件，其中，所述检测线圈元件成对地反向地绕线并且形成用于检测感应电压的检测对。
[0007]反向地绕线在本文献的范围内意味着，在以均匀的理想的磁场贯穿检测对时，在两个检测元件中分别通过感应引起电压，并且所述两个电压是极性相反的。
[0008]按照本发明的另一种变型方案，所述检测对在至少一个串联电路中相互电连接，所述至少一个串联电路形成至少一个检测单元，所述至少一个检测单元配设有至少一个测量器件，所述测量器件用于测量在检测单元上的感应电压，并且所述至少一个检测单元安装或者能安装到传输区域中。
[0009]所述在检测对中极性相反地通过感应引起的电压串联。因此，在整个检测对上至少发生电压的部分抵消。如果所述两个检测元件除了反向绕组以外在结构上是相同的并且所贯穿的磁场是均匀的，则由检测对通过感应引起的总电压是零。这也适用于多个检测对，这些检测对也相互串联并且形成检测单元。
[0010]特别有利的是，所述至少一个检测单元在均匀的传输场中是无电压的或者感应电压低的，并且在所述至少一个检测单元上，感应电压在传输场不均匀时提高。
[0011]如果贯穿所述检测对的磁场是不均匀的，则由所述检测对或者由多个检测对通过感应引起的总电压偏离零。如果所述检测单元的其他检测对被均匀的场贯穿，则由所述检测单元通过感应引起的总电压同样偏离零。按照这种方式，本身均匀的磁场的不均匀性是可确定的。
[0012]优选地，所述装置在传输区域中具有多个检测单元，所述检测单元垂直于传输场的取向地覆盖整个传输区域。
[0013]按照本发明的另一种变型方案，所述至少一个检测单元在传输区域中在运动区域内能垂直于传输场的取向而运动，其中，所述运动区域覆盖传输区域。
[0014]因此，可以利用检测单元按照局部不均匀性来扫描所述传输场。
[0015]在这种情况中，检测单元的提高的感应电压足以来确定在传输场中的局部不均匀性。
[0016]特别有利的是，检测线圈元件的空间延伸尺寸是可调节的。
[0017]如果传输场在检测单元的位置上的局部不均匀性大约占据检测线圈元件的空间延伸尺寸的范围，则所涉及的检测对的感应电压是特别明显的。这意味着，所述检测单元在这种情况中是特别灵敏的。因此，所述检测单元的灵敏度优化到局部不均匀性的空间延伸尺寸的范围。
[0018]具有所述装置并且具有车辆的系统优选用于向车辆传输感应功率，其中，所述次级单元被车辆包括并且处于车辆的底部区域中，所述初级单元处于车辆的外部，并且所述至少一个检测元件被初级单元或者次级单元包括。
[0019]在向车辆传输功率期间，能利用检测单元来检测处于传输区域中的金属物体。
[0020]这意味着，在所述线圈之间的空间内存在高的磁场强度。
[0021]本发明基于下述考虑:
[0022]对于用于功率传输的感应式系统，例如为了向具有电气化传动系的车辆充电，现在不存在如下系统，所述系统低成本地并且可靠地识别在传输路径中的金属物体。光学系统如例如红外线照相机可能被轻易地弄脏并且仅当金属物体没有被中性物体覆盖时才检测金属物体的发热。以适当的尺寸的超声波系统识别全部相对于车辆足够大的物体。小的或者平的物体(例如硬币)不能被识别。这些系统甚至可能减少可用性，因为也可能将非金属物体识别为金属的。传统的金属检测器如例如由地质学已知的金属检测器在例如电动车辆充电时被在系统中存在的磁性的和金属的物体以及被非常强的传输场所干扰并且因此可能耗费地被集成。
[0023]在使用传统的金属检测器时，附加于传输能量的磁场地要产生检测磁场。这需要附加的花费。这种场不按照传输场的几何形状。因此造成不完全地覆盖具有危险区域的监测区域。
[0024]因此提出，将能量传输的存在的场用作励磁。通过传感器线圈的特殊构型和信号的相匹配的分析进行识别。所述方法特别适合于相对于车辆非常小的部件、例如硬币。非常大的金属异物可以通过能量传输的改变的响应而被识别。
[0025]此外，这种系统是鲁棒并且可靠的。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]以下借助附图描述本发明的优选的实施例。由此得出本发明的其他细节、优选的实施形式和进一步扩展方案。图中详细示意性地:
[0027]图1示出用于感应式传输功率的具有检测单元的装置；
[0028]图2示出用于感应式传输功率的具有检测单元的装置连同金属物体；
[0029]图3示出检测元件由z方向的视图。
【具体实施方式】
[0030]图1a不出用于感应式传输功率的装置。所述装置例如适合于向车辆传输电功率，以便例如给车辆的蓄能器充电。所述装置包括具有初级线圈(6)的初级单元(I)和具有次级线圈⑵的次级单元(2)。
[0031]所述初级线圈产生具有传输频率的磁交变场，该磁交变场按照感应原理在次级线圈上通过感应引起电压。所述电压能在车辆中用作充电电压。所述磁交变场被称为传输场。
[0032]在使用用于给车辆蓄能器感应式充电的装置时，所述次级单元可以集成在车辆的底部区域中。所述初级单元处于车辆的外部并且例如可以集成到车辆停放位置和/或车辆充电位置中。
[0033]当所述车辆通过如下方式定位在车辆充电位置中时车辆才可充电，S卩，建立次级线圈与初级线圈关于X方向和y方向的充分的空间覆盖。此外，X方向和y方向参照本领域技术人员所已知的车辆坐标系，该车辆坐标系具有沿着行驶方向的X轴、横向于行驶方向的y轴和作为车辆竖轴线的z轴。传输场在传输区域中沿着z轴定向并且在所示出的实施例中关于z轴旋转对称。
[0034]在充电时，所述初级线圈产生传输场(8),所述传输场可以关于z轴旋转对称。所述传输场的场区域被称为传输区域，该场区域在充电时处于初级单元和次级单元之间。
[0035]通过分别在初级线圈或者次级线圈的沿z方向背离传输区域的侧面上使用两个铁氧体(4、5)，可以达到传输场在传输区域中附加的集中。初级线圈和铁氧体(4)集成在第一壳体(I)中，次级线圈和铁氧体(5)集成在第二壳体(2)中。
[0036]图1b示出磁场强度沿着X轴的曲线，并且其中，空气或者另一种与传输场无相互作用的介质处于传输区域中。所述状态被称为按照规定的状态。
[0037]图2a示出按照图1a的装置连同在传输区域中在位置(xl，yl，zl)处的金属物体。当与传输场相互作用的物体、如例如金属件或者在无普遍性限制的情况下的硬币处于传输区域中时，传输场在硬币的区域中和在硬币的相邻区域中发生变化。在金属物体中的涡流通过趋肤效应将传输场排斥出其内部，在金属物体内部中，涡流始终在金属物体的内部中通过感应引起逆着传输场的磁场，该磁场被称为反向场。所述反向场与传输场叠加。在金属物体的外部也发生传输场的干扰。按照图2b，在传输区域中的磁场在位置(xl，yl, zl)处也是局部不均匀的。
[0038]图3示出检测单元(9)的一种实施方式，利用该检测单元能检测处于传输区域中的金属物体。
[0039]所述检测单元包括偶数个线圈(10)。在所述实施例中，在无普遍性限制的情况下描述八个线圈段。
[0040]检测单元的每两个线圈成对地反向地绕线并且形成线圈对，所述线圈对形成串联电路。因此，在图3中的检测单元包括四个线圈对，这些线圈对同样形成串联电路。在所述串联电路上所下降的电势的接头(Abgriff) (11、12)处于检测单元的端部上。设置有测量器件以用于测量在接头上所下降的电势并且该测量器件附加地可以包括接头。此外，数据通信可能存在于测量器件与感应式充电装置的控制和/或调节和/或分析单元之间，所述单元被称为监测单元。
[0041]如果按照图3的检测单元被按照图1b的磁场贯穿，则在每个线圈中通过感应引起电压。由线圈对的所述两个线圈通过感应引起的电压由于其反向的绕组是极性相反的，从而至少发生感应电压的部分的抵消。在检测单元上可量取的电压在这种情况中低。
[0042]如果金属物体处于传输区域中(例如下落到传输区域中的硬币)由于由涡流在硬币中引起的涡流场而发生传输场与涡流场的叠加。这造成磁场在传输区域中在图1b和图2b之间的比较中在硬币周围关于全部三个空间方向的局部干扰。在图2b中示出沿着检测单元的变化的磁场曲线。
[0043]磁场关于X轴在位置Xl处的局部变化导致如下线圈的感应电压的变化，该线圈关于X轴处于位置Xl的区域中。因为涡流场引起磁场在传输区域中的不均匀的局部变化，则成对地相邻的线圈的电压抵消在图2b中比在图1b中品质更差。在检测单元上可量取的电压在这种情况中相比于图1b而提高。特别是沿着z轴在一个区域中产生场的不均匀的局部变化，从而在确定的变化范围内所述变化也能在平面(9)中被检测。以此根据传输区域沿着z轴的范围和局部变化范围得出检测单元的指示极限。所述检测单元能通过其构型和在传输区域中的定位而匹配于给定的需求。
[0044]因此，能按照这种方式通过能在检测单元上量取的电压通过电压比较来检测与按照规定的状态偏离的状态。对此，可以将按照图1b的电压值固定地配设给所述装置作为参考电压，并且在充电过程期间将能在检测单元上量取的电压(检测电压)与按照图1b的电压值相比较。这种比较能由监测单元实施。
[0045]为了避免加热金属物体，充电过程可以在检测电压与参考电压偏离时由监测单元结束。
[0046]按照另一种实施形式，所述检测单元由偶数个线圈段构建，其中，每两个相邻的线圈段反向地绕线。这例如能利用线圈元件的辫状的绕组或者利用以8形状的绕组来实施。其他如下的绕组也是可能的，所述绕组造成检测单元的每两个线圈段关于I方向和X方向对称。
[0047]所述检测单元特别是对于如下金属物体是灵敏的，这些金属物体具有在线圈或者线圈段直径的数量级的空间延伸尺寸。按照另一种实施形式，所述检测单元包括机械装置，通过该机械装置能使线圈段或者线圈的空间延伸尺寸变化。因此带来如下优点，即，所述检测单元的灵敏度能匹配于不同的颗粒尺寸。
[0048]按照另一种实施形式，所述装置具有多个检测单元，这些检测单元关于y轴并排地设置，从而在χ-y平面内整个传输区域被检测单元覆盖。每个检测单元能配设有参考电压并且对每个检测单元进行检测电压与参考电压的比较。在检测单元中所述两个电压值偏离时可以结束充电过程。局部的偏离也通过由在相邻的检测单元之间的感应电压所出现的差值来识别。在检测单元中例如通过初级线圈向次级线圈的不完全精确的定位所产生的感应电压导致大面积的效应而不出现在相邻的检测单元之间的感应电压的差值。于是，可以继续充电过程，尽管各个检测单元具有检测电压与参考电压的偏离。
[0049]按照另一种实施形式，所述检测单元构造成可沿y方向运动的。因此，整个传输区域特别是能“搜寻”在传输区域中的小的金属颗粒。于是，检测电压曲线能根据检测单元关于y轴的位置(检测电压曲线)而测量。例如以这种方式，按照图3也能检测磁场在位置(xl，y2)处的局部变化。在所示出的实施例中，由于传输场关于z轴旋转对称的定向，在接头上所下降的电压在传输区域中的磁场不受干扰时在检测单元运动期间的变化与电压在检测到金属物体时的变化相比较是微不足道的。所述装置可以附加地固定地配设有在接头上根据检测单元关于y轴的位置的电压曲线作为参考电压曲线并且将所述参考电压曲线与检测电压曲线相比较。
【权利要求】
1.用于感应式传输功率的装置，所述装置包括带有初级线圈出)的初级单元(1)和带有次级线圈(6)的次级单元(2)，并且在所述装置中，所述初级线圈在初级单元和次级单元之间的传输区域中通过感应引起磁传输场(8)，其特征在于， -所述装置具有偶数个检测线圈元件，以及 -所述检测线圈元件成对地反向地绕线并且形成用于检测感应电压的检测对。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于， -所述检测对在至少一个串联电路中相互电连接， -所述至少一个串联电路形成至少一个检测单元， -所述至少一个检测单元配设有至少一个测量器件，所述测量器件用于测量在检测单元上的感应电压， -所述至少一个检测单元安装或者能安装到传输区域中。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于， -所述至少一个检测单元在均匀的传输场中是无电压的或者感应电压低的，以及 -在所述至少一个检测单元上感应电压在传输场不均匀时提高。
4.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于， -所述至少一个检测单元在传输区域中在运动区域内能垂直于传输场的定向而运动，以及 -所述运动区域覆盖传输区域。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于， -所述装置在传输区域中具有多个检测单元， -所述检测单元垂直于传输区域的定向地覆盖整个传输区域。
6.根据上述权利要求之一所述的装置，其特征在于， -检测线圈元件的空间延伸尺寸是可调节的。
7.系统，所述系统具有根据上述权利要求之一所述的装置并且具有车辆，所述系统用于向车辆传输感应功率，其特征在于， -所述次级单元被车辆包括并且处于车辆的底部区域中， -所述初级单元处于车辆的外部，以及 -所述至少一个检测元件被初级单元或者次级单元包括。
【文档编号】B60L11/18GK104334394SQ201380025895
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年3月20日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】J·贝格尔, J·克拉默尔 申请人:宝马股份公司