本發(fā)明涉及一種用于感應(yīng)式傳輸電功率的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

從文獻(xiàn)de4446779c2中已知，能量可以感應(yīng)式地通過變壓器傳輸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的是，改進(jìn)一種系統(tǒng)，其中可以防止錯(cuò)誤使用。

上述目的根據(jù)本發(fā)明在根據(jù)權(quán)利要求1中所述特征的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

在用于感應(yīng)式傳輸電功率的系統(tǒng)中，本發(fā)明的重要特征是，車輛具有金屬部件和次級線圈，該次級線圈具有次級繞組和設(shè)置為線圈芯的鐵氧體材料，其中，初級繞組靜止地布置，為該初級繞組連接、尤其串聯(lián)或并聯(lián)電容器用于形成振蕩電路，其中用于確定振蕩電路的共振頻率的處理單元/分析單元/評估單元與初級繞組電連接，其中，設(shè)有用于將所確定的共振頻率與第一頻率值f1和/或與第二頻率值f2比較的元件，尤其該元件的至少一個(gè)輸出用于驅(qū)控致動(dòng)器、如繼電器或類似裝置。

這樣的優(yōu)點(diǎn)是，隨著超過值f1可以實(shí)現(xiàn)車輛的到達(dá)，并通過低于值f2的情況可識別出車輛的包括鐵氧體材料的次級線圈在初級繞組上到達(dá)感應(yīng)式耦合的最優(yōu)位置。因此僅須確定振蕩電路的相應(yīng)的當(dāng)前的共振頻率，即優(yōu)選以重復(fù)的方式定期確定。因此可以防止錯(cuò)誤使用。僅當(dāng)次級線圈存在時(shí)才會(huì)釋放初級電流，并進(jìn)而對車輛進(jìn)行充電，尤其對車輛的蓄能器充電。但是沒有次級繞組的情況下不對車輛充電。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，在初級繞組上布置另外的鐵氧體材料，該鐵氧體材料的作用是作為初級繞組的線圈芯。這樣有利的是，也可以設(shè)計(jì)為從車輛方面實(shí)施識別。因?yàn)殍F氧體材料在此還具有如下作用，該鐵氧體材料可以影響包括電容器和次級線圈的其它振蕩電路的共振頻率。尤其當(dāng)車輛靠近初級繞組并進(jìn)而當(dāng)布置在初級繞組上的鐵氧體材料靠近次級繞組時(shí)，降低了這個(gè)共振頻率。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，第一頻率值f1大于第二頻率值f2，尤其第一頻率值f1大于在車輛不存在時(shí)振蕩電路所具有的共振頻率，尤其第二頻率值f2小于在車輛不存在時(shí)振蕩電路所具有的共振頻率。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，車輛的金屬部件具有增大共振頻率的作用，即車輛在超過較高的頻率f1時(shí)可識別，并且一旦次級線圈的鐵氧體材料足夠近地靠近初級繞組時(shí)，次級線圈的鐵氧體材料就降低該共振頻率。因此可以設(shè)計(jì)為在低于較小的頻率f2時(shí)識別次級線圈的鐵氧體材料、即進(jìn)而識別可感應(yīng)式充電的車輛。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，次級線圈被至少一個(gè)金屬部件包圍，尤其沿貫通次級線圈的平面取向，該平面平行于車輛的行駛平面。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)車輛靠近初級繞組時(shí)首先金屬部件到達(dá)初級繞組的近距離區(qū)域、即敏感區(qū)域中，從而提高了共振頻率。當(dāng)次級線圈的鐵氧體材料到達(dá)初級繞組的近距離區(qū)域、即敏感區(qū)域中時(shí)，才可以實(shí)現(xiàn)共振頻率的降低。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，包括電容器的饋電單元可以由元件這樣驅(qū)控，使得在低于第二頻率值f2時(shí)由饋電單元向初級繞組中施加中頻的電流，尤其使得在超過第二頻率值f2時(shí)切斷由饋電單元向初級繞組中施加的中頻電流。這樣的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省能量，因?yàn)橹灰R別到?jīng)]有車輛存在就可以關(guān)閉饋電單元。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，處理單元具有振蕩器，可以控制該振蕩器產(chǎn)生的頻率。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，可以以簡單的方式確定共振頻率，即由振蕩器產(chǎn)生的頻率被輸送給振蕩電路，并檢測在振蕩器中的電流、相應(yīng)的電壓或阻抗，從而如此控制由振蕩器產(chǎn)生的頻率，使得檢測到的值被調(diào)整到最優(yōu)值。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，處理單元具有控制器，向該控制器輸送振蕩器的物理量的檢測到的值、尤其電流或電壓，如此調(diào)節(jié)振蕩器的頻率，使得可達(dá)到物理量的最優(yōu)值。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，可以以簡單的方式確定共振頻率，方式是由振蕩器產(chǎn)生的頻率被輸送給振蕩電路并檢測振蕩器中的電流、相應(yīng)的電壓或阻抗，從而如此控制由振蕩器產(chǎn)生的頻率，使得檢測到的值被調(diào)整到最優(yōu)值。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，為次級線圈連接、尤其串聯(lián)或并聯(lián)另一電容器用于形成一個(gè)另外的振蕩電路，其中布置在車輛上的、用于確定所述另外的振蕩電路的共振頻率的一個(gè)另外的處理單元與次級線圈電連接，其中設(shè)置另一個(gè)、尤其由處理單元所包括的元件，該元件用于將所述另外的振蕩電路的確定的共振頻率與第三頻率值f1和/或第四頻率值f2比較。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，也可以從車輛側(cè)進(jìn)行識別。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，第三頻率值大于第四頻率值，尤其其中第三頻率值大于在不存在車輛的情況下所述另外的振蕩電路具有的共振頻率，尤其其中，第四頻率值小于在不存在車輛的情況下另外的振蕩電路具有的共振頻率。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，可以以簡單的方式進(jìn)行初級繞組的識別。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，另外的處理單元具有振蕩器，該振蕩器產(chǎn)生的頻率是可控的。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，可以以簡單的方式確定共振頻率。為此如此控制該振蕩器的頻率，使得檢測到的量達(dá)到其最優(yōu)值，例如在將振蕩電路設(shè)計(jì)為并聯(lián)振蕩電路時(shí)輸送給該振蕩電路的電流最小，或在將振蕩電路設(shè)計(jì)為串聯(lián)振蕩電路時(shí)輸送給該振蕩電路的電流最大。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，該另外的處理單元具有控制器，向該控制器輸送另外的處理單元的振蕩器的物理量的檢測到的值、尤其電流或電壓，并如此調(diào)節(jié)振蕩器的頻率，使物理量達(dá)到最優(yōu)值。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，簡單的控制器、尤其線性控制器就足夠了。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，初級繞組設(shè)置為除了初級線圈以外的導(dǎo)線環(huán)；尤其其中能夠?qū)Τ跫壘€圈施加中頻的電流用于向車輛的次級線圈傳遞功率；其中初級線圈與初級繞圈電流分離；尤其其中初級線圈和初級繞組設(shè)計(jì)為平面的、尤其設(shè)計(jì)為扁平卷繞，并彼此平行地布置，尤其是靜止的、即尤其布置在地面?zhèn)?。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，初級繞組僅用于識別車輛，而初級線圈用于功率傳輸。因此初級線圈的繞組線的橫截面是初級繞組的繞組線的橫截面的至少十倍大。

在一有利的設(shè)計(jì)方案中，可控制的開關(guān)、尤其短路器布置在車輛上用于使次級繞組短路，其中用于產(chǎn)生可控制的開關(guān)的節(jié)拍化的、尤其均勻節(jié)拍化的或脈寬調(diào)制的驅(qū)控信號的元件布置在車輛上，尤其其中設(shè)置處理元件用于探測由驅(qū)控信號造成的確定的共振頻率的失諧，處理元件尤其布置在靜止側(cè)、尤其布置在處理單元中。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，可以在時(shí)間上反復(fù)地使次級線圈短路，阻抗的由此造成的相應(yīng)交替的變化相應(yīng)使共振頻率失諧。借助于這個(gè)失諧變化的識別可以將信息從車輛傳遞到靜止側(cè)。尤其可以識別如下信息，即車輛是可充電的，這是因?yàn)槔畿囕v的蓄能器沒有完全充滿電。此外借助于用于短路器的驅(qū)控信號的占空比或占空比的調(diào)制可以傳遞另外的信息，例如最大許可充電功率或類似信息。

從屬權(quán)利要求中得出另外的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不局限于權(quán)利要求中的特征組合。尤其從任務(wù)提出和/或通過與現(xiàn)有技術(shù)的比較提出的任務(wù)中為本領(lǐng)域技術(shù)人員得出權(quán)利要求和/或單獨(dú)的權(quán)利要求特征和/或說明和/或附圖的特征的其它重要的組合可能性。

附圖說明

下面根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明：

在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的充電布置結(jié)構(gòu)，用于將能量感應(yīng)式地傳輸?shù)杰囕v上。

在圖2中示出充電布置結(jié)構(gòu)的初級側(cè)的依賴于車輛位置x的共振頻率f。

在圖3中區(qū)別于圖1示意性示出通過控制次級線圈12短路實(shí)現(xiàn)的附加存在的數(shù)據(jù)傳輸。

在圖4中示意性示出對應(yīng)于圖3的時(shí)間變化曲線，具有時(shí)間軸t，尤其是時(shí)間點(diǎn)t1對應(yīng)于圖2中的位置x1，時(shí)間點(diǎn)t2對應(yīng)于圖2中的位置x2。

具體實(shí)施方式

如在附圖中所示，包括車輪13的車輛11在其底部具有次級線圈12，該次級線圈具有由鐵氧體制成的線圈芯。

該車輛在其底部具有金屬材料，該金屬材料能導(dǎo)電。在此重要的是，在初級繞組中施加的交流電使用中頻的情況下，所述材料并不加強(qiáng)磁場，而是產(chǎn)生抑制磁場的作用。在這種中頻的情況下主要抑制磁場、中頻的交變磁場的引導(dǎo)被阻止或與低頻相比至少被強(qiáng)烈減小。材料在中頻范圍內(nèi)的性能不是鐵磁性的，雖然這種材料在低頻的范圍內(nèi)具有鐵磁性能。

而車輛的次級線圈12與初級繞組9一樣具有鐵氧體，該鐵氧體產(chǎn)生加強(qiáng)磁場的作用。

布置在地面上的、即靜止設(shè)置的初級繞組9被饋電單元10施加中頻的交流電。該饋電單元在此也具有電容器，該電容器與初級繞組9共同形成振蕩電路。在沒有車輛11的情況下，該振蕩電路的共振頻率的值是頻率值f0。

當(dāng)車輛11靠近初級繞組時(shí)，車輛的金屬部件首先進(jìn)入初級繞組9的敏感區(qū)域中并通過金屬的、即能導(dǎo)電的部件的抑制磁場的作用降低初級繞組9的電感。同時(shí)提高了共振頻率f。但一旦次級線圈連同其鐵氧體線圈芯進(jìn)入到初級繞組9的敏感區(qū)域中，則初級繞組的電感增大并進(jìn)而降低共振頻率f。

以這種方式，通過識別到共振頻率f超過值f1的情況可以進(jìn)行車輛的識別。同樣也可以實(shí)施對具有鐵氧體的次級線圈的存在與否的識別，其方式是識別出共振頻率低于值f2。

在此值f2小于值f1，同時(shí)值f2也小于值f0、即小于在不存在車輛11的情況下的共振頻率的值。同樣值f1大于值f0。

優(yōu)選僅當(dāng)饋電單元10向初級繞組9中不施加中頻電流時(shí)，才進(jìn)行共振頻率f的確定。

一旦識別到車輛11存在，該車輛具有包括鐵氧體材料的次級線圈12，則由饋電單元10向初級繞組9中施加中頻的電流，在存在鐵氧體材料的情況下該電流的共振頻率f相當(dāng)于振蕩電路的共振頻率。

為進(jìn)行識別設(shè)置處理單元1，當(dāng)識別到金屬的、即能導(dǎo)電的部件靠近時(shí)，即共振頻率超過值f1時(shí)，該處理單元驅(qū)控(6)并進(jìn)而接通第一繼電器k1，在識別到鐵氧體材料靠近時(shí)，即共振頻率低于值f2時(shí)，驅(qū)控(6)并進(jìn)而接通第二繼電器k2。

處理單元1為此與初級繞組9借助于捻合的引線8連接。借助于捻合的引線8將初級繞組9與變送器7、尤其電流斷耦的變壓的變送器7的初級側(cè)連接。變送器7的次級側(cè)與具有可控制的共振頻率f的振蕩器4連接，該振蕩器由電壓源3供電，該電壓源與交流電壓供電系統(tǒng)2連接。微處理器5如此驅(qū)控振蕩器，使得由振蕩器4產(chǎn)生的頻率f被調(diào)整到由初級繞組9和饋電單元所具有的電容器形成的振蕩電路的共振頻率。為此例如獲取振蕩器中的電流并且通過調(diào)整振蕩器4的頻率調(diào)整至最優(yōu)值。例如當(dāng)振蕩電路設(shè)計(jì)為并聯(lián)振蕩電路時(shí)，最優(yōu)值是最小值，當(dāng)振蕩電路另選地設(shè)計(jì)為串聯(lián)振蕩電路時(shí)，最優(yōu)值是最大值。

因此不僅向微處理器5輸送檢測到的振蕩器4的電流值，而且在微處理器5中還設(shè)置控制器，該控制器例如設(shè)計(jì)為線性控制器，如p控制器、pi控制器或pid控制器。

一旦控制器的驅(qū)控值、即振蕩器4的頻率f超過頻率值f1，微處理器就輸出用于繼電器k1的驅(qū)控信號。

一旦控制器的驅(qū)控值、即振蕩器4的頻率f低于頻率值f2，微處理器就輸出用于繼電器k2的驅(qū)控信號。

通過繼電器k1的接通，例如可以以聲學(xué)、光學(xué)的方式示出警告信號或可以通過通信通道報(bào)告警告信號，這是因?yàn)樽R別到車輛11，但是不能進(jìn)行感應(yīng)式傳輸。

但當(dāng)驅(qū)控繼電器k2時(shí)，接通饋電單元10，從而實(shí)施從初級繞組9向次級線圈12的能量傳輸。傳輸?shù)哪芰恐辽俨糠值卮嬖谲囕v11的蓄能器中。當(dāng)車輛11離開初級繞組9敏感區(qū)域后，關(guān)閉饋電單元10。因此可以節(jié)約能量損失，因?yàn)轲侂婋妷旱膬?chǔ)備要求向饋電單元10輸入能量。

通過如下方式也改善了車輛11在初級繞組9上的定位，即如此控制該位置，使得由處理單元1確定的共振頻率f達(dá)到最小。因?yàn)殍F氧體材料降低共振頻率，并且當(dāng)次級線圈12至初級繞組9的感應(yīng)式耦合強(qiáng)度最大時(shí)，共振頻率降幅最大。

如圖2所示，車輛11的位置x進(jìn)而與其相對于次級線圈12與初級繞組9之間的最佳感應(yīng)式耦合的位置之間的距離線性相關(guān)。

在第一位置x1時(shí)，在此識別到車輛到達(dá)初級繞組12，共振頻率達(dá)到頻率值f1。

在第二位置x2時(shí)，在此識別到車輛的具有鐵氧體的次級線圈的存在，共振頻率達(dá)到頻率值f2。

在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，另選或附加地在車輛方面進(jìn)行所述識別。為此設(shè)有處理單元與次級線圈連接。當(dāng)車輛11靠近初級繞組9時(shí)，通過由次級線圈和布置在車輛上電容器形成的振蕩電路的共振頻率降到低于預(yù)定的閾值，識別到布置在初級繞組上的作為線圈芯的鐵氧體。

在另一根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，除了直接使用初級繞組用于識別車輛外，另選地將初級繞組設(shè)計(jì)為獨(dú)立的導(dǎo)線環(huán)，尤其在初級線圈內(nèi)部可以設(shè)想在其它相同功能的情況下作為探測繞組。因此實(shí)現(xiàn)了僅用于功率傳輸?shù)某跫壘€圈9與僅用作識別車輛的、設(shè)計(jì)為導(dǎo)線環(huán)的初級繞組的電流分離。初級線圈和初級繞組兩者都布置在地面上，線圈繞組優(yōu)選設(shè)計(jì)為相對彼此并聯(lián)布置的、平面的繞組，但是相對彼此電流分離。

如在圖3和圖4中所示，在相應(yīng)的根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在靜止側(cè)設(shè)置處理單元30，該處理單元使得能夠探測阻抗的調(diào)制。根據(jù)識別的調(diào)制的信號，釋放并控制饋電單元。

在車輛側(cè)還附加地設(shè)置可控制的開關(guān)32，該開關(guān)可以被用于使次級線圈32短路。開關(guān)32的對應(yīng)的驅(qū)控信號31由車輛電子電路產(chǎn)生或在靜止側(cè)通過通信通道、例如紅外線或無線電發(fā)射并由車輛接收。

開關(guān)32、尤其短路器連接在整流器輸入側(cè)，從整流器中可以向車輛的蓄能器34饋電。

調(diào)制的短路造成相應(yīng)的阻抗變化，可以在靜止側(cè)探測到該阻抗變化。因此驅(qū)控信號31產(chǎn)生二進(jìn)制的阻抗-轉(zhuǎn)換信號，由此車輛在實(shí)現(xiàn)靜止側(cè)的定位后可以傳播信息。

為此可驅(qū)控的電子開關(guān)32在循環(huán)的交替中使次級回路、即車輛探測(fahrzeug-pick-up)短路，然后再斷開次級回路。

這通過精確確定的頻率f_pkw和/或附加地通過限定的占空比δ_pkw、即接通時(shí)間相對于關(guān)閉時(shí)間的比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)。

由此可以在開始充電之前、即在用于數(shù)據(jù)傳輸40的時(shí)間段中向靜止側(cè)傳輸關(guān)于車輛型號和/或預(yù)期的充電功率的信息，該時(shí)間段設(shè)置在充電、即能量傳輸41的時(shí)間段之前。

在靜止側(cè)上可以將短路的和空轉(zhuǎn)的次級線圈之間的交替識別為交替的、尤其轉(zhuǎn)換的阻抗。

在作為線圈探測器起作用的處理單元1中，雖然以靜止側(cè)上的固有頻率f0激勵(lì)系統(tǒng)，但是由于交替的阻抗相應(yīng)以δf失諧，由此可以將轉(zhuǎn)換的阻抗識別為頻率轉(zhuǎn)換。

如此得到的信息、例如充電功率、釋放信息被用于控制功率級別。

當(dāng)蓄能器充滿時(shí)，因此車輛應(yīng)僅停放但不再加載能量，借助于沒有產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換信號可以阻止能量傳輸。

在改進(jìn)方案中，借助于在車輛中相應(yīng)設(shè)置的短路器也可以在功率傳輸期間對探測線圈短路，這是因?yàn)樵撎綔y線圈具有電源性能。

在靜止側(cè)以如此方式可以看到這種短路的探測線圈，即不能實(shí)現(xiàn)控制的功率，尤其在能量傳輸41期間。如果識別出這種狀態(tài)，則饋電單元完全停止功率輸出。隨后再次存在如下可能性，即車輛通過新的“阻抗轉(zhuǎn)換循環(huán)”向靜止側(cè)傳輸新的、變化的充電設(shè)定并繼續(xù)或再次開始充電過程。

附圖標(biāo)記列表：

1處理單元

2交流電壓供電系統(tǒng)

3產(chǎn)生電壓供電

4具有可控制的共振頻率的振蕩器

5微處理器

6繼電器(k1、k2)的驅(qū)控

7變送器、尤其電流斷耦的變壓的變送器

8捻合的引線

9尤其在地面上靜止地布置的初級繞組

10包括交流電源和電容器的中頻的饋電單元

11車輛

12次級線圈，包括由鐵氧體制成的線圈芯

12車輪

20頻率的提高

21頻率的減小

30處理單元

31驅(qū)控信號

32開關(guān)、尤其短路器

33整流器

34蓄能器

40數(shù)據(jù)傳輸

41能量傳輸

f頻率

f0在不存在車輛的情況下的共振頻率

f1第一頻率值

f2第二頻率值

k1第一繼電器

k2第二繼電器

x車輛的相對位置

x1第一位置，在該位置中識別到車輛到達(dá)

x2第二位置，在該位置中識別到車輛的具有鐵氧體的次級線圈的存在