物體檢測系統(tǒng)和用于檢測感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)中的外來物體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的物體檢測系統(tǒng)，感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)尤其用于向在路徑的表面上的車輛傳輸電能。而且，本發(fā)明涉及一種用于檢測在感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)內(nèi)的外來物體的方法。而且，本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)和一種車輛。
【背景技術(shù)】
[0002]在行駛在路徑上時，車輛需要用于驅(qū)動(S卩，推動力)的能量和用于不產(chǎn)生車輛推動力的輔助設(shè)備的能量。這種輔助設(shè)備包括例如發(fā)光系統(tǒng)、加熱和/或空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)和乘客信息系統(tǒng)。不僅軌道限制的車輛(諸如，有軌電車)、而且公路汽車也可利用電能操作。如果行駛車輛和沿路徑的電軌或線纜之間的連續(xù)電接觸不被期望，則可從車載能量存儲器抽取電能或可通過由路徑的電線的布置結(jié)構(gòu)的感應(yīng)接收電能。
[0003]通過感應(yīng)向車輛傳輸電能形成本發(fā)明的背景。用于感應(yīng)電能傳輸?shù)南到y(tǒng)的初級單元的路徑側(cè)導(dǎo)體布置結(jié)構(gòu)(初級繞組結(jié)構(gòu))產(chǎn)生電磁場。所述電磁場由結(jié)合在車載的接收裝置中的次級繞組結(jié)構(gòu)接收，以使得所述電磁場由感應(yīng)產(chǎn)生電壓。被傳輸?shù)哪芰靠捎糜谕苿榆囕v和/或用于其他目的，諸如給車輛的輔助設(shè)備提供能量。
[0004]這種裝置的問題在于，基本不可能機械地防止外來物體(尤其由金屬制成的物體)在感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的初級單元附近放置、尤其在初級和次級繞組結(jié)構(gòu)之間的空氣間隙內(nèi)放置。這種外來物體例如可包括硬幣、金屬罐、鑰匙、工具以及其他物體。由初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化磁場可在由金屬制成的外來物體中及在其他物體或流體中感應(yīng)電流。這種電流可引起電能損失和物體加熱。尤其在包括初級繞組結(jié)構(gòu)的路徑側(cè)充電墊和接收裝置之間的充電空間中放置的金屬物體可在感應(yīng)電能傳輸期間變熱。外來物體加熱可能對于例如嘗試碰觸且移除外來物體的人而言是危險的、和/或可能損壞外來物體放置的表面或初級單元的一部分。同樣，被加熱的物體可引起火。例如，被金屬化的紙可能著火。這種被金屬化的紙或其他輕包裝廢棄物可能例如由于天氣情況例如被吹入初級和次級繞組結(jié)構(gòu)之間的空間。
[0005]期望的是一種在所有可預(yù)見情況下都可靠且安全的、用于私用或公用運輸車輛的感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)。例如，如果成人或兒童將金屬物體放置到所述充電空間中，則期望的是自動關(guān)閉或降載感應(yīng)傳輸系統(tǒng)。
[0006]文獻(xiàn)WO 2013/036947A2公開了用于無線能量傳輸系統(tǒng)的外來物體碎肩檢測系統(tǒng)，其包括至少一個磁場傳感器和用于測量所述至少一個磁場傳感器的電參數(shù)的至少一個讀數(shù)回路。所述至少一個磁場傳感器定位在無線能量傳輸系統(tǒng)的磁場內(nèi)。
[0007]文獻(xiàn)GB 1222712.0(還未公開)公開了用于感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的安全性系統(tǒng)，感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)用于向在路徑的表面上的車輛傳輸電能。所述文獻(xiàn)公開了檢測繞組可以是LC震蕩回路的一部分。
[0008]文獻(xiàn)US 2008/0054905A1公開了金屬檢測器，其包括聯(lián)接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器的感應(yīng)線圈，模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生與位于感應(yīng)線圈的有效區(qū)域中的導(dǎo)電物體相關(guān)的電信號的數(shù)字表征。所述文獻(xiàn)描述了在LC震蕩回路的交流電部分中的電信號被用于檢測外來物體。
[0009]文獻(xiàn)US 5，029，300公開了包括震蕩回路的傳感器，震蕩回路包括LC諧振回路，其中，檢測信號在外來無線電波到達(dá)時被抑制。
[0010]公開發(fā)表的文獻(xiàn)WO 2014/063159A2申請以用于無線電能傳輸?shù)脑O(shè)備、方法、以及系統(tǒng)為特征，它們包括以至少一個諧振器為特征的電源、以至少一個諧振器為特征的電能接收器、以一個或多個導(dǎo)電材料環(huán)為特征且配置成基于電源和電能接收器之間的磁場產(chǎn)生電信號的第一檢測器、以導(dǎo)電材料為特征的第二檢測器、以及聯(lián)接到第一和第二檢測器的控制電子裝置，其中，在操作期間，控制電子裝置配置成測量第一檢測器的電信號且將第一檢測器的受測電信號與用于第一檢測器的基線電信息相比較，以確定有關(guān)碎肩是否在電源和電能接收器之間定位的信息。
[0011]文獻(xiàn)JP 2014-39369公開了傳輸裝置，其包括:用于以非接觸狀態(tài)與包括設(shè)置在車輛中的次級線圈的電能接收部分傳輸電能的初級線圈；圍繞初級線圈設(shè)置的至少一個檢測線圈；連接到檢測線圈的諧振回路；以及連接到諧振回路以確定是否基于來自諧振回路的輸出檢測到物體的處理區(qū)段。檢測線圈通過纏繞檢測線圈線纜形成，以便圍繞檢測軸線的周邊，且檢測軸線設(shè)置成相對于豎直方向傾斜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的主要用意是提供一種用于感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的物體檢測系統(tǒng)，其包括提供幕簾狀檢測體積空間的線傳感器，其中，檢測體積空間可用于掃描充電體積空間和/或用于檢測進入充電體積空間的外來物體。
[0013]本發(fā)明可尤其將能量傳輸場施加到任何陸地車輛，例如，諸如軌道車輛(例如，有軌電車)的軌跡限制車輛、尤其公路汽車、諸如單獨(私用)乘客汽車或公用傳輸車輛(例如，公共汽車)。
[0014]提出一種用于感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)的物體檢測系統(tǒng)，感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)尤其用于向在路徑的表面上的車輛傳輸電能。感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生交變電磁場的初級繞組結(jié)構(gòu)。而且，電能傳輸系統(tǒng)包括用于接收所述交變電磁場的次級繞組結(jié)構(gòu)。由初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁場、或由初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁場和在接收第一電磁場期間由次級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的另一交變電磁場的疊加可被稱為電能傳輸場。
[0015]充電體積空間被分配到感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)。充電體積空間可表示被由初級繞組結(jié)構(gòu)或由前述電能傳輸場產(chǎn)生的電磁場的磁性部分的至少一部分填充的體積空間。充電體積空間可例如表示被電磁場的至少80%、90%或95%或甚至100%填充的體積空間。尤其地，場體積空間可包括電磁場的所有場線或至少預(yù)定比例(例如，80%、90%或95% )的場線。在本篇上下文中，術(shù)語“包括”意味著由充電體積空間包括的電磁場的磁性部分的場線不延伸到充電體積空間外側(cè)。
[0016]充電體積空間也可以是柱形體積空間。
[0017]柱形體積空間的基部區(qū)域?qū)?yīng)于初級繞組結(jié)構(gòu)的包絡(luò)或初級單元的包絡(luò)，并且其中，體積空間例如以預(yù)定高度沿豎直方向延伸(這將在后文說明)。柱形體積空間的基部區(qū)域可替換性地是包括初級繞組結(jié)構(gòu)或初級單元的包絡(luò)在內(nèi)的矩形區(qū)域，并且其中，體積空間例如以預(yù)定高度沿豎直方向延伸(這將在后文說明)。
[0018]尤其地，充電體積空間可在感應(yīng)電能傳輸期間分配到感應(yīng)電能傳輸系統(tǒng)。這意味著充電體積空間以充電狀態(tài)(即，在電能從初級側(cè)傳輸?shù)酱渭墏?cè)的情況下)提供。
[0019]這例如僅在以下情況下時是如此:初級繞組結(jié)構(gòu)和次級繞組結(jié)構(gòu)之間的相對位置和/或相對定向在預(yù)定的期望位置間隔和/或定向間隔內(nèi)。換言之，充電體積空間可在初級和次級繞組結(jié)構(gòu)的對齊狀態(tài)下限定。
[0020]在本發(fā)明的上下文中，將定義以下初級側(cè)參考坐標(biāo)系統(tǒng)?？梢允秦Q直軸線的第一軸線平行于由初級繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的交變電磁場的傳播主方向地定向。尤其地，第一軸線可正交于路徑的平面表面或安裝在路徑上的充電墊地定向。可以是縱向軸線的第二軸線平行于初級繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線地定向。這個縱向軸線可例如平行于提供初級繞組結(jié)構(gòu)的電線的延伸方向?？梢允菣M向軸線的第三軸線定向或正交于第一軸線和第二軸線。
[0021]次級側(cè)參考坐標(biāo)系統(tǒng)可包括可以是縱向軸線的第二軸線，第二軸線可平行于次級繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線、例如提供次級繞組結(jié)構(gòu)的電線的主延伸方向地定向。
[0022]可以是豎直軸線的次級側(cè)參考坐標(biāo)系統(tǒng)的第一軸線可定向或正交于包括次級繞組結(jié)構(gòu)的平面或次級繞組結(jié)構(gòu)的底表面。可以是橫向軸線的次級側(cè)參考坐標(biāo)系統(tǒng)的第三軸線可定向或正交于第二和第一軸線。如果次級繞組結(jié)構(gòu)安裝在車輛上，則第二軸線可對應(yīng)于車輛的翻滾軸線，第一軸線可對應(yīng)于偏航軸線，且第三軸線可對應(yīng)于車輛的俯仰軸線。如果車輛徑直行駛，則第二軸線可沿車輛行駛的方向定向。
[0023]在理想對齊狀態(tài)下，初級側(cè)參考坐標(biāo)系統(tǒng)和次級側(cè)參考坐標(biāo)系統(tǒng)的對應(yīng)軸線可平行于彼此定向。在下文中，諸如下方、上方、前方、后方、旁邊的方向術(shù)語可相關(guān)于這些參考坐標(biāo)系統(tǒng)。
[0024]在對齊狀態(tài)下，初級繞組結(jié)構(gòu)的參考點、例如初級繞組結(jié)構(gòu)的幾何中心以沿第一、第二和第三軸線的移位相對于次級繞組結(jié)構(gòu)的參考點、例如次級繞組結(jié)構(gòu)的幾何中心移位，其中，所述移位分別在預(yù)定期望移位間隔內(nèi)。例如，在期望對齊狀態(tài)下，沿第二和第三軸線的移位可以是零且沿第一軸線的移位對應(yīng)于預(yù)定值，例如空氣間隙的期望高度。因此，對齊狀態(tài)可包括在初級和次級繞組結(jié)構(gòu)之間的多個相對位置和/或相對定向。
[0025]而且，物體檢測系統(tǒng)包括至少一個感測裝置。感測裝置是用于檢測外來物體、尤其金屬物體的裝置。
[0026]感測裝置具有檢測體積空間。優(yōu)選地，所述至少一個感測裝置是線感測裝置，其中，線感測裝置具有幕簾狀檢測體積空間。尤其地，所述至少一個線感測裝置及其檢測體積空間可設(shè)置成:在垂直于前述第一方向的剖面上，檢測體積空間的最大寬度一直大于檢測體積空間的最大長度，或反之亦然。在本發(fā)明的上下文中，寬度沿第三軸線測量，長度沿第二軸線測量。
[0027]優(yōu)選的是，所述至少一個感測裝置被設(shè)計用于檢測金屬物體。然而，本發(fā)明并非受限于僅檢測金屬物體。也可以提供一種用于檢測除了金屬物體之外的其他物體的感測裝置。
[0028]而且，所述至少一個感測裝置設(shè)置成:使得檢測體積空間尤其在先前說明的對齊狀態(tài)下完全設(shè)置在充電體積空間外側(cè)。這意味著尤其在先前說明的對齊狀態(tài)下無重疊部分存在于前述充電體積空間和檢測體積空間之間。如后文將更加詳細(xì)說明的，該