CN104412485B - 用于能量传输***的对象识别 - Google Patents
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Abstract
能量传输***包括具有发射线圈的发射装置和具有接收线圈的接收装置，其中，所述线圈是能够以感应方式相互耦合用于能量传输的，从而在所述线圈之间存在能量传输路段。所述能量传输***还包括用于与接收线圈的连接端连接的电负载、用于在电负载与接收线圈连接期间感测一指示发射线圈的电感的电参数的感测装置和用于根据所感测的参数来确定所述能量传输路段的区域中的对象的确定装置。
Description
本发明涉及一种无线的能量传输。本发明尤其涉及用于感测处于无线能量传输的能量传输路段上的对象的***和方法。
背景技术
电的小型设备包括消耗器和蓄电池，以允许无线的使用。为了使蓄电池充电，可以通过无线的方式使能量从电网部分传输到小型设备，其方式是，使用用于能量传输的电磁场。为此，电网部分和小型设备分别包括一线圈，所述线圈能够在小的间距上相对于彼此定位并且因此基本上共同构成变压器。
如果能导电的对象进入到电磁场的区域中，则可能形成使该对象加热的涡流。如果所述对象是可磁化的，则所述对象也可能通过反复磁化损耗或者磁滞损耗加热。所述加热可能是显著的，从而发射器或者接收器的运行安全性不能被确保。此外，所述对象可以从电磁场提取能量，从而干扰至接收器的能量传输。
可能的是，感测对象的存在，其方式是，确定所述对象对所述发射器线圈的电感的影响。然而，如果对象相对小或者相对远离发射线圈，则所述对象的可靠检测可能是困难的。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是，提出一种***、一种方法和一种计算机程序产品，借助于它们能够执行对所述对象尽可能灵敏、可靠并且选择性的确定，以便能够实现对所述对象的存在的反应。本发明借助具有独立权利要求的特征的能量传输***、方法和计算机程序产品来解决所提出的问题。从属权利要求描述优选实施方式。
根据本发明的能量传输***包括具有发射线圈的发射装置和具有接收线圈的接收装置，其中，所述线圈是能够以感应方式相互耦合用于能量传输的，从而在所述线圈之间存在能量传输路段。所述能量传输***还包括用于与接收线圈的连接端连接的电负载、用于在电负载与接收线圈连接期间感测一指示发射线圈的电感的电参数的感测装置和用于基于所感测的参数来确定所述能量传输路段的区域中的对象的确定装置。
通过在接收线圈的连接端上设置电负载，在接收线圈中所感应的电压类似于电流源起作用，从而接收线圈产生或者增强自身的磁场。如果可磁化的对象位于能量传输路段的区域中、尤其在接收线圈的附近，则所述对象可以由此经受增强的磁场。所述对象基于涡流、磁滞损耗或者反复磁化损耗而从磁场提取的能量可以由此增大。与此相应，也可以增大所述对象对发射线圈的电感的效果。这种改变可以是改善地能够证明的，从而能够具有改善的准确度感测所述对象。此外，也可以借助于所描述的***来感测较小的或者对于磁场不那么敏感的对象。
在一种优选实施方式中，电负载包括短接。在每一种情形中优选的是，相对于常规的充电运行增大接收线圈的电负载，从而提高的电流在电负载与接收线圈连接期间流经接收线圈。短接可有助于使所述电流最大化而不设置附加的负载。
在一种实施方式中，接收线圈包括多个绕组并且电负载设置用于与接收线圈的仅一个绕组的连接端连接。由此可以改善地控制通过接收线圈产生的磁场。尤其，可与电负载连接的绕组可设计用于，允许在没有损坏的情况下增大电流通过，例如其方式是将相应较粗的线材用于所述绕组。
在一种进一步扩展中，可以设置用于将其他绕组中的至少一个的连接端与电负载隔离的分离装置。由此，可以在可较好地控制并且可较好地重现的条件下进行所述确定。借助于所述分离装置尤其可以使有效负载与接收线圈分离，所述有效负载的能量供给是为了能量传输的目的。
在一种实施方式中，能量传输***包括谐振变压器，所述谐振变压器包括谐振电容器和发射线圈，其中，感测装置设置用于感测谐振变压器上的电参数。
发射线圈的电感的改变可以导致谐振变压器的改变的振荡行为，其中，所述振荡行为可以是在测量技术上能够容易地确定的。
电参数可以包括电流、频率、相位或者衰减中的一个。有利地，所述参数中的一些可以是在以上所描述的谐振变压器上能够确定的。取代衰减，也可以确定谐振变压器的品质因数。
在此适用：其中，D为衰减，而Q为品质因数(品质)。
根据本发明的、用于感测存在于发射线圈和与所述发射线圈能够以感应方式耦合的接收线圈之间的感应式能量传输路段的区域中的对象的方法包括使电负载与接收线圈的连接端连接的步骤、感测一指示发射线圈的电感的电参数的步骤和基于所感测的电参数来确定对象的步骤。
所述方法可以是在常规的感应式能量传输***上能够实施的。如果确定了对象，则可以节流或者中断能量传输，以避免对象的过热并且降低与此相关的事故危险。
有利地，对象所经受的磁场可以在发射装置方面被控制并且同时也可以在发射装置方面感测能量传输路段的区域中可能存在的对象的效果。
在一种优选实施方式中，基于在发射线圈连接端上的电压改变期间的电参数改变来确定对象。发射线圈上的电压可以连续地或者跳跃地改变，周期性的改变也是可能的。因此，可检测不同大小或者敏感性的对象。尤其可以避免，为了确定所述对象的效果而使该对象经受如此强的磁场，使得在确定期间可能已出现危险的过热。
在可与最后所描述的实施方式组合的另一种实施方式中，基于在接收线圈的电负载改变期间的电参数改变来确定对象。在这种实施方式中，也可以提供以上所描述的优点。
根据本发明的计算机程序产品包括程序代码工具，所述程序代码工具用于当计算机程序产品在处理装置上运行或者在计算机可读的数据载体上存储时实施所描述的方法。
附图说明
现在参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1示出用于无线能量传输的***；
图2示出图1的***的细节；
图3示出用于在图2中所示出的区域中的磁通的等效电路图；
图4示出用于确定图1的***中的对象的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出用于无线能量传输的***100。***100包括发射装置105和接收装置110，在该发射装置和该接收装置之间限定能量传输路段115。在能量传输路段115的区域中可以存在对象120。对象120是可导电的或者可磁化的，从而改变的磁场能够在对象120中引起使对象120加热的涡流、磁滞损耗或者反复磁化损耗。所示出的***100的任务是确定对象120的存在。
例如可以由电网部分所包括的发射装置105包括用于将电流转换成能量传输路段115的区域中的磁场的发射线圈125。所述发射线圈125与提供交流电流的电压源130连接。电压源130可与其余的能量供给网络连接。优选，谐振电容器135与发射线圈125串联地与电压源130连接，从而谐振电容器135与发射线圈125构成谐振变压器140。然而，谐振电容器135也可与发射线圈125并联。谐振变压器140的谐振频率与发射线圈125的电感以及谐振电容器135的电容有关。
在能量传输路段115的另一端上存在接收装置110的接收线圈145。在已知的接收装置中，接收线圈145与有效负载直接连接，在图1的示图中，所述有效负载包括用于蓄电池155的示范性的充电调节器150。与此不同，当前还设置有开关装置160，以便使电负载165与接收线圈145的连接端连接。电负载165尤其可以包括低欧姆的负载或者短接。在此，在一种实施方式中，有效负载——在此即充电调节器150和/或蓄电池155——可与接收线圈145的连接端保持连接。在另一种实施方式中，有效负载在电负载165施加到接收线圈145上期间至少单侧地与接收线圈145分离。
在所示出的实施方式中，接收线圈145包括多个绕组，所述绕组的端部被引出作为接收线圈145上的连接端。开关装置160设置用于，使电负载165与接收线圈145的绕组中的仅仅一个连接。优选设置有分离装置170，以便使余下的绕组中的一个或多个在接收线圈145的另一绕组与电负载165连接期间与电负载、尤其与有效负载分离。
优选设置有传输装置175，以便能够从发射装置105方面控制开关装置160并且在必要时也控制分离装置170。可有线连接地或者无线地实现传输装置175，其中，在一种实施方式中，设置借助于能量传输路段115的区域中的磁场改变进行的信息传递。
在发射装置105侧，传输装置175与控制装置180连接，该控制装置控制所述***100以确定所述对象120。优选地，控制装置180也设置用于控制从发射装置105至接收装置110的其余的能量传输过程。为此，控制装置180可与电压源130连接。此外，控制装置180与发射线圈125或者谐振变压器140如此联结，使得控制装置180可探测电参数，所述电参数指示谐振变压器140的电感。所述参数可以包括发射线圈125或者谐振变压器140上的电流、电压、频率、衰减或者品质因数。
控制装置180设置用于如此控制接收装置110，使得电负载165与接收线圈145连接。在一种优选的实施方式中，可以同时或者在其之后控制电压源130用于使发射线圈125上的电压改变。可以基于所述电参数的改变或者基于所述电参数的绝对值来确定对象120，所述绝对值指示发射线圈125的电感。
图2示出图1的能量传输路段115的局部。示图相应于作为发射装置105或接收装置110的部件的发射线圈125和接收线圈145的示范性物理构造的一部分。在线圈125和145之间示出能量传输路段115。此外，在线圈125和145之间示出磁场线。在边界205之间布置对象120，所述边界示范性地代表所述发射装置105或所述接收装置110的壳体的区段。
图3示出用于在图2中所示出的区域的磁方面的等效连接图。在此，阻抗符号代表磁阻而电压源符号代表磁通势。该示图相对于图2的示图位置正确。
第一磁通势305代表由主动通电的发射线圈125构成的磁感应(B场)。磁阻310、315、320和325代表围绕发射线圈125周围的水平区域或者竖直区域中的阻抗。在发射装置105的壳体205另一侧，竖直延伸的磁阻330代表磁散耗。磁阻335和340代表壳体205之间的水平方向上的阻抗。磁阻345代表经过对象120的磁通。在第二壳体205另一侧，在图3中右侧，存在另外的磁阻350至365，以及第二磁通势370，它们相应于元件305至325。
仅仅当接收线圈110处于空载时、即当没有用电器连接到接收线圈110上时，所示出的等效电路图适用。通过电负载，在接收线圈145中所感应的电压立即又转换成磁场，从而第二磁通势370可看作可控制的源，其磁通与第一磁通势305的磁通成比例。
如果电负载165小，如在***100的普通充电运行期间的情形那样，则第二磁通势370也小。电负载165越大，磁通势370越大。随着磁通势370升高，发射线圈125的电感降低，这例如可以根据谐振变压器140的升高的谐振频率来确定。
为了提高发射线圈125的电感，一方面可以提高第一磁通势305的磁通或者另一方面可以降低第二磁通势370的磁阻。为了提高磁通，可以增大发射线圈125的匝数或者增大流经发射线圈125的电流。为了提高磁通，也可以使接收线圈145电负载或者短接，由此，经过对象120或者说经过对象120的磁阻345的磁通总地增大。
图4示出用于确定图1的***中的对象120的方法400的流程图。所述方法400尤其设置用于通过控制装置180来控制所述***100。在一种实施方式中，涉及用于控制可编程的微型计算机的计算机程序产品，所述微型计算机由控制装置180包括。
所述方法以步骤405开始，在该步骤中实施常规的充电运行，在该常规的通电运行中，借助于能量传输路段115上的磁交变场将电能从发射线圈125传输至接收线圈145。
为了确定对象120，在步骤410中使接收线圈145与有效负载150、155分离。也可以跳过这个步骤。
随后，使接收线圈145与电负载165连接，以便增大流经接收线圈145的电流。
此外，在步骤420中确定用于发射线圈125的激励，其方式是：控制所述电压源130用于提供预确定的电压。随后，在步骤425中激励发射线圈125，更确切地说优选以交流电压激励发射线圈。所述交流电压可通过谐振变压器140的谐振频率预确定。
随后，在步骤430中感测发射线圈125或者谐振变压器140上的电参数。在步骤435中，基于所感测的参数来确定：在传输路段115的区域中是否存在对象120。如果在传输路段的区域中存在所述对象，则可以在步骤440中采取相应的措施，例如减小所传输的功率或者终止能量传输。随后，在步骤445中，使接收线圈145又与电负载165分离并且必要时与原始的负载、例如有效负载150、155连接。然后，可使所述方法返回到步骤405并且重新实施。
如果在步骤435中确定了不存在所述对象120，则在随后的步骤450中检验是否已应用了发射线圈125的被设置的所有激励。如果已应用了发射线圈的被设置的所有激励，则不能够确定对象120并且所述方法400经过步骤445返回到步骤405。
否则，在以步骤425继续所述方法400之前，在步骤455中改变所述激励。如果使用仅一个激励，则可以去掉步骤450和455。
Claims (7)
1.一种能量传输***(100)，其包括：
-具有发射线圈(125)的发射装置(105)；
-具有接收线圈(145)的接收装置(110)；
-其中，所述线圈(125，145)是能够以感应方式相互耦合用于能量传输的，从而在所述线圈之间存在能量传输路段(115)；
-电负载(165)，其用于与所述接收线圈(145)的连接端连接；
-感测装置(180)，其用于在所述电负载与所述接收线圈(145)连接期间感测一指示所述发射线圈(125)的电感的电参数；
-确定装置(180)，其用于基于所感测的电参数来确定所述能量传输路段(115)的区域中的对象(120)，
其中，所述接收线圈(145)包括多个绕组并且所述电负载(165)设置用于与仅一个绕组的连接端连接，所述能量传输***还包括用于将其他绕组的连接端与有效负载(150，155)隔离的分离装置(170)。
2.根据权利要求1所述的能量传输***(100)，其中，所述电负载(165)包括短接。
3.根据以上权利要求中任一项所述的能量传输***(100)，所述能量传输***还包括谐振变压器(140)，所述谐振变压器包括谐振电容器(135)和所述发射线圈(125)，其中，所述感测装置(180)设置用于感测所述谐振变压器(140)上的所述电参数。
4.根据权利要求1或2所述的能量传输***(100)，其中，所述电参数包括电流、频率、相位或者衰减中的一个。
5.一种用于感测感应式能量传输路段(115)的区域中的对象的方法(400)，所述能量传输路段存在于发射线圈(125)和与所述发射线圈(125)能够以感应方式耦合的接收线圈(145)之间，所述接收线圈包括多个绕组，所述方法包括以下步骤：
-使所述接收线圈的绕组的连接端与有效负载分离；
-将电负载(165)与所述接收线圈(145)的另一绕组的连接端连接(415)；
-感测(430)一指示所述发射线圈(125)的电感的电参数；
-基于所感测的电参数来确定(435)所述对象(120)。
6.根据权利要求5所述的方法(400)，其中，基于所述电参数在所述发射线圈(125)连接端上的电压改变期间的改变来确定所述对象(120)。
7.根据权利要求5或6所述的方法(400)，其中，基于所述电参数在所述接收线圈(145)的所述电负载(165)改变期间的改变来确定所述对象(120)。
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