(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの一次インダクタ（２）を有する固定ユニットから、その近傍に位置していると共に少なくとも１つの二次インダクタ（４）を有する車両（１）への電気エネルギーの誘導伝送のための装置であって、
前記固定ユニットは、一次インダクタ（２）に隣接する所定の空間内の導電性物体（１１、１）の存在を検知するための検知装置（１２、１３、１４）を呈し、
前記空間は、エネルギーの誘導伝送の間に前記一次インダクタ（２）と前記二次インダクタ（４）との間に存在する空間（１０）であり、
前記検知装置は、少なくとも１つの測定インダクタ（１２）を含み、前記測定インダクタ（１２）は、前記一次インダクタ（２）と別体であるとともに、前記二次インダクタ（４）に面する前記一次インダクタ（２）の側方で前記一次インダクタ（２）近傍に配置され、
前記測定インダクタ（１２）が複数で提供され、該複数の測定インダクタ（１２）が少なくともほぼ一平面に延在する規則的な二次元配列を形成しており、当該平面が動作時に前記一次インダクタ（２）によって生成される磁場（９）の主方向に垂直に位置し、
前記評価装置（１４）が前記測定インピーダンス分布に従って、金属外体（１１）又は車両（１）の形態の前記導電性物体を電気的に検知するともに前記金属外体（１１）及び前記車両（１）を区別するように設定されており、前記評価装置（１４）によって前記固定ユニットの制御ユニット（７）に送信された信号が、前記金属外体（１１）又は車両（１）が存在するかどうかを示すことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記検知装置（１２、１３，１４）は、前記測定インダクタ（１２）のインピーダンスを測定するための測定装置（１３）、及び、前記測定装置（１３）に接続された評価装置（１４）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記測定インダクタ（１２）が平面コイルとして具現化されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記測定インダクタ（１２）が、列及び行内の等グリッド間隔を有する行列の形に配列されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記測定インダクタ（１２）の連続する列が、列の前記グリッド間隔の半分だけ、縦方向に相互にオフセットしていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の測定インダクタ（１２）が複数のグループに纏まって接続され、前記複数のグループの生成インピーダンスのみを測定可能であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
各測定インダクタ（１２）又は測定インダクタ（１２）の各グループが、そのインピーダンス測定装置（１３）に割り当てられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
各測定インダクタ（１２）又は測定インダクタ（１２）の各グループが、共通のインピーダンス測定装置にアナログマルチプレクサを通して接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記評価装置（１４）が、各測定インダクタ（１２）若しくは測定インダクタ（１２）のグループのインピーダンス分布と基準分布とを比較し、且つ、所定量のずれの存在を示す信号を生成する、少なくとも１つの出力を呈することを特徴とする請求項２から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記評価装置（１４）の出力が表示装置（１５）に接続され、前記出力で生成された信号が、前記表示装置（１５）による警告信号の発生を誘発することを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記評価装置（１４）の出力が、前記一次インダクタ（２）の電流供給ユニット（６）を制御する制御ユニット（７）に接続されており、前記出力で生成された信号が、前記制御装置（７）による電流供給装置（６）の停止を誘発することを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クレーム１の前提に従う、電気エネルギーの誘導伝送のための装置に関する。この種の装置は、電気自動車に備えられた充電用バッテリの誘導式充電に使用される。エネルギーの伝送の間、高磁力及び高磁束密度の磁場が、固定一次コイル及び車両上の二次コイルとの間に構築される。二次コイルにおける必要な伝送電力のための十分な高電流を誘導するためにこれが必要である。
【背景技術】
【０００２】
金属材料からなる物体がそのような磁場の領域内に導入された場合、渦電流がこれらに誘導され、材料、曝露時間、磁場の強さに応じた発熱を引き起こす。このような状態の存在において、この物体は、例えば、プラスチック表面の融解などの損傷又は人的危険を引き起こす温度に到達し得る。特に、二次側が除去されたときに後者が起こり、加熱された金属物体が自由に人によって接近可能であり且つ接触可能である。
【０００３】
誘導エネルギー伝送システムの既存の利用の特徴によれば、このような金属外体から生じる危険を関連性のないものとして評価していた。あるいは、例えば、産業車両（ＡＧＶ）の場合、二次消費者の前のフィッティングブラシにより、この物体を臨界磁場領域から取り除く試みがなされていた。運転者が乗る車両の場合、操作の間、このような物体の存在を見つける必要性を注意喚起するように、尚且つ、誘導伝送が作動する前にこれらが除去されていることを確実にするように、もしくは、疑いがある場合には誘導伝送が作動しないことを確実にするように、トレーニングを実施可能である。既存の安全手段は、大半の自動操作又は高い安全要求には適しておらず、あるいは、少なくとも不十分である。そして、これは、このようなシステムが公共に利用可能な領域で使用されるときに特に考慮されなければならない。
【０００４】
ＵＳ２００７／０１４５８３０Ａ１号公報には、電気装置への電力のワイヤレス伝送のシステムが開示されている。これは複数の一次コイルを備え、これにより、相互の一次及び二次コイルの正確なアライメント（調整）の必要性を排除する。この文献では、金属物体の存在の問題が言及されているが、金属検知器が使用不可能として却下されている。さらに、適切な回路デザインによって、並列に接続された二次コイル及び同調コンデンサ共振回路を備える共振回路が一次側に接近するときにシステムがその共振状態に入り、これにより、二次コイルのすぐに近くの１又はいくつかの一次コイルに集中する、一次電流の急激な増加を引き起こすことを確実にする。この場合、導電性物体は問題を体現していない。なぜなら、それは共振回路を構成しないからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、電気導電性の外体（異物）の存在に関して、誘導エネルギー伝送システムの動作安全性を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、クレーム１の特徴を有する装置を通して達成可能である。有利な改変が従属クレームに開示されている。
【０００７】
本発明によれば、少なくとも１つの一次インダクタを有する固定ユニットから、その近傍に位置していると共に少なくとも１つの二次インダクタを有する車両への電気エネルギーの誘導伝送のための装置であって、固定ユニットは、一次インダクタに隣接する所定空間内の導電性物体の存在を検知するための装置を有している。主として、これは、エネルギーの誘導伝送の間、一次インダクタと二次インダクタとの間に位置する空間を意味する。検知装置の選択範囲が増加する場合、一次インダクタのすぐ近傍の導電性外体の存在に加えて、一次インダクタの領域内の車両の存在をも検知可能である。
【０００８】
好ましくは、誘導原理で、すなわち、測定インダクタにおけるインピーダンス測定で動作するセンサが提供され、このようなセンサが導電性及び非導電性物体を区別するのに特に適切である。最も簡易な場合、存在する一次インダクタを測定インダクタとして使用可能である。複数の分離した測定インダクタの規則的な二次元配列の使用が、より高い感度及び金属物体の位置の概算を可能とする。これらは、例えば、共通の基板上に大量の安価に製造可能な平面コイルとして具現化され得る。
【０００９】
評価装置が、測定インダクタのインピーダンス又は各測定インダクタ若しくは測定インダクタのグループのインピーダンス分布と、基準インピーダンス又は基準分布とを比較する。所定量のずれが存在すると、ずれを示す信号が生成される。この信号は、表示装置に形成可能であり、及び／又は、一次インダクタの電流供給を停止させることに使用される。
【００１０】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】充電位置の電気自動車にエネルギーの誘導伝送するための充電ステーションの概略図。
【図２】本発明に従った、導電性外体を検知するためのセンサの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、そのバッテリを充電するように、充電ステーションの一次コイル２上に停止している電気自動車の（上部での）断面図及び（底部での）平面図である。ハウジング３内の車両１下部には、電子充電ユニット５に接続された二次コイル４が存在する。これは、二次コイル４に誘導式に伝送された電力のパラメータを、車両１のバッテリを充電するための適切な値に変換する。一次コイル２は、充電ステーションの電流供給ユニット６によって供給（フィード）されると共に、車両駐車場内に静的に位置するハウジング８内に配置されている。電流供給ユニット６は、充電ステーションの制御ユニット７によって制御される。
【００１３】
作動時における、一次コイル２によって生成された交流磁場の磁力線９が図１の点線によって示されている。磁界の主方向が、一次コイル２のコイル軸の方向であり、すなわち、垂直方向である。作動時において磁界強度及び磁束密度が、一次コイル２のハウジング８の直上の空間１０に広がっている。
【００１４】
金属物体１１が一次コイル２のハウジング８上に横たわっている。これは、例えば車両１の前に、充電ステーション内に止まった別の車両から離すことができた。それは、人が落とした物体又は空き缶であるかもしれない。特に、物体１１は、妨害の意図で人によって意図的にそこに置き去られたかもしれない。すでに冒頭で説明したとおり、物体は、電流が一次コイル２に供給されるときにそこに励起した渦電流によって加熱され、危険因子となりうる。さらに、これによって、二次コイル４へのエネルギー伝送の効率が低減する。
【００１５】
本発明がこの問題をどのように解決したかを以下の図２を参照して述べる。これは、図１を参照して説明した種類の充電ステーションの概略平面図であり、ハウジング８内の一次コイル２が電流供給ユニット６に接続されている。複数の測定コイル１２がハウジング８内で上壁と一次コイル２との間に配置され、金属外体１１を検知する。これら測定コイル１２は、いずれも一次コイル２よりも非常に小さい。実施例では、これらは、平面形状を有し、例えば、内部からハウジング８の上壁に固定される回路ボード又はフォイル（箔）に導電トラックの形で形成可能である。また、測定コイル１２は、ハウジング８の上側の内表面に直接的に延びる導電トラックとしても具現化され得る。
【００１６】
測定コイル１２は、行及び列に等グリッド間隔の行列の形で規則的な二次元配列を形成する。しかしながら、連続する列は、いずれも、半グリッド間隔だけ相互にオフセットしている。よって、標準的な行列配置と比較して、より高い充填密度を得ることができる。図２では、多くの測定コイル１２のリード線が、他の測定コイル１２を通過していることが明らかであるが、そうでない場合もある。高充填密度にも拘わらず、これを回避するために、特には、測定コイル１２を回路ボード又はフォイルの２つの異なる側部に割り振ることができる。この点では、図２の描写は、概略図であるので現実に沿ったものではない。
【００１７】
測定コイル１２のいずれもが、インピーダンス測定装置１３に接続されている。これらインピーダンス測定装置１３が中央評価装置１４に接続されている。エネルギー伝送がなされていない場合、充電ステーションがスタンバイ状態であるが、測定コイル１２には所定強度の測定電流が供給されている。これは、各測定コイル１２の周りに測定磁場を生成し、そして、各測定コイル上のハウジング９上に載置された金属外体１１内に渦電流を生成する。関連する測定コイル１２上のこれら渦電流の磁気応答がインピーダンスの変化を引き起こす。各測定コイル１２のインピーダンスは、それに割り当てられた各インピーダンス測定装置１３によって連続的に測定される。
【００１８】
個々のインピーダンス測定装置１３によって供給された測定値が、連続的に相互に比較され、且つ、適切なときに評価装置１４における参照値と比較される。金属外体１１が測定コイル１２の４つを少なくとも部分的に覆っている図２の状況では、これらの覆われた測定コイル１２に割り当てられ、且つ、図２の黒にマークされた４つのインピーダンス測定装置１３は、評価装置１４にインピーダンス値を供給し、このインピーダンス値は、覆われていない測定コイル１３に割り当てられた他のインピーダンス測定装置１３からの値とは異なる。ここで、インピーダンスのずれの程度は、外体１１の導電性及び形状だけでなく、外体１１による測定コイル１２の個々の被覆の程度にも依存する。図２の状況では、測定コイル１２の１つがほぼ完全に外体１１に覆われており、別のものが約半分覆われており、残りの２つがさらに少ない程度で覆われている。この結果、図２の黒くマークされた４つのインピーダンス測定装置１３は、異なるインピーダンス変化を測定する。
【００１９】
図２に示すとおり、個別の測定コイル１２へ個別のインピーダンス測定装置１３を割り当てる代わりに、複数の測定コイル１２を複数のグループに纏めて接続して、各グループをインピーダンス測定装置１３に割り当て、グループのトータルインピーダンスを測定することができる。この方法では、より少ないインピーダンス測定装置１３が必要であるが、局所測定分解能が劣る。
【００２０】
さらなる別実施例では、アナログマルチプレクサを並列にインピーダンス測定装置１３に接続することにより、複数の測定コイル１２又はこのグループを１つの共通のインピーダンス測定装置１３で測定可能である。原則として１つだけであるが、より少ないインピーダンス測定装置１３が必要であることをこれは意味する。当然、マルチプレクス（多重）操作には、全測定コイル１２のインピーダンスの完全な検知に必要な時間の増大を伴う。しかしながら、充電ステーションでの車両の変更があまり速い動作ではないので、これを受け入れることができる。
【００２１】
複数の測定コイル１２をハウジング８の上側に亘って分配することによって、測定コイル１２のインピーダンスが少なくともグループで測定されるか、あるいは、図２に想定されるような個別に測定されるとき、金属物体のサイズ及び位置に関する結論を出す。さらに、例えば、１つの測定コイル１２又はこれらの小グループだけを覆う比較的小さい外体１１が、測定コイル１２又はグループでインピーダンスの顕著な変化を引き起こすように、これは感度を増加させる。他方、１つの大きい測定コイルの場合、その測定磁場がハウジング８の上側全体を被覆しなければならず、比較的小さいインピーダンスの変化を生成するだけであるため、確実に検知することがより一層困難である。
【００２２】
測定コイル１２及び複数のグループ内の可能な組み合わせの数とは関係なく、測定インピーダンス分布が、保存された参照分布から所定の最小量だけずれたときにはいつも、評価装置１４が表示装置１５に出力信号を放出し、当該表示装置１５が光学及び／又は音響警告を発する。これとは別に、評価装置１４が充電ステーションの制御ユニット７にも接続され、後者に信号を放出して、エネルギー伝送、すなわち、一次コイル２への電流供給の開始をブロックする。検出した特定状態からのずれが長期間に亘って続いた場合、メッセージが例えば充電ステーションのオペレータなどの管轄ステーションに送信される。欠陥状態の修正がメンテナンス部門によって確認されると、エネルギー伝送が操作において再度設定される。
【００２３】
誘導エネルギー伝送の動作時に測定コイル１２が一次コイル２の強力な磁場に曝されるので、結果としてそれらに誘導される高電流を防ぐことが必須である。このために、エネルギー伝送の開始前にインピーダンス測定装置１３をスイッチオフする必要があり、且つ、測定コイル１２を開回路状態に切り替える必要がある。この目的を達成するために、制御ユニット７が評価装置１４に対応信号を放出し、表示どおり測定装置１３をスイッチオフし、且つ、一次電流がスイッチオンされる前に余裕を持って測定コイル１２を開回路状態に切り替える。
【００２４】
上述した本発明の実施形態よりも簡易な変形例では、一次コイル２が１つの測定コイルとして使用される。一次コイル２の周りに測定磁場として低い強度の電場を構築するのに十分である極小電流が一次コイル２に連続的に供給される。一次コイル２のインピーダンスが、図２の点線で示される適切な測定装置１６によって連続的に測定される。この変形例では、分離した測定コイル１２及び関連するインピーダンス測定装置１３が排除されている。
【００２５】
これは明らかであるが、一次コイル２が１つの誘導測定ピックアップとして使用されるとき、金属外体１１の存在のためのハウジング８の比較的粗いモニタリングだけが可能であり、すなわち、比較的大きい外体１１だけを確実に検知可能である。さらに、一次コイル２のインピーダンスの変化から、外体１１の位置に関する結論を出すことができないが、そのサイズに関しての限定的結論だけを出す。このため、上述した分離した測定コイル１２のマトリックスを有する実施形態と比較して、ハードウェアコストがより一層低い。
【００２６】
いずれの場合でも、測定磁場の強度及びその物理的程度が測定されるとき、例えば、それがハウジング８に亘って約５０ｍｍの限定的な垂直範囲を覆うだけであることに着目しなければならない。これにより、ハウジング８上の車両１の駐車が、測定コイル１２のインピーダンス変化又は金属外体１１の存在を示すときの評価ユニット１４による誤検知を引き起こさないことを確実にすることができる。さらに、測定磁場の磁場強度が測定されるとき、それが損傷又は危険を引き起こす程度まで金属物体１１を加熱するのに十分であってはならないことを留意する必要がある。
【００２７】
最初に説明した実施形態の場合、インピーダンス変化の物理的分布及び／又はその程度を、一次コイル２上の車両１の存在を検知すると共に、これと金属外体１１の存在とを区別することに使用可能である。本発明の目的のために、二次コイル４を含む車両１は、ただ特定種の金属物体を示しているにすぎない。この場合、例えばハウジング８の上方約３００ｍｍまで、より広い垂直領域をモニタリング可能であるように、測定磁場を設定する必要がある。この場合、評価装置１４によって制御ユニット７に送信された信号が、外体１１又は車両１が存在するかどうかを示している。
【００２８】
評価ユニット１４によって報告された車両１の認識は、例えばエネルギー伝送動作を開始させるように、制御ユニット７によって使用可能である。他方、これは、充電ステーション内に充電を必要としない車両１が駐車する試みがなされている時を定めることにも使用可能である。後者の場合、車両１の明確な駐車を防止するために測定がなされ、充電を必要とする他の車両にとって充電オプションが空いている状態とする。
【００２９】
インピーダンス又はインピーダンス分布における十分且つ持続的な変化が、車両１の存在を示すように検知された場合、より詳しく識別する目的で、検知車両１にコンタクトすることが可能である。例えば、トランスポンダー（ＲＦＩＤ）又は他の適切な手段によって車両コードを要求することによって、これが達成され得る。同時に、車両との通信が、充電ステーションでエネルギーを充電する必要性及び資格があるかどうかをチェックすることに使用される。エネルギー伝送の必要がない又はこの資格がない車両が検知されたとき、管轄場所は、充電ステーションの閉鎖を取り除くべく適切に応答するように裁量を有している。車両１が検知されたとき、通信不能であったら、外体１１の検知の場合のようにさらなるアクションがとられる。
【図１】
0005508527.tif 000002
【図２】
0005508527.tif 000003