EP3086976A1 - Verfahren zur erfassung einer relativposition, verfahren zum kabellosen laden eines fahrzeugs, orientierungssignalempfänger und induktive ladevorrichtung - Google Patents

Verfahren zur erfassung einer relativposition, verfahren zum kabellosen laden eines fahrzeugs, orientierungssignalempfänger und induktive ladevorrichtung

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Publication number
EP3086976A1
EP3086976A1 EP14821094.1A EP14821094A EP3086976A1 EP 3086976 A1 EP3086976 A1 EP 3086976A1 EP 14821094 A EP14821094 A EP 14821094A EP 3086976 A1 EP3086976 A1 EP 3086976A1
Authority
EP
European Patent Office
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coil
orientation
field
charging
signal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14821094.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Röhrl
Martin Böld
Joris Fokkelman
Karsten Hofmann
Mael THEVENET
Christoph Weigand
Stephan Bartz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Publication of EP3086976A1 publication Critical patent/EP3086976A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to the field of wireless charging of batteries in vehicles.
  • Battery is used for traction power generation, as well as in motor vehicles, where an on-board battery is necessary for operation, there is often the need to transmit electrical power from an external power source to the vehicle.
  • Wired solutions so-called plug-in solutions
  • an electrical plug-in ⁇ contact and an associated supply line is used to connect an external, stationary power source to the vehicle ver ⁇ to charge its battery.
  • more comfortable solutions are known in which the electrical power is transmitted from a stationary coil (hereinafter: transmit charging coil) to a vehicle-side coil by an alternating magnetic field, wherein the vehicle-side coil serves as Re ⁇ charge charging coil.
  • coils are used, which are basically unaffected by stationary magnetic fields, so that by using a coil for detecting the orientation field per se, a frequency selectivity in the sense of a high pass or a bandpass occurs. It is intended that the
  • Orientation field is detected by a frequency-selective coil, wherein the coil detected only by integration in a resonant circuit or by the coil downstream (analog or digital) filter only a portion of the Weels selsignalspektrums. Therefore, the orientation field may have a frequency component that lies in the frequency spectrum detected by the frequency-selective coil, so that interfering alternating signal components in the detection of the orientation field are essentially disregarded.
  • the frequency sensitive ⁇ region (passband) and the resonance frequency of the frequency selective coil can be adapted to the spectrum or to the frequency component or the frequency of the orientation field.
  • At least one sensor coil is used to detect the orientation field in addition to a transmitter charging coil and a receiving charging coil. Since it is an inherent egg ⁇ genschaft a coil as a sensor coil to be excited by alternating magnetic fields and remain unaffected by sta ⁇ -Nazi magnetic fields, one disturbances arises solely through the use of a sensor coil sensitivity to static magnetic fields, such as those in reinforced concrete buildings or on steel parking spaces (for example of multiplex garages).
  • Orientation field used coil namely the sensor coil, regardless of the requirements of Sendeladespule and the receiving charging coil are configured, resulting in particular by designing the sensor coil with a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of the transmitting coil or the receiving coil of a smaller size.
  • the smaller size results in a smaller footprint and also less influence is achieved by magnetic interference.
  • the sensor coil may have an inductance that is greater than the inductance of the transmitting charging coil and / or the receiving charging coil.
  • the inductance of the sensor coil is above ⁇ preferably at least 2x, 5x, lOx, 50x or LooX greater than the inductance of the transmitting and / or receiving charging coil to enable a high sensitivity at a great distance to the center of the Orientie ⁇ approximately box.
  • a (single adjustable) attenuation for the received signal of the sensor coil is therefore preferably provided to at shorter distances and, therefore, at high field strengths detected orientation Signal kauskompo ⁇ components (such as filters, amplifiers, etc.) which the sensor coil are downstream, not to overload.
  • the sensor coil may be placed at a place other than the receiving coil to the vehicle, wherein preferably several Sen ⁇ sorspulen be placed at different places of the vehicle, to detect the orientation field effectively.
  • the sensors could be attached to the periphery of the vehicle and thus be able to detect the measurement signal particularly early and sensitively.
  • the inherent property of a coil to remain unaffected by stationary magnetic fields essentially noise immunity compared to static magnetic fields, as they can be produced by Stahlkom ⁇ components in buildings or DC chargers.
  • a method is described for detecting a relative position between a vehicle-side reception charging coil and a stationary (ie stationary) transmission charging coil.
  • the vehicle-side reception charging coil is preferably fastened to or in a lower side of the vehicle.
  • the reception charging coil may be directly attached or connected via a Po ⁇ sition istsmechanismus with the vehicle.
  • the stationary transmitter charging coil is fixed or connected via a positioning ⁇ niers recognized with the floor of a parking space, but may also be placed on the floor or on the parking space.
  • the floor here means a concrete floor, asphalt floor or a reinforced concrete floor of a building (a garage) as well as a metal floor of a parking space, in particular a multi-plex garage or a parking lift.
  • the Empfangsla ⁇ despule and / or the Sendeladepule may each be provided as a single coil or as a coil with a plurality of coil sections, which may be offset from each other.
  • ⁇ special reception charging coil and / or the Sendela ⁇ despule may include a magnetic core.
  • the reception charging coil and / or the transmission charging coil may further be provided with a power ⁇ drive circuit.
  • the orientation field can ⁇ strength corresponding to a charge field with which the transmission load coil transfers power to the receiver loading coil in a position mode with regard to frequency and / or field.
  • the power, the frequency and / or the field shape of the orientation field deviates from that of the charging field.
  • the orientation field has a lower field strength or power than the charging field.
  • the field strength or the power of the orientation field is in particular not more than 50%, 20%, 10% or preferably 1%, 0, 5% or 0, 1% of the field strength or the power of the charging field.
  • the Orien ⁇ t istsfeld may be generated 5 or 2 watts by a power of not more than 50, 20, 10,.
  • the charging field can be operated with a power of at least 1 kW, at least 2 kW, at least 3 kW or at least 5 kW (this power indicates the power transferred from the transmitting charging coil to the receiving charging coil).
  • the orientation field is detected by at least one coil provided for inductive excitation.
  • a coil is thus used which is connected in such a way that an orientation receive signal generated in the coil can be tapped off or fed to a receiving device (or its input).
  • the coil provided for inductive excitation may thus be a reception charging coil having a tap which is connected to a receiving device which processes the signal generated by the coil with respect to the relative position between the receiving charging coil and the transmitting charging coil.
  • This receiving unit differs from a power circuit, which serves for the transmission of power from the reception charging coil to a battery or to a vehicle electrical system.
  • provided for the inductive excitation coil may be the transmit charging coil, which is preferably not applied during the detection of the Orien ⁇ t istsfelds with electricity.
  • the coil provided for inductive excitation may be a sensor coil which is neither identical to the transmitter charging coil nor identical to the receiver charging coil. Therefore, the orientation field can be generated by means of the transmission charging coil while detecting the orientation field by means of the reception charging coil or (at least) one sensor coil. Further, the orientation field can be generated by means of the reception ⁇ charging coil during the transmit charging coil or the sensor coil detects the orientation field. Moreover, it is possible for a coil such as the sensor coil to be used to generate the orientation field while the transmission charging coil and / or the reception charging coil detect the orientation field. In the latter case, the coil used to generate the orientation field may be formed as a sensor coil and may also be provided on the vehicle side or stationary.
  • the orientation field is frequency-selectively detected by the coil, which is intended for inductive excitation.
  • the coil provided for inductive excitation captures only part of the frequency spectrum of the magnetic field, thereby blocking control effects by alternating magnetic fields.
  • the coil itself may be provided in a frequency-selective receiving circuit or a filter may be connected downstream of the coil, which is frequency-selective.
  • Possibilities for frequency-selective design of the coil or for frequency-selective detection by the coil are the Be ⁇ description and in particular the figure description to take.
  • the relative position is determined using the approximate Orientie ⁇ field which is detected by the coil which is provided for the inductive excitation. It is provided that the relative position is determined on the basis of an orientation-received signal which is emitted by the coil provided for inductive excitation. In particular, the relative position is determined on the basis of an orientation received signal, which is induced by the orientation field in the coil, which is intended for inductive excitation. More Details He mediation ⁇ the relative position based on the orientation receive signal are given below. As a relative position, particularly the distance between the transmitting primary coil and Emp ⁇ fang charging coil is referred to, which may be associated with directional information, such as an angle or a coordinate tuple or vector.
  • the at least one coil provided for inductive excitation may be provided in a resonant circuit.
  • (at least) one capacitor may be connected in parallel or in series with the coil.
  • the resonant circuit has a resonant frequency which corresponds to a frequency of the orientation field.
  • the resonance frequency lies in a spectrum of the orientation field, which comprises at least 30, 50, 80, 70, or 90% of the field strength or power of the orientation field.
  • the resonant frequency of the resonant circuit corresponds to a frequency or frequency component of the orientation field that is at least 20%, 50%, 80%, 90% or 95% of the total field strength or overall power of the orientation field. The resonance frequency is thus matched to the fundamental frequency of the orientation field.
  • Reso ⁇ nanz Vietnamese flowers are induced by the orientation field in the respective coil, passed through a filter.
  • This filter has a through ⁇ let frequency range, into which the frequency or the frequency spectrum of the orientation field is located. In this case, at least 50, 80, 90 or 95% of the power of the orientation receive signal falls in the pass frequency range.
  • the through ⁇ transmission frequency range is bounded by cut-off frequencies at which the transmission function of the filter is decreased to half, one-tenth, one-hundredth or one-thousandth of the maximum By ⁇ transmission function.
  • the Orientie ⁇ approximately frame is frequency-coded, wherein the orienting field is detected by a detection device, the fre ⁇ quenzselektive sensitivity is adjusted to the frequency of the orientational field. Furthermore, it is possible for the separation of the orientation field of interference signals the
  • Orientation field is amplitude, phase or frequency modulated. Furthermore, the orientation field can be folded with a code, in particular a ternary or binary code.
  • the orientation reception signal according to the Amp ⁇ lituden-, frequency, or code modulation is received. It can be used as matched filters, phase locked loops or Korrelationsemp ⁇ catcher for detecting or processing the Orien ⁇ t istsfeldes. In particular, that can
  • the orientation receive signal received with a PSK receiver PSK: Phase Shift Keying, phase modulation
  • PSK Phase Shift Keying, phase modulation
  • the Orientie ⁇ tion field may be modulated with an OFDM signal (OFDM: orthogonal frequency division multiplexing).
  • OFDM orthogonal frequency division multiplexing
  • the modulation of the orientation field can be individual and, in particular, information about the identity of the coil which generates the orientation field (for example the transmit charging coil), about the power of the Coil that generates the orientation field, via the service provider who operates the Sendeladespule, or the connected thereto supply network, the charge type, a communication type for communication between the vehicle and control unit, which is the Sendeladespule upstream, and / or on the position of the charging coil within the
  • the modulation can play in ⁇ formation about the current relative position between the transmitter coil and receiver coil.
  • the relative position is determined based on the amplitude of the orientation received signal or on the basis of Amplitudes of the orientation receive signals, if multiple provided for inductive excitation coils are used.
  • ratios of orientation receive signals from a plurality of coils (in particular the sensor coil) configured to receive the orientation field are used to determine the relative position. These coils are provided in front ⁇ preferably at a distance to each other.
  • the relative position may also be determined by a field direction resulting signals from a plurality of orientation-receiving or can (ie, the signal strength) are determined via a com bination ⁇ the amplitudes of the reception signals orienta- been accredited with the use of a plurality of coils , which are intended for inductive excitation.
  • the field direction is determined by orientation receive signals of a plurality of coils provided for inductive excitation, which are inclined relative to one another or which are oriented differently. These coils are preferably provided at the same location.
  • Several groups of differently oriented coils may be provided in which an orientation receive signal is generated, the groups being provided at different locations. Based on the known spatial relationships of the locations and on the basis of the respective field directions, which are determined on the basis of the orientation receive signals for a plurality of groups, the relative position can be determined as a two-dimensional or multidimensional location specification.
  • Orientation field are preferably used in addition to the described determination of the relative position.
  • ⁇ sondere is provided to evaluate the performance of the orientation reception signal or a plurality of orientation-received signals in determining the relative position.
  • the instantaneous powers relative to one another can be ratioed or normalized, or detected power values of the orientation receive signal which were recorded substantially at the same time are used.
  • the mapping may be a mathematical mapping in the form of a formula, or may be provided as a look-up table.
  • the orientation receive signals may be a mathematical mapping in the form of a formula, or may be provided as a look-up table.
  • the look-up table maps signal strength values or ratios thereof to a relative position, so that the relative position can be determined on the basis of the look-up table on the basis of the orientation receive signals.
  • the field direction is determined on the basis of the orientation received signals.
  • An illustration, particularly plemented in ⁇ by a function or a look-up table maps the direction (possibly also the power) to positions relative to the orientation field and in particular to the center of the orienting field from.
  • the function or look-up table can reflect interrelationships triangulation, wherein a plurality of directions of the orientation field to be used under different ⁇ handy locations in accordance with a triangulation method for calculating a relative position. The He ⁇ averaging the relative position based on the at least one orientation the received signal will be explained in particular by means of the figures.
  • the orientation field is generated by the transmitting charging coil, wherein the at least one coil provided for inductive excitation detects the orientation field on the vehicle side.
  • the coil provided for inductive excitation is the receiving coil or at least one sensor coil.
  • the orientation field is generated by the vehicle-side receiver coil.
  • the coil provided for inductive excitation in a fixed position that is, stationary
  • the coil provided for inductive excitation is the Transmitting coil or is at least one stationary sensor coil.
  • the stationary sensor coil may be provided on the floor of the parking space or at least partially in the floor.
  • Posi ⁇ tion data field strength data or amplitude data is transferred from the designated for the inductive excitation coil to the vehicle via ⁇ .
  • a communication module can be provided, which downstream of the provided for excitation coil, or which is connected downstream of a position calculating device which is connected to the spool, preferably via a Empfangsein ⁇ direction.
  • the latter possibility has the advantage that when using at least one sensor coil, this does not have to be arranged on the vehicle, but can be provided outside the vehicle and in particular stationary.
  • the former possibility in turn has the advantage that a communication between the vehicle and a stationary unit is not necessarily required.
  • the coil provided for inductive excitation in the form of the vehicle-side receiver coil or in the form of at least one sensor coil, is connected directly or via a position-calculating device to a communication device.
  • the communica ⁇ tion means the power or amplification ⁇ tudenaries the orientation received signal or a pre-determined relative position of the vehicle is transmitted to the stationary coil special.
  • the stationary coil may in this case be arranged on a positioning mechanism which, for optimum alignment of the reception charging coil with the transmission charging coil, transmits the transmission charging coil according to the relative position or according to FIG
  • the communication module may be a near field communication module (formed in accordance with a NFC standard), cellular enabled communication module (in particular ⁇ sondere a GSM, UMTS, EDGE, GPRS, HSCSD or
  • the LTE communication module can be based on a proprietary communication standard.
  • the communication tion module can also be a radio module or a module for optical data transmission.
  • At least one sensor coil which is mounted on the vehicle or stationary, can be used.
  • the sensor coil this is not the intended in ⁇ inductive excitation coil.
  • the orientation field can be detected by means of the transmission charging coil or by means of the reception charging coil.
  • the transmitting charging coil or the receiving charging coil form the coil provided for inductive excitation.
  • only a portion of the transmit charging coil or the receiving charging coil can be used to detect the orientation field, wherein the coil in question preferably has a corresponding winding tap.
  • a plurality of vehicle-mounted or fixed (that is steady state) sensor coils for detecting the Orien ⁇ t istsfeldes used are in particular distributed on an underside of the vehicle, preferably at a distance of at least 5, 10, 20, 50, 100 or 120 centimeters.
  • sensor coils there are, in particular three or four sensor coils to be seen at the Un ⁇ underside of the vehicle or as a stationary transmitter coil before ⁇ , to detect the orientation field having a plurality of sensor coils.
  • the sensor coils may be spaced apart from each other as mentioned and / or may be differently oriented (ie, inclined to each other). If the orientation field is detected by a plurality of sensor coils distributed locally, the relative position can be precisely detected.
  • one or more sensor coils are used, which are arranged in particular as an array or as a matrix and which are spaced apart from one another. In this case, the sensor coils may have the same or different orientations.
  • the sensor coils can be arranged at equal intervals in the array or in the matrix.
  • the distances between the sensor coils need not necessarily be the same. There are irregular or asymmetrical spatial distribution of Sen ⁇ sorspulen possible. The distances or the position of the sensors will be taken into sorspulen ⁇ in determining the relative position. Furthermore, the asymmetrical or irregular local distribution of the sensor coils can be used for plausibility checking, in particular if the number of sensor coils exceeds the dimension of the relative position and thus re ⁇ dundant determinations of the relative position are possible. These are used in particular to perform plausibility checks on location determinations and, in particular, to resolve an unambiguous triangulation and to resolve them by evaluating the redundant sensor coils (or their signals).
  • the sensor coils are divided into groups, each group comprising three differently oriented coil ⁇ ori, preferably as indicated above.
  • the orientation receive signal is in this case multidimensional or there are several orientation receive signals.
  • Orientation receive signals include all individual receive signals of all sensor coils, the signals preferably being grouped according to the local grouping. There are preferably 2, 3 or 4 groups of such Sen ⁇ sorspulen used. The groups have in particular a distance of at least 10 cm, 20 cm, 50 cm, 100 cm or 120cm. This allows (ie the field Rich ⁇ ) is reported on the basis of each group of coils the direction of the course of the orientation field detected, in particular by the individual Leis ⁇ tung values of the coils of one group (or amplitude values) are considered as the direction vector representing the direction of the
  • the position of the sensor coil relative to the orientation field can be detected by triangulation. If the positioning or the orientation field ⁇ direction is ambiguous, the unique relative position ER- averages can be a redundant present group and / or a signal strength comparison of coils of different groups.
  • a combined total power of all orientation receive signals of a group of coils can be combined (for example by simple addition of the arguments or by absolute value formation, in particular by determining the square root of the sum of the squares of the arguments, ie the powers or amplitudes) so as to determine which of the groups closer to the center of the arguments
  • Orientation field is located.
  • the signal strengths can be compared, wherein the group lying closer to the center has a greater signal strength or amplitude.
  • Ratios of signal strengths of the orientation receive signals can be formed, this particularly relates to orientation receive signals from coils whose orientation direction is substantially perpendicular or at least 45 ° inclined to the longitudinal axis of the coil that generates the Orien ⁇ t istsfeld.
  • the field components of the field orientation ⁇ for which such aligned are more sensitive than other field components more volatile than field components parallel to said longitudinal axis, in particular strongly vary the ratios of the distance to the center of the orientation field.
  • the dependence between field strength of coils having at least 45 ° to the longitudinal axis of the orientation-generating coil and the distance to the orientation-generating coil in particular local minima or maxima. In particular, the ratio depends on non-monotonic dependence on the distance.
  • the progression of the signal strengths or the ratios can be determined as a function of the path or of the time, whereby this course can be compared with a predefined course (determined on the basis of the orientation field). If the comparison yields a high degree of correspondence at a certain coordinate, it is determined that the vehicle or the sensor coils are located at this coordinate.
  • the signal strengths of the orientation receive signals may be used to determine distances or pitch lines to the respective coils.
  • An image (such as a function or look-up table) that maps signal strengths to a distance or a distance line can be provided.
  • the signal strengths are linked to the distances according to a monotonically decreasing function, ie, the greater the signal strength, the smaller the distance.
  • a monotonically decreasing function ie, the greater the signal strength, the smaller the distance.
  • the intersection identifies the origin of the Orien ⁇ t istsfelds. the relative position resulting from the coil cavities ⁇ relationship between any origin and position of the sensor.
  • the provided at different locations coils are oriented differently or inclined to each other. Since each coil has an anisotropic (ie, from a Ku ⁇ gelstrahler different) directional characteristics, the Distance lines no circles, but have a predetermined course, approximately in the form of an eight. The directional characteristic is characterized by a high sensitivity in one
  • Direction that corresponds approximately to the longitudinal direction of the coil, and by a decreasing sensitivity with increasing Win ⁇ kelabweichung to the longitudinal direction, for example, representable as a cosine function.
  • the directional characteristic has a minimum of sensitivity in a direction corresponding to a transverse axis of the coil or in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis. It results in the graphical representation of the directional characteristic of the shape of a figure eight with a constriction in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the coil.
  • ⁇ field-received signal results in a large (maximum) distance in the longitudinal direction of the coil and a minimum distance perpendicular thereto with a course, as has been described for the directional characteristic.
  • An image of the signal strength on the distance corresponds to this anisotropic directional characteristic.
  • a plurality or all of the coils are directed to an area between the coils.
  • at least two, preferably 3 or all coils are inclined to each other or mutually differently oriented.
  • the longitudinal axes of more than two of these sensor coils do not intersect at the same point;
  • the minimum distance between two points of intersection is un ⁇ ter Kunststoffmaschinemaschine Sensorspulentupel at least 10, 20, 50 or 100 cm.
  • a plurality of coil groups (preferably 2, 3, 4 or more) may be provided at different positions.
  • the coil groups each have different oriented sensor coils, preferably 3 differently oriented Sensor coils, which are in particular oriented substantially perpendicular to each other. It can be formed for several groups of the total signal strength value of all orientation received signals of all coils for the relevant group, such as by addition or magnitude of the relevant signal ⁇ strength values. As a magnitude formation, for example, the averaging He ⁇ refers to the square root of the squares of the individual arguments, said arguments represent the power or amplitude. From the total signal strength value, the total signal strength value is reduced to one by means of a predetermined mapping
  • the mapping of the total signal strength to the distance is a one-dimensional function.
  • the total signal strengths of different groups can be used to trigger ambiguities in the intersection of all the spacing lines of the groups.
  • the individual signal strengths of the coils of each group are imaged by means of a mapping on a distance line (per group), which reproduces this anisotropic directivity. It becomes the intersection or several possible intersections of the spacing lines of the groups are formed.
  • the total signal strengths for the respective groups may be formed, which are compared to obtain more positi ⁇ onsinformation, and to determine, in particular, from a plurality of points of intersection with the relevant intersection.
  • the spatial course of the orientation field ie the course of the field lines
  • the coordinates of the vector representing the orientation field can be detected at the location of the group.
  • the orientation field is radially symmetric, but the measuring principles described are also applicable to unbalanced fields.
  • the method is used in a region of the orientation field in which this in the Has substantially radial field lines that meet at a point. This point is the center (ie the origin) of the orientation field and usually the center of the coil that produces the orientation field.
  • the direction of the orientation field detected by a group of coils corresponds to the direction in which the coil that generates the orientation field or in the direction in which the center of the coil or the center of the orientation field lies.
  • This direction of three or four or even more groups of coils is detected, preferably, the groups present on under ⁇ different handy places.
  • the position of the center of the orientation field or the position of the coil which generates the orientation field can be determined relative to the groups of coils .
  • all the lines representing the respective directions of the groups and passing through the respective groups meet at the same point, this intersection representing the center of the orientation field or the center of the coil which produces the orientation field.
  • the deviations of the orientation field of a radial field ⁇ be taken into account to correct the various directions that were determined by the individual groups.
  • an orientation field course can be stored in which the direction and / or the strength of the orientation field are stored for a multiplicity of different points. As a result, the comparison of directions or strengths detected by the groups can be determined as the most probable relative position.
  • the orientation information, the (spatial) gradient flows into the determination of the relative position.
  • the triangulation may be by means of at least three sensors or sensor groups then carried out with one or two sensors or sensor groups at ⁇ play instead of the gradient and in particular modification of the (spatial) orientation of the field gradients is considered.
  • the change in the gradient is considered to be the spherical derivative of the second order of the field according to the spatial directions (x / y / z) or the solid angle (ie, rho / theta).
  • a stored (non-variable) orientation field ⁇ course can be used as a standard measure is compared with the only, or the deposited orientation field history can be stored variable to allow a correction that can be considered as a calibration. As a result, a calibration to individual orientation fields and / or sensor coils is possible.
  • the orientation field is preferably detected with a plurality of sensor coils per group and with a plurality of groups that are located at different locations.
  • the coils of each group can be designed in the same way, and differ only by their orientation.
  • the coils may be wound around a core, the core in particular comprising a ferromagnetic material in order to increase the sensitivity of the coils. If they are different, the coils of one group with respect to Win ⁇ extension number, cross-sectional area, cross-sectional shape or acting for this coil permeability, the individual reception signals of the coils can be corrected so as that each coil with the same field strength produces the same Emp ⁇ fang signal.
  • a shape-related (or material-related) anisotropy of the sensitivity of the coil be corrected by taking into account the different permeability numbers for the different directions.
  • This can also compensate for anisotropies resulting from the shape of the core.
  • the core may in particular be cubic or spherical.
  • the core can also have a cylindrical shape or a cuboid shape, whereby the resulting different sensitivities of the differently oriented coils (ie the anisotropies resulting from the shape) can be compensated. It may be provided an illustration that this
  • Anisotropie reproduces, and the signal strengths of the orientation received signals from distances or distance lines ⁇ forms.
  • the received signals are attenuated, for example when the signal level of one or more received signals exceeds a certain value due to the approach of the relevant coil to the center of the orientation field.
  • One or more attenuators can be provided with which the received signals (or total received signals) are attenuated.
  • the attenuators are preferably adjustable.
  • the damping is adjustable, preferably (continuously) switchable, in particular for all coils of a group of the same damping factor is provided.
  • the damping may be in particular in two stages, wherein a first attenuation may be an analog attenuation that affects the delivered by the coil analog signal, while a downstream damping may be a Digi ⁇ taldämpfung, which relates to a digital signal by analog / digital Conversion of the muted analog
  • the attenuation for the input coils may be different, these differences being taken into account in the detection of the direction based on the received signals of the coils.
  • an attenuator or two (or more) attenuators may be provided for each orientation field received signal or for each overall received signal.
  • Triangulation by evaluating the individual signal strengths for distance detection or by comparison with values representing the orientation field), at which location the center or another reference point of the orientation field is located. Therefore, it is first recorded where this reference point of the
  • Orientation field is relative to the coils. Based on the local relationship between the reference point of the orientation field and coils or coil groups, the relative position between the receiving coil and the transmitter charging coil is then determined, taking into account the known spatial relationship between the sensor coils and the coil, which is seen for inductive excitation before ⁇ . Since it is known at which position, the coils are arranged, ie, the point at which the coils are arranged on the vehicle or on the ground, can be determined on the basis of the spatial relationship between the sensor coil and orientation field re ⁇ lativposition between receiving charging coil and transmitting charging coil readily.
  • the relative position thus detected can be output as a signal, for example a signal which reproduces the relative position as coordinate values, preferably in digital form.
  • This relative position can be displayed, for example, so that the driver is given the opportunity to position the vehicle correctly.
  • the driver can be given the relative position, alternatively or in combination with directional information and / or path information indicating which direction the vehicle is to be positioned in order to arrange the transmission charging coil to the reception charging coil.
  • the vehicle is automatically correctly positioned, the relative position being used as an input. is used control of a loop within which a movement (direction and / or distance) of the vehicle, the Sendeladespule or the reception charging coil is controlled.
  • the reception charging coil may be aligned with the transmission charging coil by movement of the vehicle and / or by driving a positioning mechanism of the reception charging coil and / or the transmitting charging coil.
  • a method for wireless charging of the vehicle includes the method for detecting the relative ⁇ position, as disclosed here.
  • the vehicle, the receiving charging coil and / or the transmitting charging coil are aligned in accordance with a predetermined optimum relative position.
  • the op ⁇ timale relative position corresponds to the position in which the receiving charging coil has an optimum coupling with the transmission charging coil.
  • the optimum relative position between the reception charging coil and the transmitting charging coil is that in which the receiving charging coil and the transmitting charging coil are completely aligned with each other, for example, a position where these two coils are arranged along the same axis or where the distance between the receiving charging coil and the transmitting charging coil is minimum or where the received power is greatest.
  • the relative position is determined repeatedly during the alignment, in particular by means of the method described here.
  • the vehicle, the transmitting charging coil and / or the receiving charging coil can be aligned according to the optimum relative position.
  • the two charging coils can be guided by means of a controllable positioning ⁇ mechanism to each other in the optimum relative position. Alignment may be in two steps that may overlap or be performed sequentially, with one of the steps involving aligning the vehicle and another step involving aligning at least one of the charging coils by the positioning mechanism.
  • the method of wirelessly charging the vehicle further provides for electrical power via an alternating magnetic charging field from the transmitting charging coil to the receiving charging coil transfer. This is carried out in particular after the optimum relative position has been reached, wherein the charging field is preferably generated only when the optimum relative position is reached.
  • the charging field has a significantly higher power or field strength than the orientation field, wherein the charging field can be stronger than the orientation field, for example by a factor of at least 10, 100, 1000 or 10000.
  • provision may be made for the orientation field and the charging field to be generated by the transmission charging coil.
  • generated prior to the transmission ⁇ charging coil preferably the orientation field at a first power level to the at least one provided for the inductive excitation coil (especially, the sensor coil) begins to detect the orientation field.
  • the provided for the inductive excitation coil starts to detect the orientation field, where the reception signal provided for the inductive excitation coil has a Sig ⁇ nal / noise ratio which is above a predetermined level, or in which this reception signal over a hail ⁇ agreed level is.
  • Orientation field generated and the coil, which receives the Orientie ⁇ tion field can be adjusted.
  • the distance results directly from the relative position.
  • the Leis ⁇ lighting level can be reduced with decreasing distance.
  • the power is preferably kept constant in order to guarantee a high resolution close to the coil
  • the power level of the orientation field is controlled by a control target, according to which the strength of the orientation receive signal, a combination of a plurality of orientation receive signals, or a Total orientation receive signal at a predetermined interval or at a predetermined target power value.
  • orientation field can also be generated by another coil at the first power level.
  • the charging field is generated by the transmitting charging coil at a second power level, which is above the first level, when the optimum relative position is reached by the alignment.
  • the charging field is generated at the second power level when the transmitting charging coil is completely aligned with the receiving charging coil. In other words, the charging field is not generated until the alignment is completed.
  • the power with which the orientation field is generated while the alignment is taking place is less than the first power level at which the orientation field is generated before the coil provided for inductive excitation has detected the orientation field.
  • the first power level may be greater by a factor of at least 2, 5, 10 or 100 as the lower power at which the orientation field is generated during the alignment or after the start of detection of approximately Orientie ⁇ field.
  • the orientation field can be generated with a larger spatial spread than the charging field.
  • the orientation field can be generated by the same coil as the charging field.
  • the larger spatial dispersion consists in ⁇ example by different positioning of the core or other magnetic body reach.
  • the method may be carried out of the coil that is provided for the inductive excitation (by the orientation field) even with a large distance between the coil that generates the Orien ⁇ t istsfeld, and.
  • a coil which receives the Orien ⁇ t istsfeld.
  • one or more coils can receive the orientation field.
  • Another aspect of the method described herein is foreign object detection. Foreign bodies can be detected by detecting the orientation field, since the orientation field is disturbed by foreign bodies, ie in particular magnetic foreign bodies.
  • This disturbance can be detected from the orientation receive signal as described herein.
  • foreign matter can be detected by means of the steps which are performed from ⁇ in the method for detecting the relative position, and in the context of the method for wireless charging.
  • the coil provided for inductive excitation ie in particular the sensor coil, emits a signal, in particular the received signal, which is examined for discontinuities.
  • Such discontinuities are, for example, local minima or maxima or, in general, deviations from an anticipated temporal or spatial distribution of the orientation field or of a signal that the orientation field or signal. the charging field reproduces.
  • a local change in direction of the orientation field can be detected, which points to a foreign body.
  • the detected relative position does not change according to the orientation of the vehicle, it may be considered that the cause thereof is a foreign matter that disturbs the orientation field.
  • a course of the relative position over time or over the path can be created, since the direction and path of the alignment as well as the movement of the alignment are known.
  • a deviation of the detected relative position with respect to this course which exceeds a predetermined minimum deviation limit value, it can thus be established that a foreign body is present.
  • the detected orientation field can be compared with an expected orientation field, which is deposited, for example, whereby a foreign body is detected in the case of a deviation which is above a minimum deviation limit. The course of the
  • Orientation field is detected here by means of one or more transmitting coils, which may in particular be spatially distributed, and which are thereby able to detect directions and strength of the orientation field at certain points. If the direction and / or the strength deviates more strongly than predetermined by a minimum deviation limit, then a
  • the orientation direction of the field can be detected by means of distributed coil at a plurality of points, wherein in a radially symmetrical orientation aids the field directions t istsfeld in the absence of a foreign body ⁇ at substantially the same point show, namely the center of the orientation field.
  • each coil or group may specify a direction in which the center of the orientation field is suspected. If these differ widely, that is a trailing deviation, which is above a minimum deviation limit, can also be concluded that a foreign body is present.
  • the acquired distortion of Orien ⁇ t istsfeldes can be used to determine not only the presence of a foreign body, but also the position of at least approximately. Further, the distortion or Diskonti ⁇ nuticianen can be used to determine the size or type of the object.
  • the sensor coils can be calibrated against each other, although a signal is issued that a foreign body would be present, but according to user input or input of an additional foreign body sensor is no foreign body.
  • the sensor coils can be calibrated mutually, so that they have the same sensitivity. Furthermore, this can compensate for distortions in the orientation field, which are not caused by foreign bodies. If data is stored which characterizes a desired orientation field (or a desired reception signal) in order to detect foreign objects by comparison with measured reception signals, these data can be adapted to the detected distortions which are not caused by foreign bodies.
  • an error in the determination of the relative position may be determined when, by user input or other external input (a additional position sensor, which may be, for example, by a camera, an ultrasonic sensor, a radar sensor or an optical position sensor ⁇ position) the actual relative ⁇ position is detected.
  • the error results from comparing the user input or external input with the relative position detected by the method.
  • the error is preferably taken into account when detecting the relative position in order to at least partially compensate for the error in the position detection.
  • Discontinuity is thus understood to mean a temporal or spatial discontinuity resulting from distortions of the orientation field resulting from foreign bodies. These discontinuities are reflected in these deviate ⁇ tions or distortion again, so that the term “continuity discounting" can be used as equivalent.
  • the method for detecting a relative position as well as the method for wireless charging of a vehicle can be carried out.
  • a corresponding foreign body ⁇ signal can be output, particularly in the form of an electronic signal that can be displayed, for example, or may be communicated in other ways to the user.
  • the signal may be used to control, for example, alignment or loading.
  • the judge from ⁇ (the Sendel charging coil and / or the receiving charging coil) can be interrupted, for example when a detected foreign body or it may be the charging field be turned off.
  • a further aspect is that the at least one coil provided for detecting the orientation field can also be used to detect the charging field, in particular outside the transmitting and receiving charging coil, in order to obtain a discontinuity as described above for the orientation field.
  • multiple sensor coils may be used to receive the orientation field as described herein.
  • orientation coils are used, in particular, to detect the charging field or its scattering around the transmitting and receiving coil during the charging process, in order to deduce whether a foreign body is present in the vicinity of the transmitting or receiving coil or not.
  • those used to detect the sensor coils after the orientation field has been switched off and after the charging field has been switched on (or during the switching on of the charging field) are used to detect foreign objects on the basis of disturbances in the charging field.
  • the sensor coils thus not only detect the orientation field, but also the charging field. In this case, it can be provided that during the detection of the La ⁇ defelds the sensor coils are attenuated, in particular are attenuated more than in the detection of the orientation field.
  • the orientation field can be modulated with an identification signal.
  • This Distinguishing ⁇ voltage signal is used in particular to identify the transmitting charging coil (and to distinguish from other transmitting charging coils under ⁇ ).
  • the modulation of the orientation field can be used to transmit the detected relative position, one or more received signals that reproduce the orientation field or a foreign body detection signal. If a plurality of transmit charging coils are provided in the same space or at mutually-lying parking spaces, they are preferably modulated with different license plate signals. This makes it possible to distinguish different orientation fields that may overlap partially, and to carry out the method for detecting the relative position only by a specific, selected orientation field with a ⁇ be agreed flag signal.
  • the flag signal may also transmit power data or charging modes by modulation, and further
  • Indicator that reproduces a data transmission protocol which is used for further communication between the vehicle and the vehicle
  • Emitter such as a near-field communication protocol, a cellular communications protected protocol, or a wireless transmission protocol.
  • transmission protocol such as WLAN, DECT or Bluetooth (as described above be ⁇ written ).
  • the license plate signal provider data ie a provider identification, a tariff or the like kenn ⁇ draw.
  • the transmitting charging coil can for this purpose comprise a communication unit and / or a control ⁇ unit that processes such data and establishes the communication with the vehicle.
  • the orientation field can, in particular, reproduce information about current operating states of the transmission coil (temperature, power, frequency or the like) or also data that serve for billing, such as the tariff or the provider.
  • the indicator signal may be modulated on the orientation field on ⁇ by amplitude modulation, by Frequenzmo ⁇ dulation or by code division modulation, by ortho- gonales frequency division multiplexing as well as phase modulation.
  • Frequency modulation is preferably used in which the center frequency of the main charging coil or the coil which generates the orientation field is used as the center frequency.
  • the orientation field can be quenzkanal modulated on a different frequency than the main frequency (Mittelfre acid sequence) of the orientation field of the charging field.
  • an orientation signal receiver which has a coil provided for inductive excitation.
  • This coil is in the form of a vehicle-mounted or stationary sensor sorspule trained.
  • the at least one sensor coil used in the orientation signal receiver can be designed, as the at least one sensor coil described here. Ins ⁇ particular can be provided more sensor coils, which have a different orientation and / or provided on un ⁇ ter Kunststoff places. In particular, differently oriented sensor coils can each be grouped in a group. The sensor coils of a group are preferably provided at the same location, while the groups of sensor coils are located at different locations.
  • the at least one sensor coil can be provided on the vehicle side, in particular on the vehicle floor, or can be provided in a floor of a parking space, preferably in the vicinity of the transmission coil.
  • the sensor coils are arranged around the transmitting coil or the transmitting coil is provided in an area between the sensor coils, preferably in the middle of the sensor coil groups, when the sensor coils are stationary (ie on or in the ground).
  • the orientation signal receiver further comprises a Emp ⁇ catch means having an input connected to the sensor coil.
  • the receiving device may further comprise an attenuator connected downstream of the input, which is preferably adjustable before ⁇ .
  • the receiving device may further comprise an amplifier with a preferably adjustable Verstär ⁇ blocking factor which is connected downstream of the entrance, and in particular the damping engine.
  • a preferably adjustable Verstär ⁇ blocking factor which is connected downstream of the entrance, and in particular the damping engine.
  • Dämp ⁇ ment links in the receiving device, which are also preferably switchable.
  • an attenuator can be provided that the input is connected directly downstream and the analog configured, while the receiving device further comprises a further attenuator ⁇ on that the first-mentioned attenuator is connected downstream, and which is adapted to attenuate signals according to digitally adjustable attenuation factors.
  • the input is designed for the connection of at least one sensor coil, so that when several sensor coils of the input to Connection of several sensor coils is designed.
  • the input can be multi-channel.
  • the attenuation factor is either equal to, or the attenuation factor is adjusted to the sensitivity of the coils so that at different sensitive coils of the respective attenuation factor of the different sensitivity at least partially compensates.
  • the orientation signal receiver is frequenzse ⁇ tively.
  • the receiving device can be frequency-selective.
  • the receiving device is also preferably be ⁇ staltet to received via the input, a guidance and receive signal from the at least one provided for the inductive excitation coil.
  • This frequency selectivity makes it possible to block off alternating magnetic fields, which superimpose the respective orientation field as an interference signal.
  • ⁇ means that also non-static magnetic fields, ie alternating fields can be blocked, otherwise the detection of Orientation field would interfere.
  • at least one sensor coil for position detection or for correct alignment can be used without existing interference signals (especially outside the frequency of the orientation field or stationary magnetic fields) can interfere with this process.
  • the orientation signal receiver has at least one Re ⁇ sonanz Vietnamese comprising the sensor coil as well as a thereon attached ⁇ connected capacitance.
  • the capacitance connected thereto is in particular part of the frequency-selective receiving device, so that a sensor coil, which is connected to the capacitance via the input of the receiving device, forms a resonant circuit together with the capacitance.
  • the capacitance and the sensor coil can in this case be connected in parallel or in series, wherein the resonant circuit is a series or Parallelreso ⁇ nanz Vietnamese, in the simplest case an LC resonant circuit.
  • the resonant circuit has a center frequency corresponding prior ⁇ preferably the main frequency of the orientation field. In particular, preferably at least 10%, 20%, 50%, 80% or 90% of the power of the orientation field or the
  • the resonant frequency of the resonant circuit substantially corresponds to the frequency of the orientation field. This is especially true for all sensor coils, in particular coils of the same group and / or the same orientation should have the same inductance. To compensate for variations in the inductance of each being closed ⁇ capacities may be different, so that in essentially the same resonant frequency. In particular, at least one of the capacities can be adjustable.
  • the resonant circuit has in particular a quality of more than 100, more than 200 or more than 500.
  • the resonant circuit is damped and has an attenuator, in particular in the form of a resistor.
  • This resistance may provide ⁇ be signed attenuator herein because this resistance attenuates the receive signal in which it reduces the quality of the resonant circuit.
  • the damping of the resonant circuit or the resistance can be adjustable here.
  • the resistance can be switched in particular, is particularly large or sauce ⁇ (with parity rallelschwing Vietnameseen) when the sensor coil begins to detect the Orientie ⁇ approximately frame or before the orientation field is ever detected. For series resonant circuits, this applies to the conductance of resistance.
  • the resistor can be switched on or reduced in order to dampen the resonant circuit in which the sensor coil is provided. (For series resonant circuits, this applies to the conductance of the resistor.)
  • This allows the dynamics ⁇ area of the receiving device can be increased.
  • all the sensor coils in particular the sensor coils of the same group or the sensor coils of the same orientation, are attenuated equally, so that a plurality of resistors may be provided for a plurality of sensor coils or for a multi-channel input of the receiver.
  • the attenuation of the coils of the same orientation is the same, wherein the attenuation of coils of different orientation may be different, such as to have a desired (minimum) signal level for the coils of the same orientation.
  • a resistor is seen before ⁇ , which selectively attenuates the resonant circuit.
  • the resistor provided for damping is preferably switchable and / or adjustable, wherein in particular also digitally adjustable resistors or resistor networks can be used.
  • the degree of attenuation is considered in order to be able to detect the actual thickness of approximately Orientie ⁇ field.
  • a filter may be provided, in particular in the frequency-selective receiving device.
  • the filter has a passband in which lies the orientation field which is set up to induce the orientation receive signal in the sensor coil. Preferably fall within the passband min ⁇ least 50, 80, 90 or 95% of the power of the orientation field.
  • the pass band may be a narrow band when the Orien ⁇ t istsfeld substantially comprises only one frequency, in this case, the passage area preferably covers at least 95 or 99% of the spectrum of the orientation field.
  • a low-pass filter or a high-pass filter can be provided, with which noise components can be separated from the useful signal provided by the orientation field.
  • the passband of the filter can also be based on expected interference components to provide a passband blocking at least 50, 90 or 95% of the expected interference components.
  • the filter can be a filter first, second or higher order, can be configured analog or digital, may be the ⁇ particular an RC element, or can be configured as a quartz oscillator or surface acoustic wave filters.
  • the orientation signal receiver comprises at least one of these fre ⁇ quenzselektiven measures and preferably comprises several of these components in order to achieve the lowest possible content of interfering components.
  • the orientation signal receiver comprises at least one of these fre ⁇ quenzselektiven measures and preferably comprises several of these components in order to achieve the lowest possible content of interfering components.
  • the orientation signal receiver comprises at least one of these fre ⁇ quenzselektiven measures and preferably comprises several of these components in order to achieve the lowest possible content of interfering components.
  • the orientation signal receiver comprises at least one of these fre ⁇ quenzselektiven measures and preferably comprises several of these components in order to achieve the lowest possible content of interfering components.
  • the orientation signal receiver comprises at least one of these fr
  • the receiving device can be one or more parts, preferably one channel is provided for each coil. Each channel comprises a resonant circuit and / or a filter, and optionally at least one attenuator.
  • the channels are preferably constructed in the same manner (in terms of filters, resonant circuit and attenuator), but may be configured differently to produce different sensitivities of the coils to compensate kom ⁇ or intentionally. In particular, by anisotropies of the coil or the magnetic core around which the coil is wound, be compensated by different damping factors in the channels.
  • the ratio of the Dämp ⁇ Fung factors of the channels or the ratio of the sensitivities however, the different channels or coils are preferably constant.
  • the orientation signal receiver is preferably equipped with a plurality of sensor coils. These are inclined to ⁇ ordered or differently oriented. In particular, these can be arranged perpendicular to each other and thereby form a Cartesian coordinate system with orthogonal axes.
  • the sensor coils are preferably configured identically and have the same sensitivity.
  • the plurality of sensor coils preferably have the same number of turns, the same winding cross-sectional area, the same length and / or the same cross-sectional shape.
  • different inductances or different sensitivity analyzes can tivi activities of the sensor coils by different damping factors ⁇ or different filters and resonant circuits will ⁇ least partially offset.
  • the mutually inclined sensor coils are preferably provided at the same location.
  • the sensor coils may be grouped provided, wherein in each group a plurality of sensor coils are provided which are inclined to each other (preferably 3 pieces which are orthogonal to each other), wherein the groups are arranged at different locations of the vehicle or the bottom of the parking space.
  • the sensor coils may be grouped around the transmit coil or around the receive coil.
  • Mutually inclined sensor coils, in particular a group can be carried by the same holder.
  • mutually inclined sensor coils, in particular a group can be wound on the same magnetic core, which is in particular a ferrite core.
  • the ferrite core may in this case in particular have a spherical or cube-shaped form, wherein in the case of cuboidal or elliptical cores, the resulting shape anisotropy can be compensated as previously noted.
  • the centers of the mutually inclined sensor coils are preferably in the same space area, in particular a (imaginary) ball or a (imaginary) cube with a diameter or an edge length of not more than 10, 5 or 2 mm.
  • the imaginary sphere or in the imaginary cube, in which the centers of the mutually inclined sensor coils are located preferably has a maximum dimension of not more than 30, 10, 5 or 2 percent of the maximum dimension of the sizes of the sensor coils.
  • a receiving device as described here can be provided, to which the coils are connected.
  • the groups can have a large distance from one another without long transmission lines for the received signal rendering the device susceptible to interference. Since each receiving device prepares the received signal of the sensor coils on ⁇ , there are thus less spurious components.
  • the charging device further comprises a position calculation device, which is connected downstream of the orientation signal receiver.
  • the positioning mechanism is set up, a relative position (generally in terms of a direction of a vector or a distance) between the vehicle and a fixed transmission charging coil based on the orientation of the receive signal receiving means to transmit it ⁇ .
  • the position calculation device is set up to process the orientation received signal of the coils after their processing by the receiving device. Since it is the same information content, it is not decided between an orientation received signal which is applied directly to the coils, and an orientation received signal which is output from the receiving device, and which corresponds to a processed (filtered or attenuated) receive signal directly on the sensor coils.
  • the loading device further comprises a Ausraumssignal- generator, which is the position calculator nachge ⁇ on.
  • the alignment signal generator is configured to generate an alignment signal based on the relative position of the position calculation device.
  • the alignment signal may be used in a passive or active manner. Therefore, the alignment signal generator may be configured to generate an alignment signal suitable for display by means of an optical, acoustic or haptic display. Alternatively or in combination therewith, the orientation signal generator may be configured to generate an off ⁇ direction signal, which is configured to control the Posi ⁇ tion istsmechanismus.
  • the Po ⁇ sition istsmechanismus is equipped with an actuator of the Empfangsla ⁇ despule or the Sendeladespule, and is set up to move these coils relative to the vehicle (in the case of a mobile receiving charging coil) or the bottom of the parking space (in the case of a mobile Sendeladespule) ,
  • Both the position calculation device and the alignment signal generator are preferably in the form of a
  • the optical signal can in particular be indicated on a display, for example in the form of arrows or the like.
  • This display can be part of the charger. Furthermore, can "
  • acoustic or haptic transducers are used to represent the alignment signal, wherein the acoustic transducer can emit a sound signal or a voice signal and the haptic transducer acts in particular on the steering wheel and / or on the driving or brake pedal.
  • the haptic converter can, for example, generate a counterforce if the driver steers in a direction that does not cause the transmitter charging coil to optimally align with the receiver charging coil.
  • the inductive charging device may have a foreign body detection device.
  • the foreign body detection device is set up to detect discontinuities in the orientation received signal of the receiving device.
  • the foreign body detection device can have a memory in which the data are stored.
  • Foreign body detection device having an input with which this path data and / or angle data (in general: movement ⁇ tion data) of the vehicle receives to determine the movement of the vehicle during the alignment can.
  • a detection unit of the foreign body detection device determines which signals or which relative position are to be expected on the basis of this received data.
  • a comparison device of the foreign body detection device determines whether the thus predicted data on the relative position or the field strength or field strengths of the orientation field coincides with the detected relative position or with the detected received signal, or if this results in deviations that are above a minimum deviation limit. If this is the case, then the foreign body detection device can determine that a foreign body is present. Based on the comparator device, the foreign body detection device is configured based on the Orientation received signal or on the basis of the detected Re ⁇ relative position to determine a deviation from a stored, undisturbed orientation field or against predicted relative positions or received signals.
  • An error generator which is particularly connected to this comparison ⁇ device is designed to deliver a fault condition signal when these discontinuities are ⁇ .
  • the fault generator may be configured to merely indicate that a foreign object has been detected, or may be configured to emit a signal that characterizes the foreign body, such as its size.
  • the soupge ⁇ erator in this case comprises a mapping that associates the result signal of said comparing means a characteristic of the foreign body (size and type).
  • the error generator can also be oriented ⁇ staltet, not only dispense the presence of a foreign body in the form of a signal, but also its position. For this purpose, the error generator can be connected to the position calculation device and / or can have an image which associates the detected discontinuity with a location at which it occurs.
  • the fault generator may be followed by a display or an acoustic transducer, which displays the error signal to the user, or it may also be a control unit of the Sendeladepule downstream, the at
  • Reception of a fault condition signal reduces the charging power or stops charging or breaks off the power supply to the Sendeladepule.
  • FIGS. 1-3 each show an orientation field
  • Figure 6 shows an exemplary block diagram for explaining embodiments of an orientation signal receiver and an inductive charging device. Detailed description of the figures
  • FIG. 1 shows an orientation field 100 that is generated by a coil 110.
  • the coil 110 is a stationary transmission charging coil, but may also be a vehicle-side reception charging coil which is supplied with a corresponding current signal by which the orientation field is generated.
  • on-vehicle sensor coils 122a to 126c are provided ⁇ . If the coil 110 is provided as a vehicle-side receiving charging coil, the sensor coils 122a to 126c are stationary.
  • the orientation field 100 emanating from the coil 110 is a radially extending field and is in particular radially symmetrical, wherein in FIG. 1 (as well as in FIGS. 2 and 3) the orientation field 100 is illustrated only on the basis of the field components which are shown in FIG Drawing plane.
  • the coil 110 is located in the center of a coordinate system, which are denoted by x, y and z. From this origin, at least in the x / y plane, the field lines radiate (ie radially) and extend radially away from this origin. The origin corresponds to the center of the coil 110.
  • the coils 122a-126c are grouped into groups 128a-c. Each group 128a-c comprises a coil 122a, b, c, which is aligned in the y-direction, a coil 124a, b, c, which is aligned in the z-direction, and a coil 126a, b, c, which in x-direction. direction is aligned.
  • each group is oriented differently to each other, so that the field direction can be spatially determined.
  • the field strengths of the coils of this group are set in relation to one another, so that a direction Ra, Rb, Rc is determined by each group.
  • FIG. 1 shows the simplified case of a two-dimensional positioning detection, such that each group 128a-c must also have only two differently oriented coils whose orientation directions are preferably not at a 90 ° angle to the plane in which the direction is calculated.
  • coils 122a-c and 126a-c may be used to determine the direction Ra-Rc (in the xy plane).
  • the directions against in this case a saudi ⁇ mensional direction again. Due to the radial extent of the orientation field, all directions Ra - Rc point into the center of the coil 110, so that the intersection point is formed from two (or preferably three) directions.
  • the point of intersection is formed, in each case starting from the position of a coil group on the vehicle 120, and starting from this starting position, the direction Ra - Rc is further tracked. If, as shown in FIG. 1, the number of sensor groups is greater than the dimension of the positioning (ie the dimension of the direction or the relative position), then the dimension of the positioning (ie the dimension of the direction or the relative position).
  • the position of the origin of the orientation field may be determined as a point between the intersections. If there are very different intersections that are different from ⁇ special by more than a predetermined minimum distance from one another ⁇ , it can be assumed that a field distortion caused by a foreign body. In this case, an error signal indicating the presence of a foreign object in the orientation field can be output.
  • the particular forms the basis for a diagnosis, that is a constitutional He ⁇ whether a foreign body is present or not.
  • Another advantage of having 4 instead of 3 sensors is that you get the 3 "best" Sensors (ie with the best signal / noise ratio) can acti ⁇ desen (or their signal can use), depending on whether the vehicle drove forward or backward to the orientation coil
  • Each coil group 128a-c does not only output one direction Ra-Rc each.
  • Rai and Ra2 are in this case mirrored on the x-axis, since only the angle between x and y can be measured but not their sign.
  • the measurement results are not vectors, but straight, one Pfeildar ⁇ position was chosen for clarity in the figures. Thus, each sensor 2 has different lines. If you take only 2 sensors, you get 2
  • directions can be determined by means of the sensor groups, which can be represented as Ra'-Rc '(dashed arrows of the same length as Ra-Rc), since the directions are determined with an ambiguity of 90 ° or 180 °.
  • the sensor groups which can be represented as Ra'-Rc '(dashed arrows of the same length as Ra-Rc), since the directions are determined with an ambiguity of 90 ° or 180 °.
  • the variation of the orientation field receive signal of the coils 124a-c (which are aligned parallel to the coil 110) with the distance to the origin of the orientation field may be used for further orientation due to the dependence on the distance to the center of the coil 110.
  • the orientation receive signals of these coils like the other coils, may be used to detect the relative position, or may be used to resolve ambiguities in determining relative positions for which the other coils (ie coils not parallel to the coil 110) are used.
  • this orientation receive signal of the coils 124a, b, c, due to the known course of the orientation field is also known, this can be compared with determined courses of the coils 124a-c, so as to the relative position or at least to a distance to be able to conclude the center of the coil 110.
  • FIG. 2 shows an orientation field 200 which corresponds to the orientation field 100. This is generated by a coil 210, which also corresponds to the coil 110.
  • the Spu ⁇ len succession 228a - c correspond structurally the coil groups 128a - c, but with to better illustrate the position of the positions of the sensor coil groups 128a - c different.
  • Each coil group 228a-c has at least two, but preferably three sensor coils, which are oriented differently. 2, based on a total signal strength of each group 228a-c, the distance of the center of the coil to the respective group 228a-c is calculated. Due to the spacing lines can be created (in the case of three-dimensional Real ⁇ tivposition) (in case of two-dimensional relative position) or surfaces along which the center of the coil 210 is to be expected. At the center of each of these lines or surfaces is a coil group.
  • the total signal strength is shown by a bar 230a-c.
  • the longer the bar the greater the Sig ⁇ nalgate, wherein it can be seen in Figure 2, that the signal strength 230a - c falls off with increasing distance from the center of the coil 210th
  • the coil group 228c is closest to the center of the coil 110, and therefore, their total signal strength 230c is greater than the total signal strength 230b, which in turn is greater than the total signal strength 230a originating from the farthest group 228a.
  • closed line shapes deviate from the circles, whereby these closed lines can also be cut with one another as described above, taking into account the orientation of the coil group relative to the vehicle.
  • the total distance is formed approximately as the sum of all field strengths of all coils of a group. Since the field strength is uniquely linked to the strength of the orientation receive signal, these two terms are equivalent to each other.
  • non-closed lines are used, but closed surfaces consisting of points to which the same (total) signal strength is assigned. These areas can be referred to as iso-signal strength areas.
  • the lines may be referred to as iso-signal strength lines. These areas or lines are merely graphical representation and may be represented as an equation system also within Be ⁇ calculation methods. Instead of total signal strengths of a coil group, signal strengths of a sensor coil can also be used.
  • FIG. 3 shows a further variant of the position determination, wherein three different coils are used, which are present at three different locations.
  • the magnitude of the orientation-received signal in such a constellation depends not only on the direction but also on the distance, so that upon receiving a certain strength of an orientation-received signal by one of the coils 329a-c via a predetermined image, the directional characteristic as ⁇ turns, can be determined on which line is the center of the coil.
  • the coil 229c is closest to the center of the coil 310, which generates the orientation field 300. Due to the high signal strength (compared to the other coils), it follows that the distance between coil 329c and center must be particularly small.
  • the eight-shaped line along which the center of the Orien ⁇ t istsfelds 300 is expected to stretch in terms of their size ER or in terms of their surface the greater the lower the strength of the orientation of the received signal is relevant coil.
  • This relationship can be predetermined, for example in the form of a simplified approximation of a quadratic decrease of the signal strength with the distance or in the form of other approximations or images.
  • FIG. 3 also shows intersections which can be evaluated as illustrated with reference to FIG.
  • the intersections of a residual combination of two lines are formed which is closest to the intersection of another combination of lines.
  • the center of the orientation field 300 lies.
  • the center of the field is determined and detected as the center of the orientation field. Due to the known ⁇ a comprehensive relationship between the coils (or between the coil groups of Figures 1 and 2) the relative position can be determined of the vehicle or the receiving charging coil of the vehicle at the center.
  • Figures 1-3 describe the coils that receive the Orien ⁇ t istsfeld, as sensor coils.
  • FIG. 4 shows an exemplary arrangement of a group of coils 422-426.
  • the coils 422-426 are oriented differently, wherein FIG. 4 shows an arrangement in which the coils 422-426 are each perpendicular to one another. Furthermore, it can be seen that the coils are arranged substantially without distance from one another and that their longitudinal axes intersect at a point (or in a small area).
  • the coils shown in Figure 4 are cylindrical and in particular have the same number of turns and the same size.
  • the coils each have a group to each other prior ⁇ preferably an angle with a magnitude of at least 45 °, preferably at an amount of at least 60 °, 70 ° or 85 °.
  • FIG. 5 shows a further group of sensor coils, which are wound around a common core 530.
  • the core 530 is cube-shaped, with the coils each extending over the edge centers.
  • a first coil 522 is oriented upwardly or downwardly, comparable to the coil 422 of FIG. 4.
  • a second coil 524 is oriented perpendicular to the plane of the drawing.
  • a third coil 526 is aligned in the left-right direction, corresponding to the coil 426 of FIG. 4.
  • the coils 522-526 preferably have the same number of turns. Due to the cube shape of the core 530, the coils 522 - 526 also have the same dimensions or the same cross section or
  • the length of the coils is preferably the same.
  • a further embodiment is a coil (for example, a Wür ⁇ felförmige 3D coil) about which a further inclined to the individual coil planes similar Cubic 3D coil is wound. This would give you a clear direction Ra ... Rc and could therefore save sensors compared to a simple 3D coil.
  • FIG. 6 shows orientation coils 10, which are connected to the receiving device 2 via an input 11 of a receiving device 2.
  • the receiving device 2 forms together with the coils 10 an orientation signal receiver 4.
  • Die Receiving device 2 comprises for each coil 10, a capacitor 12 which is connected in parallel to the input 11 and thus also parallel to the respective coil 10. Reso ⁇ nanz Vietnamese (which are also called oscillating circuits) result, each of a coil 10 and a connected thereto
  • Capacity 12 (12a-c) are formed.
  • Orientation received signals E (Ea-c), which are further processed in the receiving device 2 are generated by the coils 10 (10a-c) or the resulting resonant circuits.
  • a channel is provided for each orientation receive signal in which the respective orientation receive signal is processed, wherein for ease of illustration in Figure 6, only a single channel is exemplified for all channels of the orientation receive signals E. This simplified notation is indicated by a double line crossing the channel shown ("data bus representation").
  • the receiving device comprises an attenuator 20 and a further attenuator 22, which are each adjustable, and between which an amplifier 24 is located. Also the
  • Amplifier 24 may be adjustable. Preferably, only one amplifier 20 upstream of the amplifier 24 is provided when the amplifier 24 itself is adjustable in gain.
  • additional filters 14 may be provided, in front of the attenuator 20, which is located in front of the amplifier 24, between the attenuator 20 and the amplifier 24 and / or between the amplifier 24 and the attenuator 22, which is connected downstream of the amplifier 24.
  • the attenuator 20 which is connected upstream of the amplifier 24, is provided by a resistor which attenuates the respective resonant circuit comprising the coil 10 and the capacitor 12.
  • the resistance can be be connected as a series resistor or can be connected as a parallel ⁇ resistance (as shown).
  • the resistor is in particular switchable (ie bridgeable or decoupled) or is discrete-value or continuous value adjustable.
  • the amplifier 24 upstream attenuator 20 is set such that the maximum signal strength of Ver ⁇ amplifier 24 is not exceeded. Instead of the amplifier 24 may also be provided an analog / digital converter (whose sensitivity is constant or can be set). Furthermore, the amplifier 22 or the transducer 24 nachge ⁇ switched attenuator 22 may be an electronic attenuator or a switchable resistor network, in which the attenuation can be set as a discrete attenuation.
  • a position calculating device Downstream of the receiving device 4 is a position calculating device, in which the position of the coils 10 with each other, d. H. the spatial relationship between the coils 10 to each other, is stored, in particular in a memory 32. Further, in the position calculation means 30 a
  • a unit 36 for establishing the intersection or for selecting the correct intersection point may be provided in order to determine the center of the orientation field as described above.
  • the positive onsbeticians worn 30 includes a direction detection unit 34, the orientation reception signals is provided by the groups provided ⁇ coils relation to each other to indicate a direction for each group.
  • a memory 32 in this case the spatial relationships between the groups of coils are stored (as a look-up table, function, function parameters or the like), so that a combination device 36 can be formed from the positions of the individual groups on the basis of the directions of the unit 34, the line, wherein the unit 36 is also arranged to one
  • Intersection is delivered to the output 38 for dispensing the relative ⁇ position.
  • the output 38 may be followed by a display 40, in particular an optical or graphical display, to represent the relative position of the vehicle to the center of the orientation field.
  • FIG. 6 shows a positioning mechanism 50 or a steering and / or longitudinal control 52 of the vehicle.
  • the positioning mechanism 50 With the positioning mechanism 50, the transmitting coil or Emp ⁇ catch coil is aligned.
  • the vehicle itself and hence also the Empfangsla ⁇ despule can be aligned to the transmission charging coil by means of the (active) and the longitudinal steering controller 52 of the vehicle.
  • FIG. 6 also shows a foreign body detection device 60, which also receives data from the receiving device 4.
  • These orientation receiving signals which are transmitted from the receiving device to the foreign object detecting device 60, are supplied to a comparator 62.
  • the comparator 62 is further supplied with a field course 64 stored in a memory, so that the comparator 62 can compare the field profile 64 as desired field progression with the orientation receive signal which reproduces the currently detected field. There is a difference (ie, a distortion of the orientation field) that is above a predetermined minimum limit, is given a corresponding signal at Def ⁇ lersignalausgang 66th Since the comparator 62 outputs the error signal, this can also be referred to as an error generator.
  • a movement detection device 70 of the vehicle can in this case deliver data to the foreign object detection device, which reproduces the longitudinal movement and / or the direction of movement of the vehicle.
  • This information can be used in the foreign body detection device 60 in order to be able to determine from the stored field profile 64 how the orientation reception signals should develop according to the movement of the vehicle in order to be able to compare this development with the actual orientation reception signals.
  • a control of the charging field 80 is provided, which may be connected downstream of the error signal output 66 of the foreign body detection device 60. Is of the FremdMecherfas ⁇ sungs owned 60 an error signal on the error signal output 66 is delivered, thereby the controller 80 is made to the
  • the coil that generates the orientation field can also be reduced in power or can be turned off. Therefore, results from the foreign body, a distortion of the guide box or the charging field, this can be determined by comparing the actually detected orientation reception ⁇ signals over a desired field profile 64 which also (as a set of desired orientation reception signals or as Target orientation receive signal) may be provided. By comparing these data, it is possible to determine whether the orientation field or charging field is distorted, in order to then issue the charging field via the controller 80 in the case of a foreign body determined as a result. As an alternative to the foregoing description of the controller 80, the controller 80 may also be the control of the orientation field so that the generation of the orientation field is aborted when an error signal indicative of a foreign object is delivered at the error signal output.

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Abstract

Verfahren zur Erfassung einer Relativposition, Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs, Orientierungssignalempfänger und induktive Ladevorrichtung Es wird ein Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zwischen einer fahrzeugseitigen Empfangsladespule und einer feststehenden Sendeladespule (110) vorgeschlagen. Dieses Verfahren umfasst: Erzeugen eines alternierenden, magnetischen Orientierungsfeldes (100) mit einer dieser Spulen; und Erfassen des Orientierungsfeldes mit mindestens einer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (122a-126c). Das Orientierungsfeld (100) wird frequenzselektiv erfasst. Die Relativposition wird anhand eines Orientierungs-Empfangssignals ermittelt, das das Orientierungsfeld in der Spule induziert. Ferner wird ein Positionierungsverfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs beschrieben, das das vorangehend genannte Verfahren nutzt. Zudem wird ein Orientierungssignalempfänger (4) beschrieben mit mindestens einer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (10) in Form mindestens einer fahrzeugseitigen oder feststehenden Sensorspule (122a-126c). Der Orientierungssignalempfänger umfasst ferner eine Empfangseinrichtung (2) auf, die an die mindestens eine Sensorspule (10) angeschlossen ist. Schließlich wird eine induktive Ladevorrichtung beschrieben, die einen entsprechenden Orientierungssignalempfänger aufweist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erfassung einer Relativposition, Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs, Orientierungssignalempfänger und induktive Ladevorrichtung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der kabellosen Aufladung von Batterien in Fahrzeugen. Bei Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, bei denen eine
Batterie zur Traktionsleistungserzeugung verwendet wird, sowie bei Kraftfahrzeugen, bei denen eine Bordnetzbatterie zum Betrieb notwendig ist, besteht oftmals die Notwendigkeit, elektrische Leistung von einer externen Leistungsquelle an das Fahrzeug zu übertragen. Es sind bereits kabelgebundene Lösungen (sogenannte Plug-In-Lösungen) bekannt, bei denen ein elektrischer Steck¬ kontakt und eine zugehörige Zuleitung verwendet wird, um eine externe, stationäre Leistungsquelle mit dem Fahrzeug zu ver¬ binden, um dessen Batterie aufzuladen. Ferner sind komfortablere Lösungen bekannt, bei denen die elektrische Leistung von einer stationären Spule (im Weiteren: Sendeladespule) an eine fahrzeugseitige Spule durch ein alternierendes Magnetfeld übertragen wird, wobei die fahrzeugseitige Spule als Emp¬ fangsladespule dient.
Aus der allgemeinen Betrachtung von Streufeldverlusten bei diesem kabellosen Übertragungssystem ergibt sich der Wunsch, den Wirkungsgrad beim Übertragen der Leistung so hoch wie möglich zu gestalten, wobei dies bedeutet, dass das Streufeld so gering wie möglich ausfallen sollte.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Herangehensweise aufzuzeigen, mit der sich auf einfach Weise die Relativposi¬ tionierung zwischen Sendeladespule und Empfangsladespule zu erfassen lässt, um diese Spulen zu einander ausrichten zu können. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verfahren und die Vor¬ richtungen der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungs- formen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche. Zudem sind in der Beschreibung zahlreiche Hinweise gegeben, in welcher Weise die Verfahren und die Vorrichtungen ausgebildet sein können . Es wurde erkannt, dass eine Relativposition zwischen einer Empfangsladespule und einer Sendeladespule auf einfache und sichere Weise durch Betrachtung eines magnetischen Orientie¬ rungsfeldes erfasst werden kann, indem eine Sensorart verwendet wird, die nur wechselnde Magnetfelder erfassen kann und von statischen Magnetfeidern unbeeinflusst bleibt . Dadurch, dass zum Erfassen des Orientierungsfelds eine Sensorart verwendet wird, die von statischen Magnetfeldern unbeeinflusst bleibt, wird das zur Erfassung verwendete Signal von statischen Magnetfeldern nicht gestört, die insbesondere in Gebäuden mit Stahlbetonwänden oder in Stellplätzen aus Stahl (beispielsweise Multi- plex-Garagen) auftreten. Es kommt daher nicht zu Verzerrungen des Signals aufgrund von Nichtlinearitäten oder aufgrund des Übersteuerns eines Magnetfeldsensors , wodurch die Präzision der Orientierung erhöht wird.
Als Sensorart werden daher Spulen verwendet, die von stationären Magnetfeldern grundsätzlich unbeeinflusst bleiben, so dass durch die Verwendung einer Spule zur Erfassung des Orientierungsfelds per se eine Frequenzselektivität im Sinne eines Hochpasses bzw. eines Bandpasses auftritt. Es ist vorgesehen, dass das
Orientierungsfeld von einer Spule frequenzselektiv erfasst wird, wobei die Spule insbesondere durch die Einbindung in einem Resonanzkreis oder durch einen der Spule nachgeschalteten (analogen oder digitalen) Filter nur einen Anteil des Wech- selsignalspektrums erfasst. Daher kann das Orientierungsfeld eine Frequenzkomponente aufweisen, die in dem Frequenzspektrum liegt, welches von der frequenzselektiven Spule erfasst wird, so dass auch störende Wechselsignalkomponenten bei der Erfassung des Orientierungsfeldes im Wesentlichen unberücksichtigt bleiben. Mit anderen Worten kann der empfindliche Frequenz¬ bereich (Durchlassbereich) bzw. die Resonanzfrequenz der frequenzselektiven Spule an das Spektrum beziehungsweise an die Frequenzkomponenten oder an die Frequenz des Orientierungsfeldes angepasst werden.
Ferner ist vorgesehen, dass neben einer Sendeladespule und einer Empfangsladespule mindestens eine Sensorspule zur Erfassung des Orientierungsfeldes verwendet wird. Da es eine inhärente Ei¬ genschaft einer Spule wie einer Sensorspule ist, nur von magnetischen Wechselfeldern angeregt zu werden und von sta¬ tischen Magnetfeldern unbeeinflusst zu bleiben, ergibt sich alleine durch die Verwendung einer Sensorspule eine Störun- empfindlichkeit gegen statische Magnetfelder, wie sie etwa in Stahlbetongebäuden oder auf Stahlstellplätzen (bspw. von Multiplexgaragen) auftreten.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass die zur Erfassung des
Orientierungsfeldes verwendete Spule, nämlich die Sensorspule, unabhängig von den Anforderungen der Sendeladespule und der Empfangsladespule ausgestaltet werden, wobei sich insbesondere durch Ausgestaltung der Sensorspule mit einer Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche der Sendespule oder der Empfangsspule eine geringere Größe ergibt. Durch die geringere Größe ergibt sich ein geringerer Platzbedarf und ferner wird eine geringere Beeinflussung durch magnetische Störfelder erreicht. Die Sensorspule kann eine Induktivität aufweisen, die größer ist als die Induktivität der Sendeladespule und/oder der Emp- fangsladespule . Die Induktivität der Sensorspule ist vor¬ zugsweise mindestens 2x, 5x, lOx, 50x oder lOOx größer als die Induktivität der Sende- und/oder Empfangsladespule, um eine hohe Sensitivität bei großer Entfernung zum Zentrum des Orientie¬ rungsfelds zu ermöglichen. Vorzugsweise ist daher eine (ein- stellbare) Dämpfung für das Empfangssignal der Sensorspule vorgesehen, um bei geringeren Entfernungen und daher bei hohen erfassten Orientierungsfeldstärken Signalverarbeitungskompo¬ nenten (wie Filter, Verstärker o.ä.), die der Sensorspule nachgeschaltet sind, nicht zu überlasten. Zudem kann die Sensorspule an einem anderen Ort als die Empfangsspule am Fahrzeug platziert werden, wobei vorzugsweise mehrere Sen¬ sorspulen an verschiedenen Orten des Fahrzeugs platziert werden, um das Orientierungsfeld effektiv erfassen zu können. So könnten beispielsweise die Sensoren an der Peripherie des Fahrzeugs anbracht werden und somit besonders früh und sensitiv das Messsignal erfassen können. Gleichzeitig dient die inhärente Eigenschaft einer Spule, von stationären Magnetfeldern im Wesentlichen unbeeinflusst zu bleiben, der Störsicherheit gegenüber stationären Magnetfeldern, wie sie durch Stahlkom¬ ponenten in Gebäuden oder durch Gleichstromladevorrichtungen erzeugt werden können. Es wird ein Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zwischen einer fahrzeugseitigen Empfangsladespule und einer feststehenden (d. h. stationären) Sendeladespule beschrieben. Die fahrzeugseitige Empfangsladespule ist vorzugsweise an oder in einer Unterseite des Fahrzeugs befestigt. Hierbei kann die Empfangsladespule direkt befestigt sein oder über einen Po¬ sitionierungsmechanismus mit dem Fahrzeug verbunden sein. Die stationäre Sendeladespule ist fest oder über eine Positio¬ nierungseinrichtung mit dem Fussboden eines Stellplatzes verbunden, kann jedoch auch auf dem Fussboden beziehungsweise auf dem Stellplatz aufgelegt sein. Als feststehende bzw. stationäre Sendladespule werden Sendeladespulen bezeichnet, die nicht vom Fahrzeug mitgeführt werden, sondern die sich üblicherweise auf oder zumindest teilweise in einem Fussboden befinden, über dem das Fahrzeug positioniert werden kann. Als Fussboden werden hierbei ein Betonboden, Asphaltboden oder ein Stahlbetonboden eines Gebäudes (einer Garage) bezeichnet sowie ferner ein Metallboden eines Stellplatzes, insbesondere einer Multi- plex-Garage beziehungsweise eines Parklifts. Die Empfangsla¬ despule und/oder die Sendeladespule können jeweils als eine einzige Spule vorgesehen sein oder als eine Spule mit mehreren Spulenabschnitten, die zueinander versetzt sein können. Ins¬ besondere können die Empfangsladespule und/oder die Sendela¬ despule einen Magnetkern umfassen. Die Empfangsladespule und/oder die Sendeladespule kann ferner mit einer Leistungs¬ ansteuerschaltung ausgestattet sein.
Ein alterierendes , magnetisches Orientierungsfeld wird mit einer dieser Spulen erzeugt, insbesondere mit der Sendeladespule. Das Orientierungsfeld kann hinsichtlich Frequenz und/oder Feld¬ stärke einem Ladefeld entsprechen, mit dem die Sendeladespule Leistung an die Empfangsladespule in einem Lagemodus überträgt. Vorzugsweise weicht jedoch die Leistung, die Frequenz und/oder die Feldform des Orientierungsfelds von der des Ladefelds ab. Insbesondere hat das Orientierungsfeld eine geringere Feldstärke bzw. Leistung als das Ladefeld. Die Feldstärke oder die Leistung des Orientierungsfelds beträgt insbesondere nicht mehr als 50%, 20%, 10% oder vorzugsweise 1%, 0, 5% oder 0, 1% der Feldstärke oder der Leistung des Ladefelds. Beispielsweise kann das Orien¬ tierungsfeld mittels einer Leistung von nicht mehr als 50, 20, 10, 5 oder 2 Watt erzeugt werden. Das Ladefeld kann mit einer Leistung von mindestens 1 kW, mindestens 2kW, mindestens 3 kW oder mindestens 5 kW betrieben werden (diese Leistung gibt die von der Sendeladespule zu der Empfangsladespule übertragene Leistung an) .
Das Orientierungsfeld wird mit mindestens einer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule erfasst. Zur Erfassung wird somit eine Spule verwendet, die so angeschlossen ist, dass ein in der Spule erzeugtes Orientierungs-Empfangssignal abgegriffen werden kann oder einer Empfangseinrichtung (bzw. dessen Eingang) zugeführt wird. Die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule kann somit eine Empfangsladespule sein, die einen Abgriff aufweist, welcher mit einer Empfangseinrichtung verbunden ist, welche das von der Spule erzeugte Signal in Hinblick auf die Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule verarbeitet. Diese Empfangseinheit unterscheidet sich von einer Leistungsschaltung, die zur Übertragung von Leistung von der Empfangsladespule zu einer Batterie oder zu einem Bordnetz dient . Weiterhin kann die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule die Sendeladespule sein, welche während des Erfassens des Orien¬ tierungsfelds vorzugsweise nicht mit Strom beaufschlagt wird. Insbesondere kann die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule eine Sensorspule sein, die weder identisch mit der Sendeladespule noch identisch mit der Empfangsladespule ist. Es kann daher das Orientierungsfeld mittels der Sendeladespule erzeugt werden, während das Orientierungsfeld mittels der Empfangsladespule oder (mindestens) einer Sensorspule erfasst wird. Ferner kann das Orientierungsfeld mittels der Empfangs¬ ladespule erzeugt werden, während die Sendeladespule oder die Sensorspule das Orientierungsfeld erfasst. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine Spule wie die Sensorspule zur Erzeugung des Orientierungsfelds verwendet wird, während die Sendeladespule und/oder die Empfangsladespule das Orientierungsfeld erfassen. In dem zuletzt genannten Fall kann die zur Erzeugung des Orientierungsfelds verwendete Spule ausgebildet sein wie eine Sensorspule und kann ferner fahrzeugseitig oder stationär vorgesehen sein.
Das Orientierungsfeld wird von der Spule, die zur induktiven Anregung vorgesehen ist, frequenzselektiv erfasst. Wie bereits bemerkt, erfasst die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule nur einen Teil des Frequenzspektrums des Magnetfelds, um dadurch Steuereinflüsse durch Wechselmagnetfelder abzublocken. Hierzu kann die Spule selbst in einer frequenzselektiven Empfangs- Schaltung vorgesehen sein oder ein Filter kann der Spule nachgeschaltet sein, der frequenzselektiv ist. Möglichkeiten zur frequenzselektiven Ausgestaltung der Spule beziehungsweise zur frequenzselektiven Erfassung durch die Spule sind der Be¬ schreibung und insbesondere der Figurenbeschreibung zu ent- nehmen.
Schließlich wird die Relativposition anhand des Orientie¬ rungsfelds ermittelt, welches von der Spule erfasst wird, welche zur induktiven Anregung vorgesehen ist. Es ist vorgesehen, dass die Relativposition anhand eines Orientierungs-Empfangssignals ermittelt wird, das von der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule abgegeben wird. Insbesondere wird die Relativposition anhand eines Orientierungs-Empfangssignals ermittelt, welches von dem Orientierungsfeld in der Spule induziert wird, die zur induktiven Anregung vorgesehen ist. Weitere Details zur Er¬ mittlung der Relativposition anhand des Orientierungs-Empfangs- signals sind weiter unten gegeben. Als Relativposition wird insbesondere der Abstand zwischen Sendeladespule und Emp¬ fangsladespule bezeichnet, der mit einer Richtungsinformation verknüpft sein kann, etwa ein Winkel oder ein Koordinatentupel oder ein Vektor. Weiterhin kann die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehen Spule in einem Resonanzkreis vorgesehen sein. Hierbei kann beispielsweise (mindestens) ein Kondensator parallel oder seriell zu der Spule geschaltet sein. Der Resonanzkreis weist eine Resonanzfrequenz auf, die einer Frequenz des Orientie- rungsfeldes entspricht. Vorzugsweise liegt die Resonanzfrequenz in einem Spektrum des Orientierungsfeldes, welches mindestens 30, 50, 80, 70, oder 90% der Feldstärke beziehungsweise Leistung des Orientierungsfeldes umfasst. Die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises entspricht einer Frequenz oder Frequenzkom- ponente des Orientierungsfeldes, die mindestens 20%, 50%, 80%, 90% oder 95% der Gesamtfeidstärke oder Gesamtleistung des Orientierungsfeldes ausmacht. Die Resonanzfrequenz ist somit auf die Grundfrequenz des Orientierungsfeldes abgestimmt. Alternativ oder in Kombination zu der Ausbildung eines Reso¬ nanzkreises wird das Orientierungs-Empfangssignal , welches von dem Orientierungsfeld in der betreffenden Spule induziert wird, durch einen Filter geleitet. Dieser Filter weist einen Durch¬ lassfrequenzbereich auf, in den die Frequenz beziehungsweise das Frequenzspektrum des Orientierungsfeldes liegt. Hierbei fällt mindesten 50, 80, 90 oder 95% der Leistung des Orientierungs- Empfangssignals in den Durchlassfrequenzbereich. Der Durch¬ lassfrequenzbereich ist begrenzt von Grenzfrequenzen, an denen die Durchlassfunktion des Filters auf die Hälfte, ein Zehntel, ein Hundertstel oder ein Tausendstel des Maximums der Durch¬ lassfunktion abgefallen ist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Orientie¬ rungsfeld frequenzkodiert ist, wobei das Orientierungsfeld erfasst wird mittels einer Erfassungseinrichtung, deren fre¬ quenzselektive Sensitivität auf die Frequenz des Orientie- rungsfeldes angepasst ist. Weiterhin ist es möglich, dass zur Abtrennung des Orientierungsfelds von Störsignalen das
Orientierungsfeld amplituden-, phasen- oder frequenzmoduliert ist. Weiterhin kann das Orientierungsfeld mit einem Code, insbesondere einem ternären oder binären Code, gefaltet sein. Hierbei wird das Orientierungs-Empfangssignal gemäß der Amp¬ lituden-, Frequenz- oder Codemodulation empfangen. Es können etwa Matched-Filter, Phasenregelkreise oder Korrelationsemp¬ fänger zum Erfassen beziehungsweise Verarbeiten des Orien¬ tierungsfeldes verwendet werden. Insbesondere kann das
Orientierungsfeld phasenmoduliert, wobei das Orientie- rungs-Empfangssignal mit einem PSK-Empfänger (PSK: Phase Shift Keying, Phasenmodulation) erfasst wird, oder das Orientie¬ rungsfeld kann mit einem OFDM-Signal moduliert sein (OFDM: orthogonales Frequenzmultiplexverfahren) . Zum Erfassen des Orientierungsfeldes werden die entsprechenden Phasenmodula- tions- oder OFDM-Empfangsverfahren angewendet.
Die Modulation des Orientierungsfeldes (Amplituden-, Frequenz-, Phasen-, Code- und/oder OFDM-Modulation) kann individuell sein und insbesondere Informationen über die Identität der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt (bspw. die Sendeladespule) , über die Leistung der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, über den Dienstleister, der die Sendeladespule, oder das daran angeschlossene Versorgungsnetz betreibt, über die Ladungsart, über eine Kommunikationsart zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Steuereinheit, die der Sendeladespule vorgeschalten ist, und/oder über der Position der Ladespule innerhalb des
Stellplatzes umfassen. Insbesondere kann die Modulation In¬ formation über die aktuelle Relativposition zwischen Sendespule und Empfangsspule wiedergeben.
Die Relativposition wird ermittelt anhand der Amplitude des Orientierungs-Empfangssignals beziehungsweise anhand der Amplituden der Orientierungs-Empfangssignale, falls mehrere zur induktiven Anregung vorgesehen Spulen verwendet werden. Hierbei werden insbesondere Verhältnisse von Orientierungs-Empfangs- signalen von mehreren, zum Empfang des Orientierungsfelds eingerichtete Spulen (insbesondere die Sensorspule) verwendet, um die Relativposition zu bestimmen. Diese Spulen sind vor¬ zugsweise mit einem Abstand zueinander vorgesehen.
Die Relativposition kann ferner durch eine Feldrichtung er- mittelt werden, die sich aus mehreren Orientierungs-Empfangs- signalen ergibt oder kann ermittelt werden anhand einer Kom¬ bination der Amplituden (d.h. der Signalstärke) der Orien- tierungs- Empfangssignale bei der Verwendung von mehreren Spulen, die zur induktiven Anregung vorgesehen sind. Die Feldrichtung wird ermittelt durch Orientierungs-Empfangssignale mehrerer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spulen, die zueinander geneigt sind bzw. die unterschiedlich orientiert sind. Diese Spulen sind vorzugsweise am gleichen Ort vorgesehen. Es können mehrere Gruppen von unterschiedlich orientierten Spulen vorgesehen sein, in denen ein Orientierungs-Empfangs- signal erzeugt wird, wobei die Gruppen an unterschiedlichen Orten vorgesehen sind. Anhand der bekannten räumlichen Beziehungen der Orte und anhand der jeweiligen Feldrichtungen, die anhand der Orientierungs-Empfangssignale für mehrere Gruppen ermittelt werden, kann die Relativposition als zwei- oder mehrdimensionale Ortsangabe ermittelt werden.
Etwaige zusätzliche Informationen durch Modulation des
Orientierungsfelds werden vorzugsweise zusätzlich zur be- schriebenen Ermittlung der Relativposition verwendet. Insbe¬ sondere ist vorgesehen, bei der Ermittlung der Relativposition die Leistung des Orientierungs-Empfangssignals oder von mehreren Orientierungs-Empfangssignalen auszuwerten. Hierzu können die Momentanleistungen zueinander ins Verhältnis oder normiert werden oder es werden erfasste Leistungswerte des Orientierungs- Empfangssignals verwendet, die im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt aufgenommen wurden. Diese werden mittels einer Ab¬ bildung auf die Relativposition abgebildet, wobei die Abbildung 1 Q
mehrere Verhältnisse von Leistungs- oder Amplitudenwerte der Orientierungs- Empfangssignale zu jeweiligen Relativposition zuordnet. Die Abbildung kann eine mathematische Abbildung in Form einer Formel sein, oder kann als eine Look-up-Tabelle vorgesehen sein. Hierbei können die Orientierungs- Empfangssignale
(normiert und/oder als Verhältnisse von Empfangssignalen) mit Einträgen einer Look-up-Tabelle verglichen werden, um insbe¬ sondere die am besten passenden Einträge zu ermitteln. Hierbei bildet die Look-up-Tabelle Signalstärkewerte oder Verhältnisse hiervon jeweils auf eine Relativposition ab, so dass anhand der Look-up-Tabelle ausgehend von den Orientie- rungs-Empfangssignalen die Relativposition bestimmt werden kann .
Alternativ wird die Feldrichtung anhand der Orientierungs- Empfangssignale ermittelt. Eine Abbildung, insbesondere im¬ plementiert durch eine Funktion oder durch eine Look-up-Tabelle bildet die Richtung (gegebenenfalls auch die Leistung) auf Positionen relativ zu dem Orientierungsfeld und insbesondere zum Zentrum des Orientierungsfelds ab. Die Funktion bzw. die Look-up-Tabelle kann Triangulations-Zusammenhänge wiedergeben, wobei mehrere Richtungen des Orientierungsfelds an unter¬ schiedlichen Orten gemäß einem Triangulationsverfahren zur Berechnung einer Relativposition verwendet werden. Die Er¬ mittlung der Relativposition anhand des mindestens einen Orientierungs-Empfangssignals wird insbesondere mittels der Figuren näher erläutert.
Gemäß einer Möglichkeit wird das Orientierungsfeld von der Sendeladespule erzeugt, wobei die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehene Spule fahrzeugseitig das Orientierungsfeld erfasst. Hierbei ist die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule die Empfangsspule oder mindestens eine Sensorspule. Eine weitere Möglichkeit ist es, dass das Orientierungsfeld von der fahrzeugseitigen Empfangsspule erzeugt wird. Hierbei erfasst die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule in feststehender Position (das heißt stationär) das Orientierungsfeld. Bei dieser Möglichkeit ist die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule die Sendespule oder ist mindestens eine stationäre Sensorspule. Die stationäre Sensorspule kann auf dem Fussboden des Stellplatzes oder zumindest teilweise in dem Fussboden vorgesehen sein. Bei der zuletzt genannten Möglichkeit werden vorzugsweise Posi¬ tionsdaten, Feldstärkedaten oder Amplitudendaten von der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule an das Fahrzeug über¬ tragen. Hierbei kann ein Kommunikationsmodul vorgesehen sein, das der zur Anregung vorgesehenen Spule nachgeschaltet, oder das einer Positionsberechnungseinrichtung nachgeschaltet ist, welche mit der Spule, vorzugsweise über eine Empfangsein¬ richtung, verbunden ist. Die letztgenannte Möglichkeit hat den Vorteil, dass bei der Verwendung von mindestens einer Sensorspule diese nicht am Fahrzeug angeordnet sein muss, sondern außerhalb des Fahrzeugs und insbesondere stationär vorgesehen sein kann. Die erstgenannte Möglichkeit hat wiederum den Vorteil, dass nicht notwendigerweise eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und einer stationären Einheit erforderlich ist.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule, in Form der fahrzeugseitigen Empfangsspule oder in Form mindestens einer Sensorspule direkt oder über eine Positionsberechnungseinrichtung mit einer Kommunikationseinrichtung verbunden ist. Über die Kommunika¬ tionseinrichtung werden speziell die Leistungs- oder Ampli¬ tudendaten des Orientierungs-Empfangssignals oder eine bereits ermittelte Relativposition von dem Fahrzeug an die stationäre Spule übertragen. Die stationäre Spule kann hierbei an einem Positionierungsmechanismus angeordnet sein, der zur optimalen Ausrichtung der Empfangsladespule zur Sendeladespule die Sendeladespule gemäß der Relativposition oder gemäß dem
Orientierungs-Empfangssignal bewegt. Das Kommunikationsmodul kann ein Nahfeld-Kommunikationsmodul (ausgebildet gemäß einem NFC-Standard) , mobilfunkfähiges Kommunikationsmodul (insbe¬ sondere ein GSM-, UMTS-, EDGE-, GPRS-, HSCSD- oder
LTE-Kommunikationsmodul ) , ein WLAN-Kommunikationsmodul , ein Bluetooth-Kommunikationsmodul oder ein DECT-Kommunikations¬ modul sein. Ferner kann das Kommunikationsmodul auf einem proprietären Kommunikationsstandard basieren. Das Kommunika- tionsmodul kann ferner ein Funkmodul oder ein Modul zur optischen Datenübertragung sein.
Zur Erfassung des Orientierungsfelds kann mindestens eine Sensorspule, die fahrzeugseitig oder stationär angebracht ist, verwendet werden. Die Sensorspule bildet hierbei die zur in¬ duktiven Anregung vorgesehene Spule. Alternativ kann das Orientierungsfeld mittels der Sendeladespule oder mittels der Empfangsladespule erfasst werden. Hierbei bilden die Sende- ladespule oder die Empfangsladespule die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule. Insbesondere kann nur ein Abschnitt der Sendeladespule oder der Empfangsladespule zur Erfassung des Orientierungsfelde verwendet werden, wobei die betreffende Spule vorzugsweise einen entsprechenden Wicklungsabgriff aufweist.
Vorzugsweise werden mehrere fahrzeugseitige oder feststehende (das heißt stationäre) Sensorspulen zur Erfassung des Orien¬ tierungsfeldes verwendet. Diese sind insbesondere an einer Unterseite des Fahrzeugs verteilt vorzugsweise in einem Abstand von mindestens 5, 10, 20, 50, 100 oder 120 Zentimetern.
Es sind insbesondere drei oder vier Sensorspulen an der Un¬ terseite des Fahrzeugs oder als stationäre Sendespulen vor¬ gesehen sein, um das Orientierungsfeld mit mehreren Sensorspulen zu erfassen. Die Sensorspulen können zueinander wie erwähnt beabstandet sein und/oder können unterschiedlich orientiert (d.h. zueinander geneigt) sein. Wird das Orientierungsfeld mit mehreren Sensorspulen erfasst, die örtlich verteilt sind, so kann die Relativposition präzise erfasst werden. In einer Ausfüh- rungsform werden ein oder mehrere Sensorspulen verwendet, die insbesondere als Array oder als Matrix angeordnet sind, und die zueinander beabstandet sind. Hierbei können die Sensorspulen die gleichen oder unterschiedlichen Orientierungen aufweisen. Die Sensorspulen können mit gleichen Abständen im Array oder in der Matrix angeordnet werden. Die Abstände zwischen den Sensorspulen müssen jedoch nicht notwendigerweise gleich sein. Es sind unregelmäßige oder asymetrische örtliche Verteilung der Sen¬ sorspulen möglich. Die Abstände bzw. die Position der Sen- sorspulen werden bei der Ermittlung der Relativposition be¬ rücksichtigt. Ferner kann die asymetrische oder unregelmäßige örtliche Verteilung der Sensorspulen zur Plausibilisierung verwendet werden, insbesondere wenn die Anzahl der Sensorspulen die Dimension der Relativposition übersteigt und dadurch re¬ dundante Ermittlungen der Relativposition möglich sind. Diese werden insbesondere verwendet, um Plausibilisierungen zu Ortsbestimmungen durchzuführen und insbesondere, um eine nicht-eindeutige Triangulierung aufzulösen und durch Auswertung der redundanten Sensorspulen (bzw. deren Signale) aufzulösen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden mehrere unterschiedlich ausgerichteten Sensorspulen verwendet, die insbesondere am gleichen Ort lokalisiert sein können. Diese Sensorspulen werden als Gruppe bezeichnet. Es können mehrere Gruppen vorgesehen sein, die insbesondere an unterschiedlichen Orten lokalisiert sind. Beispielsweise können drei zueinander orthogonale Spulen als Sensorspulen verwendet werden, deren Mittelpunkte im Wesentlichen (d.h. mit einer Abweichung von vorzugsweise weniger als 10 cm, 5 cm, 2 cm oder 1 cm) über¬ einstimmen. Unterschiedlich orientierte Sensorspulen (vor¬ zugsweise N=3 Sensorspulen oder ein ganzzahliges Vielfaches von N) können zueinander angeordnet sein, dass sich deren Achsen, die jeweils Abschnittsweise durch eine (gedachte) Kugel mit einem Durchmesser mit weniger als 5, 2 oder lern laufen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Sensorspulen in Gruppen aufgeteilt sind, wobei jede Gruppe drei unterschiedlich ori¬ entierte Spulen, vorzugsweise wie oben angegeben, umfasst. Das Orientierungs-Empfangssignal ist hierbei mehrdimensional bzw. es liegen mehrere Orientierungs-Empfangssignale vor. Das mehrdimensionale Orientierungs-Empfangssignal bzw. die
Orientierungs-Empfangssignale umfasst bzw. umfassen alle einzelnen Empfangssignale aller Sensorspulen, wobei die Signale vorzugsweise gemäß der örtlichen Gruppierung gruppiert sind. Es werden vorzugsweise 2, 3 oder 4 Gruppen von derartigen Sen¬ sorspulen verwendet. Die Gruppen haben insbesondere einen Abstand zueinander von mindestens 10 cm, 20 cm, 50 cm, 100 cm oder 120cm. Dies ermöglicht, dass anhand jeder Gruppe von Spulen der Richtungsverlauf des Orientierungsfeldes (d.h. die Feldrich¬ tung) erfasst wird, insbesondere indem die einzelnen Leis¬ tungswerte der Spulen einer Gruppe (oder Amplitudenwerte) als Richtungsvektor betrachtet werden, der die Richtung des
Orientierungsfeldes für den Ort der jeweiligen Gruppe angibt. Werden mehrere derartige Gruppen verwendet, die jeweils eine Orientierungsfeldrichtung abgeben (wenn auch zwei- oder mehrdeutig) , kann durch Triangulation die Position der Sen- sorspule gegenüber dem Orientierungsfeld erfasst werden. Falls die Positionierung beziehungsweise die Orientierungsfeld¬ richtung zweideutig ist, kann durch eine redundant vorliegende Gruppe und/oder durch einen Signalstärkevergleich von Spulen unterschiedlicher Gruppen die eindeutige Relativposition er- mittelt werden. Hierbei kann beispielsweise eine kombinierte Gesamtleistung aller Orientierungs-Empfangssignale einer Gruppe von Spulen kombiniert werden (beispielsweise durch einfache Addition der Argumente oder durch Betragsbildung, insbesondere durch ermitteln der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Argumente, d.h. der Leistungen oder Amplituden), um so zu ermitteln, welche der Gruppen näher an dem Zentrum des
Orientierungsfelds liegt. Hierbei können die Signalstärken verglichen werden, wobei die näher an dem Zentrum liegende Gruppe eine größere Signalstärke beziehungsweise Amplitude hat.
Es können Verhältnisse von Signalstärken der Orientie- rungs-Empfangssignale gebildet werden, wobei dies insbesondere Orientierungs-Empfangssignale von Spulen betrifft, deren Orientierungsrichtung im Wesentlichen senkrecht oder mindestens um 45° geneigt zur Längsachse der Spule ist, die das Orien¬ tierungsfeld erzeugt. Die Feldkomponenten des Orientierungs¬ feldes, für die derartig ausgerichtete sensitiver sind als andere Feldkomponenten, schwanken stärker als Feldkomponenten parallel zu dieser Längsachse, wobei insbesondere die Verhältnisse stark von dem Abstand zum Zentrum des Orientierungsfelds schwanken. Die Abhängigkeit zwischen Feldstärke von Spulen, die mindestens 45° zur Längsachse der Orientierungsfeiderzeugenden Spule haben, und dem Abstand zu der Orientierungsfeiderzeugenden Spule umfasst insbesondere lokale Minima oder Maxima. Insbesondere das Verhältnis hängt gemäß einer nicht monotonen Abhängigkeit von dem Abstand ab. Es kann der Verlauf der Signalstärken oder der Verhältnisse abhängig vom Weg oder von der Zeit ermittelt werden, wobei dieser Verlauf mit einem vorgegebenen Verlauf (ermittelt anhand des Orientierungsfeldes) verglichen werden kann. Ergibt der Vergleich eine hohe Übereinstimmung an einer bestimmten Koordinate, so wird ermittelt, dass sich das Fahrzeug bzw. die Sensorspulen an dieser Koordinate befindet.
Ferner können die Signalstärken der Orientierungs-Empfangs- signale verwendet werden, um Abstände oder Abstandslinien zu den jeweiligen Spulen zu ermitteln. Es kann eine Abbildung (etwa als Funktion oder Look-up-Tabelle) vorgesehen sein, die Signal- stärken auf einen Abstand oder eine Abstandslinie abbildet.
Allgemein sind die Signalstärken gemäß einer monotonfallenden Funktion mit den Abständen verknüpft, d.h. je größer die Signalstärke, desto geringer ist der Abstand. Anhand der Position der Spulen zueinander kann so ein Schnittpunkt ermittelt werden, an dem sich der Ursprung des Orientierungsfelds befindet. Wird der Schnittpunkt mehrdeutig ermittelt, so können Verhältnisse der Signalstärken gebildet werden, um diese Mehrdeutigkeit aufzulösen. Es können somit mehrere Spulen, insbesondere 3, 4 oder mehr Sensorspulen an unterschiedlichen Positionen vor- liegen, wobei eine Abbildung vorgesehen ist , die die Signalstärke auf eine Abstandslinie (eine „Iso-Signalstärkelinie") abbildet. Es werden ein Schnittpunkt oder mehrere Schnittpunkte der Abstandslinien der Sensorspulen gebildet, wobei bei mehreren Schnittpunkten Signalstärken unterschiedlich positionierter (und/oder orientierter) Spulen verglichen werden, um darauf zu schließen, welcher Schnittpunkt der zutreffende Schnittpunkt ist. Der Schnittpunkt kennzeichnet den Ursprung des Orien¬ tierungsfelds. Die Relativposition ergibt sich aus der räum¬ lichen Beziehung zwischen Ursprung und Position der Sensor- spulen. Vorzugsweise sind die an unterschiedlichen Orten vorgesehenen Spulen unterschiedlich orientiert bzw. zueinander geneigt. Da jede Spule eine anisotrope (d.h. von einem Ku¬ gelstrahler abweichende) Richtcharakteristik aufweist, sind die Abstandslinien keine Kreise, sondern haben einen vorgegebenen Verlauf, etwa in Form einer Acht. Die Richtcharakteristik ist gekennzeichnet durch eine hohe Empfindlichkeit in einer
Richtung, die etwa der Längsrichtung der Spule entspricht, und durch eine abnehmende Empfindlichkeit mit zunehmender Win¬ kelabweichung zu der Längsrichtung, beispielsweise darstellbar als Kosinusfunktion. Die Richtcharakteristik hat ein Minimum der Empfindlichkeit bei einer Richtung, die einer Querachse der Spule entspricht bzw. in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse. Es ergibt sich bei der zeichnerischen Darstellung der Richtcharakteristik die Form einer Acht mit einer Einschnürung bei einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Spule. Bei gleicher Signalstärke des Orientierungs¬ feld-Empfangssignals ergeben sich ein großer (maximaler) Abstand in Längsrichtung der Spule und ein minimaler Abstand senkrecht hierzu mit einem Verlauf, wie er für die Richtcharakteristik beschrieben wurde. Eine Abbildung der Signalstärke auf den Abstand entspricht dieser anisotropen Richtcharakteristik. Vorzugsweise sind mehrere oder alle Spulen auf einen Bereich zwischen den Spulen gerichtet. Um zu vermeiden, dass die geringe Empfindlichkeit der Spulen bei Feldverläufen senkrecht zu der Längsachse der Spule zu Mehrdeutigkeiten führt, sind mindestens zwei, vorzugsweise 3 oder alle Spulen zueinander geneigt bzw. zueinander unterschiedlich orientiert. Bei mehr als zwei Sensorspulen schneiden sich die Längsachsen von mehr als zwei dieser Sensorspulen nicht im gleichen Punkt; vorzugsweise beträgt der Mindestabstand zwischen zwei Schnittpunkten un¬ terschiedlicher Sensorspulentupel mindestens 10, 20, 50 oder 100 cm. Dies betrifft insbesondere eine Betrachtung in einer Ebene, wobei die Längsachsen auf die gleiche Ebene projiziert werden, oder wobei die Längsachsen im Wesentlichen in der gleichen Ebene verlaufen (etwa mit einer maximalen Winkelabweichung von nicht mehr als 30°, 15°, 10° oder 5°). Zudem können mehrere Spulengruppen (vorzugsweise 2, 3, 4 oder mehr) an unterschiedlichen Positionen vorgesehen sein. Die Spulengruppen weisen jeweils unterschiedliche orientierte Sensorspulen auf, vorzugsweise 3 unterschiedlich orientierte Sensorspulen, die insbesondere zueinander im Wesentlichen senkrecht orientiert sind. Es kann für mehrere Gruppen der GesamtSignalstärkewert aller Orientierungs-Empfangssignale aller Spulen für die betreffende Gruppe gebildet werden, etwa durch Addition oder Betragbildung der betreffenden Signal¬ stärkewerte. Als Betragbildung wird beispielsweise die Er¬ mittlung der Quadratwurzel der Quadrate der einzelnen Argumente bezeichnet, wobei die Argumente die Leistung oder die Amplitude darstellen. Aus dem GesamtSignalstärkewert wird mittels einer vorgegebenen Abbildung der GesamtSignalstärkewert auf einen
Abstand (oder auf eine Abstandslinie) abgebildet. Es kann von einer isotropen Richtcharakteristik für jede Gruppe ausgegangen werden. In diesem Fall ist die Abbildung der Gesamtsignalstärke auf den Abstand eine eindimensionale Funktion. Es können ferner die Gesamtsignalstärken unterschiedlicher Gruppen verwendet werden, um Mehrdeutigkeiten bei der Schnittpunktbildung aller Abstandslinien der Gruppen auszulösen. Ferner kann jeweils von einer anisotropen Richtcharakteristik der Gruppen ausgegangen werden, wobei die einzelnen Signalstärken der Spulen jeder Gruppe mittels einer Abbildung auf eine Abstandslinie (pro Gruppe) abgebildet werden, die diese anisotrope Richtcharakteristik wiedergibt. Es wird der Schnittpunkt oder es werden mehrere mögliche Schnittpunkte der Abstandslinien der Gruppen gebildet. Ferner können Gesamtsignalstärken für die jeweiligen Gruppen gebildet werden, die verglichen werden, um weitere Positi¬ onsinformation zu erhalten, und um insbesondere aus mehreren Schnittpunkten den zutreffenden Schnittpunkt zu bestimmen.
Mittels der Empfangssignale der Spulen einer Gruppe kann der räumliche Verlauf des Orientierungsfelds, d.h. die Verlauf der Feldlinien, an der Stelle der Gruppe erfasst werden. Insbesondere wenn die Spulen orthogonal zueinander ausgerichtet sind, ergeben sich durch die jeweiligen Empfangssignale der Sensorspulen die Koordinaten des Vektors, der das Orientierungsfeld darstellt. Bevorzugt ist das Orientierungsfeld radialsymmetrisch, jedoch sind die beschriebenen Messprinzipien auch auf unsymmetrische Felder anwendbar. Insbesondere wird das Verfahren in einem Bereich des Orientierungsfeldes verwendet, in dem dieses im Wesentlichen radial verlaufende Feldlinien aufweist, die sich an einem Punkt treffen. Dieser Punkt ist das Zentrum (d.h. der Ursprung) des Orientierungsfeldes und üblicherweise die Mitte der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt. Der Abschnitt, in dem das Orientierungsfeld im Wesentlichen ein Radialfeld ist, (und insbesondere radialsymmetrisch ist) , liegt im Nahfeld¬ bereich des Orientierungsfeldes. In diesem Abschnitt entspricht die Richtung des Orientierungsfeldes erfasst durch eine Gruppe von Spulen der Richtung, in der die Spule liegt, welche das Orientierungsfeld erzeugt , bzw. in der Richtung, in der die Mitte der Spule bzw. das Zentrum des Orientierungsfelds liegt.
Vorzugsweise wird diese Richtung von drei oder vier oder auch mehr Gruppen von Spulen erfasst, wobei die Gruppen an unter¬ schiedlichen Orten vorliegen. Auf diese Weise kann durch Er- mittlung eines Bereichs, auf den alle Richtungen ausgehend von den jeweiligen Gruppen von Spulen laufen, die Position des Zentrums des Orientierungsfelds bzw. die Position der Spule, welche das Orientierungsfeld erzeugt, relativ zu den Gruppen von Spulen ermittelt werden. Vereinfacht gesagt treffen sich alle Linien, die die jeweiligen Richtungen der Gruppen wiedergeben und die durch die jeweiligen Gruppen laufen, an den gleichen Punkt, wobei dieser Schnittpunkt das Zentrum des Orientierungsfelds bzw. die Mitte der Spule darstellt, welche das Orientierungsfeld erzeugt. Es können Korrekturfunktionen vorgesehen sein, die Abweichungen des Orientierungsfelds von einem Radialfeld be¬ rücksichtigen, um die einzelnen Richtungen die von den einzelnen Gruppen ermittelt wurden, zu korrigieren. Ferner kann ein Orientierungsfeldverlauf hinterlegt sein, in dem für eine Vielzahl von verschiedenen Punkten die Richtung und/oder die Stärke des Orientierungsfelds hinterlegt sind. Dadurch kann der Vergleich von den Gruppen erfassten Richtungen bzw. Stärken die wahrscheinlichste Relativposition ermittelt werden.
Es können (gezielt) nicht-symmetrische Orientierungsfelder benutzt werden, wodurch eine Sensorspule bzw. eine Sensor¬ spulengruppe eingespart werden kann, in dem zumindest eine der (verbleibenden) Spulen oder Spulengruppen den Gradienten des Orientierungsfelds erfassen. Die Orientierungsinformation, die der (räumliche) Gradient wiedergibt, fließt in die Ermittlung der Relativposition mit ein. Die Triangulierung könnte bei¬ spielsweise anstatt mittels mindestens drei Sensoren oder Sensorgruppen dann mit ein oder zwei Sensoren oder Sensorgruppen durchgeführt werden, wobei der Gradient und insbesondere dessen Änderung des (räumlichen) Gradients des Orientierungsfeldes berücksichtigt wird. Insbesondere wird die Änderung des Gra¬ dienten als sphärische Ableitung 2. er Ordnung vom Feld nach den Raumrichtungen (x/y/z) bzw. nach dem Raumwinkel (d.h. nach rho/theta) hierbei betrachtet. Insbesondere wird der Gradient des Orientierungsfeldes bei der Ermittlung der Relativposition berücksichtigt, und/oder vorzugsweise eine oder mehrere Ab¬ leitungen n-ter Ordnung mit n = 1, 2, 3 oder mehr, besonders bevorzugt mit n=2.
Ein hinterlegter (nicht veränderlicher) Orientierungsfeld¬ verlauf kann als Normmaß verwendet werden, mit dem nur verglichen wird, oder der hinterlegter Orientierungsfeldverlauf kann veränderlich hinterlegt sein, um eine Korrektur zu ermöglichen, die als Kalibration betrachtet werden kann. Hierdurch ist eine Kalibration an individuelle Orientierungsfelder und/oder Sensorspulen möglich.
Vorzugsweise wird das Orientierungsfeld mit mehreren Sensor- spulen pro Gruppe und mit mehreren Gruppen erfasst, die an unterschiedlichen Orten liegen. Die Spulen jeder Gruppe können in gleicher Weise ausgestaltet sein, und sich nur durch ihre Orientierung unterscheiden. Die Spulen können um einen Kern gewickelt sein, wobei der Kern insbesondere ein ferromagne- tisches Material umfasst, um die Sensitivität der Spulen zu erhöhen. Wenn sich die Spulen einer Gruppe hinsichtlich Win¬ dungszahl, Querschnittsfläche, Querschnittsform oder für diese Spule wirkende Permeabilität unterscheiden, können die einzelnen Empfangssignale der Spulen dahingehend korrigiert werden, so dass jede Spule bei gleicher Feldstärke das gleiche Emp¬ fangssignal erzeugt. Für den Fall, dass Spulen um einen ge¬ meinsamen Kern gewickelt sind, kann eine formbedingte (oder materialbedingte) Anisotropie der Sensitivität der Spulen korrigiert werden durch Berücksichtigung der unterschiedlichen Permeabilitätszahlen für die unterschiedlichen Richtungen. Dadurch können auch Anisotropien kompensiert werden, die sich durch die Form des Kerns ergeben. Der Kern kann insbesondere würfelförmig sein oder auch kugelförmig sein. Darüber hinaus kann der Kern auch eine zylindrische Form oder eine Quaderform aufweisen, wobei die sich ergebenden unterschiedlichen Sen- sitivitäten der unterschiedlich orientierten Spulen (d. h. die sich durch die Form ergebenden Anisotropien) kompensiert werden können. Es kann eine Abbildung vorgesehen sein, die diese
Anisotropie wiedergibt, und die Signalstärken der Orientie- rungs-Empfangssignale auf Abstände bzw. Abstandslinien ab¬ bildet . Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Empfangssignale gedämpft werden, etwa wenn der Signalpegel einer oder mehrerer Empfangssignale aufgrund der Annäherung der betreffenden Spule an das Zentrum des Orientierungsfelds einen bestimmten Wert überschreitet. Es können ein oder mehrere Dämpfungsglieder vorgesehen sein, mit denen die Empfangssignale (oder Ge- samt-Empfangssignale) gedämpft werden. Die Dämpfungsglieder sind vorzugsweise einstellbar. Mit anderen Worten ist die Dämpfung einstellbar, vorzugsweise (stufenlos) schaltbar, wobei insbesondere für alle Spulen einer Gruppe der gleiche Dämp- fungsfaktor vorgesehen wird. Die Dämpfung kann insbesondere zweistufig sein, wobei eine erste Dämpfung eine analoge Dämpfung sein kann, die das von der Spule gelieferte analoge Signal betrifft, während eine nachgeschaltete Dämpfung eine Digi¬ taldämpfung sein kann, die ein digitales Signal betrifft, welches sich durch Analog/Digital-Wandlung des gedämpften analogen
Signals ergibt. Es können daher zwei Dämpfungsglieder vorgesehen sein. Alternativ kann die Dämpfung für die Eingangsspulen unterschiedlich sein, wobei diese Unterschiede bei der Erfassung der Richtung anhand der Empfangssignale der Spulen berück- sichtigt werden. Für jedes Orientierungsfeld-Empfangssignal bzw. für jedes Gesamt-Empfangssignal kann ein Dämpfungsglied oder können zwei (oder mehr) Dämpfungsglieder vorgesehen sein. Alternativ werden ein, zwei oder mehr als zwei Dämpfungsglieder verwendet, die mehrere Signale dämpfen, vorzugsweise mit dem gleichen (einstellbaren) Dämpfungsfaktor oder mit Dämpfungs¬ faktoren, deren Verhältnis zueinander konstant ist. Es ist vorgesehen, dass anhand der Spulen die Richtungen des Orientierungsfeldes an unterschiedlichen Orten erfasst werden. Anhand dieser Richtungen wird ermittelt (entweder durch
Triangulation, durch Auswertung der einzelnen Signalstärken zur Abstandserfassung oder durch Vergleich mit Werten, die das Orientierungsfeld wiedergeben) , an welchem Ort sich das Zentrum oder ein anderer Bezugspunkt des Orientierungsfelds befindet. Daher wird zunächst erfasst, wo dieser Bezugspunkt des
Orientierungsfelds relativ zu den Spulen liegt. Anhand der örtlichen Beziehung zwischen Bezugspunkt des Orientierungsfelds und Spulen bzw. Spulengruppen wird daraufhin die Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule ermittelt, unter Berücksichtigung der bekannten räumlichen Beziehung zwischen den Sensorspulen und der Spule, die zur induktiven Anregung vor¬ gesehen ist. Da bekannt ist, an welcher Stelle die Spulen angeordnet sind, d. h. die Stelle, an denen die Spulen am Fahrzeug oder am Boden angeordnet sind, lässt sich anhand der räumlichen Beziehung zwischen Sensorspule und Orientierungsfeld die Re¬ lativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule ohne weiteres ermitteln.
Die so erfasste Relativposition kann als ein Signal abgegeben werden, beispielsweise ein Signal, welches die Relativposition als Koordinatenwerte wiedergibt, vorzugsweise in digitaler Form. Diese Relativposition kann beispielsweise angezeigt werden, so dass der Fahrer die Möglichkeit erhält, das Fahrzeug korrekt zu positionieren. Hierbei kann dem Fahrer die Relativposition angegeben werden, wobei alternativ oder in Kombination hierzu Richtungsangaben und/oder Wegangaben abgegeben werden können, welche angeben, in welche Richtung das Fahrzeug zu positionieren ist um die Sendeladespule zur Empfangsladespule anzuordnen.
Zudem kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug automatisch korrekt positioniert wird, wobei die Relativposition als eine Einga- begröße eines Regelkreises dient, innerhalb dessen eine Bewegung (Richtung und/oder Wegstrecke) des Fahrzeugs, der Sendeladespule oder der Empfangsladespule gesteuert wird. Insbesondere kann die Empfangsladespule zu der Sendeladespule ausgerichtet werden durch Bewegung des Fahrzeugs und/oder durch Ansteuern eines Positionierungsmechanismus der Empfangsladespule und/oder der Sendeladespule .
Es wird ferner ein Verfahren zum kabellosen Laden des Fahrzeugs beschrieben, welche das Verfahren zur Erfassung der Relativ¬ position umfasst, wie es hier offenbart ist. Das Fahrzeug, die Empfangsladespule und/oder die Sendeladespule werden gemäß einer vorgegebenen optimalen Relativposition ausgerichtet. Die op¬ timale Relativposition entspricht der Position, in der die Empfangsladespule eine optimale Kopplung mit der Sendeladespule aufweist. Insbesondere ist die optimale Relativposition zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule diejenige, bei der die Empfangsladespule und die Sendeladespule zueinander vollständig ausgerichtet sind, beispielsweise eine Position, bei der diese beiden Spulen entlang der gleichen Achse angeordnet sind bzw. bei der der Abstand zwischen Empfangsladespule und Sendeladespule minimal ist bzw bei der die empfangene Leistung am größten ist. Die Relativposition wird während des Ausrichtens wiederholt ermittelt, insbesondere mittels des hier beschriebenen Ver- fahrens . Dadurch kann das Fahrzeug, die Sendeladespule und/oder die Empfangsladespule gemäß der optimalen Relativposition ausgerichtet werden. Hierbei können wie bereits bemerkt die beiden Ladespulen mittels eines steuerbaren Positionierungs¬ mechanismus zueinander in die optimale Relativposition geführt werden. Das Ausrichten kann in zwei Schritten erfolgen, die sich überlappen können oder die nacheinander ausgeführt werden, wobei einer der Schritte umfasst das Fahrzeug auszurichten, und ein anderer Schritt umfasst, mittels des Positionierungsmechanismus zumindest eine der Ladespulen auszurichten.
Das Verfahren zum kabellosen Laden des Fahrzeugs sieht ferner vor, elektrische Leistung über ein alternierendes, magnetisches Ladefeld von der Sendeladespule an die Empfangsladespule zu übertragen. Dies wird insbesondere ausgeführt, nachdem die optimale Relativposition erreicht wurde, wobei vorzugsweise erst bei Erreichen der optimalen Relativposition das Ladefeld erzeugt wird. Das Ladefeld weist hierbei eine deutlich höhere Leistung bzw. Feldstärke als das Orientierungsfeld auf, wobei das Ladefeld beispielsweise um den Faktor von mindestens 10, 100, 1000 oder 10000 stärker als das Orientierungsfeld sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zum kabellosen Laden kann vorgesehen sein, dass das Orientierungsfeld und das Ladefeld mit der Sendeladespule erzeugt wird. Hierbei erzeugt vor¬ zugsweise die Sendeladespule das Orientierungsfeld auf einem ersten Leistungsniveau, bis die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (insbesondere die Sensorspule) beginnt, das Orientierungsfeld zu erfassen . Insbesondere beginnt die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule damit, das Orientierungsfeld zu erfassen, wenn das Empfangssignal der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule ein Sig¬ nal/Rausch-Verhältnis hat, das über einem vorbestimmten Niveau liegt, oder bei dem dieses Empfangssignal über einem vorbe¬ stimmten Niveau liegt.
Das Leistungsniveau des Orientierungsfelds kann ferner abhängig von einem erfassten Abstand zwischen der Spule, die das
Orientierungsfeld erzeugt und der Spule, die das Orientie¬ rungsfeld empfängt, eingestellt werden. Der Abstand ergibt sich unmittelbar aus der Relativposition. Hierbei kann das Leis¬ tungsniveau mit abnehmendem Abstand verringert werden. Bei einem Abstand unterhalb eines vorgegebenen Mindestabstands wird vorzugsweise die Leistung konstant gehalten werden, um eine hohe Auflösung in Spulennähe zu garantieren
Insbesondere kann vorgesehene sein, dass das Leistungsniveau des Orientierungsfelds mit einem Regelungsziel geregelt wird, gemäß dem die Stärke des Orientierungs-Empfangssignals , einer Kom¬ bination mehrerer Orientierungs-Empfangssignale, oder eines Gesamt-Orientierungs-Empfangssignals in einem vorgegebenen Intervall oder auf einem vorgegebenen Soll-Leistungswert liegt.
Die Sendeladespule bzw. die Spule, welche das Orientierungsfeld erzeugt, wird mit einer geringeren Leistung als das erste
Leistungsniveau betrieben, während das Ausrichten stattfindet und nachdem die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule begonnen hat, das Orientierungsfeld zu erfassen. Es sei bemerkt, dass das Orientierungsfeld auch von einer anderen Spule auf dem ersten Leistungsniveau erzeugt werden kann.
Ferner ist vorgesehen, dass das Ladefeld von der Sendeladespule auf einem zweiten Leistungsniveau erzeugt wird, das über dem ersten Niveau liegt, wenn die optimale Relativposition durch das Ausrichten erreicht ist. Insbesondere wird das Ladefeld auf dem zweiten Leistungsniveau erzeugt, wenn die Sendeladespule zur Empfangsladespule vollständig ausgerichtet ist. Mit anderen Worten wird das Ladefeld erst dann erzeugt, wenn das Ausrichten beendet ist. Die Leistung, mit der das Orientierungsfeld erzeugt wird, während das Ausrichten stattfindet, ist geringer als das erste Leistungsniveau, mit dem das Orientierungsfeld erzeugt wird, bevor die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule das Orientierungsfeld erfasst hat. Das erste Leistungsniveau kann um einen Faktor von mindestens 2, 5, 10 oder 100 größer sein als die geringere Leistung, mit der das Orientierungsfeld während des Ausrichtens bzw. nach dem Beginn des Erfassens des Orientie¬ rungsfelds erzeugt wird. Mittels der unterschiedlichen Leis¬ tungsniveaus des Orientierungsfelds und mittels der unter¬ schiedlichen Leistungen des Orientierungsfelds gegenüber dem Ladefeld werden Störeinflüsse, die durch das Verfahren erzeugt werden, minimiert.
Das Orientierungsfeld kann mit einer größeren räumlichen Streuung erzeugt werden, als das Ladefeld. Insbesondere kann das Orientierungsfeld von der gleichen Spule erzeugt werden wie das Ladefeld. Die größere räumliche Streuung setzt sich bei¬ spielsweise durch unterschiedliches Anordnen des Kerns oder eines anderen magnetischen Körpers erreichen. Hierbei hat der Kern oder der magnetische Körper bei der Erzeugung des
Orientierungsfelds eine andere Position relativ zu der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, als bei der Erzeugung des La¬ defelds. Durch die größere räumliche Streuung kann das Verfahren auch bei großem Abstand zwischen der Spule, die das Orien¬ tierungsfeld erzeugt, und der Spule, die zur induktiven Anregung (durch das Orientierungsfeld) vorgesehen ist, durchgeführt werden . Hierbei kann allgemein kann die zur induktiven Anregung vor¬ gesehene Spule als Spule bezeichnet werden, die das Orien¬ tierungsfeld empfängt . Hierbei können ein oder mehrere Spulen das Orientierungsfeld empfangen. Ein weiterer Aspekt des hier beschriebenen Verfahrens ist die Fremdkörpererkennung. Fremdkörper können erfasst werden durch Erfassung des Orientierungsfelds, da das Orientierungsfeld durch Fremdkörper, d. h. insbesondere magnetische Fremdkörper, gestört wird. Diese Störung kann anhand des Orientierungs-Empfangs- Signals wie es hier beschrieben ist erfasst werden. Insbesondere können Fremdkörper erfasst werden mittels der Schritte, die im Rahmen des Verfahrens zur Erfassung der Relativposition aus¬ geführt werden, sowie im Rahmen des Verfahrens zum kabellosen Laden. Es ist vorgesehen, dass während des Erfassens des Orientierungsfeldes, während des Ausrichtens und/oder während des Ladens die zur induktiven Anregung vorgesehene Spule, d. h. insbesondere die Sensorspule ein Signal abgibt, insbesondere das Empfangssignal, welches auf Diskontinuitäten untersucht wird. Derartige Diskontinuitäten sind beispielsweise lokale Minima oder Maxima oder allgemein Abweichungen von einer zu erwartenden zeitlichen oder räumlichen Verteilung des Orientierungsfeldes bzw. eines Signals, dass das Orientierungsfeld bzw . das Ladefeld wiedergibt. Beispielsweise anhand der Empfangssignale der Sensorspulen bzw. Gruppen von Sensorspulen kann eine lokale Richtungsänderung des Orientierungsfelds erfasst werden, welche auf einen Fremdkörper hinweist. Dies betrifft eine zeitlich begrenzte (und somit lokale) Änderung der Richtung, wie sie von einer Sensorgruppe erfasst wird, eine Signalstärke, wie sie von zumindest einer Sensorspule erfasst wird, oder einer erfassten Relativposition. Weicht beispielsweise während dem Ausrichten des Fahrzeugs bzw. der Empfangs- oder Sendeladespule die Re¬ lativposition kurz ab, so kann ein Fremdkörper ermittelt werden. Ferner kann während des Ausrichtens eine neue Relativposition bestimmt werden, die sich alleine durch das Ausrichten ergibt, wobei eine Abweichung dieser neuen, Relativposition gegenüber einer neuen, erfassen Relativposition dazu führen, dass ein Fremdkörper detektiert wird.
Wenn mit anderen Worten sich die erfasste Relativposition nicht gemäß der Ausrichtung des Fahrzeugs ändert, so kann davon ausgegangen werden, dass die Ursache hierfür ein Fremdkörper ist, der das Orientierungsfeld stört . Anhand der Ausrichtungsrichtung und des Ausrichtungswegs kann ein Verlauf der Relativposition über die Zeit bzw. über den Weg erstellt werden, da Richtung und Weg des Ausrichtens und zudem die Bewegung des Ausrichtens bekannt sind. Bei einer Abweichung der erfassten Relativposition gegenüber diesem Verlauf, die über einen vorgegebenen Min- destabweichungsgrenzwert hinausgeht, kann somit festgestellt werden, dass ein Fremdkörper vorliegt. Zudem kann das erfasste Orientierungsfeld mit einem zu erwartenden Orientierungsfeld, welches beispielsweise hinterlegt ist, verglichen werden, wobei bei einer Abweichung, die über eine Mindestabweichungsgrenze liegt, ein Fremdkörper festgestellt wird. Der Verlauf des
Orientierungsfelds wird hierbei erfasst anhand von einer oder mehreren Sendespulen, die insbesondere räumlich verteilt sein können, und die dadurch in der Lage sind, Richtungen und Stärke des Orientierungsfelds an bestimmten Punkten zu erfassen. Weicht die Richtung und/oder die Stärke stärker ab, als durch eine Mindestabweichungsgrenze vorgegeben ist, dann wird ein
Fremdkörper detektiert. Insbesondere kann mittels verteilter Spulen an mehreren Punkten die Richtung des Orientierungsfelds erfasst werden, wobei bei einem radial symmetrischen Orien- tierungsfeld die Feldrichtungen bei Abwesenheit eines Fremd¬ körpers im Wesentlichen zum gleichen Punkt zeigen, nämlich zum Zentrum des Orientierungsfelds. Werden beispielsweise min¬ destens drei räumlich verteilte Sensorspulen oder Gruppen hiervon verwendet, so kann jede Spule oder Gruppe eine Richtung vorgeben, in der das Zentrum des Orientierungsfelds vermutet wird. Fallen diese stark auseinander, d. h. besteht eine Ab¬ weichung, die über einer Mindestabweichungsgrenze liegt, so kann ebenso daraus geschlossen werden, dass ein Fremdkörper vorliegt.
Darüber hinaus können die erfassten Verzerrungen des Orien¬ tierungsfeldes verwendet werden, um nicht nur das Vorliegen eines Fremdkörpers, sondern auch um dessen Position zumindest ungefähr zu bestimmen. Ferner können die Verzerrungen bzw. Diskonti¬ nuitäten verwendet werden, um die Größe oder Art des Objekts zu bestimmen .
Anstatt oder in Kombination mit einer Fremdkörpererfassung können auch die Sensorspulen gegeneinander kalibriert werden, wenn zwar ein Signal abgegeben wird, dass ein Fremdkörper vorliegen würde, jedoch gemäß Benutzereingabe oder Eingabe eines zusätzlichen Fremdkörpersensors kein Fremdkörper vorliegt. Dadurch können die Sensorspulen gegenseitig kalibriert werden, so dass diese die gleiche Sensitivität aufweisen. Ferner können dadurch Verzerrungen im Orientierungsfeld kompensiert werden, die nicht von Fremdkörpern verursacht werden. Falls Daten hinterlegt sind, die ein Soll-Orientierungsfeld (oder ein Soll-Empfangssignal) charakterisieren, um mittels Vergleich mit gemessenen Empfangssignalen Fremdkörper zu detektieren, so können diese Daten an die erfassten Verzerrungen angepasst werden, die nicht durch Fremdkörper verursacht werden. Wie bereits bemerkt ist hierzu erforderlich, dass durch externe Eingabe (mittels Benutzer oder mittels zusätzlichem Fremd¬ körpersensor, etwa eine Kamera, ein Ultraschallsensor oder ein Radarsensor) eingegeben wird, ob ein Fremdkörper vorliegt, oder nicht, um bei nicht vorliegendem Fremdkörper darauf schließen zu können, dass die Verzerrung nicht von einem Fremdkörper ver¬ ursacht wird, sondern durch nicht kalibrierte Sensorspulen oder Verzerrungsursachen hervorgerufen werden, die nicht fremd¬ körperbezogen sind. Auf vergleichbare Weise kann ein Fehler in der Bestimmung der Relativposition ermittelt werden, wenn durch Benutzereingabe oder durch eine andere externe Eingabe (eines zusätzlichen Positionssensors, der beispielsweise durch eine Kamera, ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein op¬ tischer Positionssensor sein kann) die tatsächliche Relativ¬ position erfasst wird. Der Fehler ergibt sich durch Vergleich der Benutzereingabe oder externen Eingabe mit der mittels Verfahren erfassten Relativposition. Der Fehler wird vorzugsweise bei Erfassungen der Relativposition berücksichtigt, um den Fehler in der Positionserfassung zumindest teilweise zu kompensieren. Als Diskontinuität wird somit eine zeitliche oder räumliche Diskontinuität verstanden, die sich aus Verzerrungen des Orientierungsfelds ergibt, welche von Fremdkörpern resultieren. Diese Diskontinuitäten spiegeln sich in den genannten Abwei¬ chungen bzw. Verzerrung wieder, so dass der Begriff „Diskon- tinuität" als Äquivalent verwendet werden kann.
Zur Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens, mit dem Fremdkörper erfasst werden können, kann das Verfahren zur Erfassung einer Relativposition sowie auch das Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs ausgeführt werden. Wird ein Fremdkörper festgestellt, so kann ein entsprechendes Fremd¬ körpersignal abgegeben werden, insbesondere in Form eines Elektroniksignals, das beispielsweise angezeigt werden kann oder auf andere Weise dem Benutzer mitgeteilt werden kann. Alternativ oder in Kombination hierzu kann das Signal verwendet werden, um beispielsweise das Ausrichten oder das Laden zu steuern. Hierbei kann beispielsweise bei einem erfassten Fremdkörper das Aus¬ richten (der Sendelladespule und/oder der Empfangsladespule) unterbrochen werden oder es kann das Ladefeld abgestellt werden.
Ein weiterer Aspekt ist es, dass die mindestens eine zur Erfassung des Orientierungsfelds vorgesehene Spule auch verwendet werden kann, um das Ladefeld, insbesondere außerhalb der Sende- und Empfangsladespule zu erfassen, um anhand einer Diskontinuität, wie sie oben für das Orientierungsfeld beschrieben ist,
Fremdkörper während des Ladens zu detektieren. So können beispielsweise mehrere Sensorspulen verwendet werden, um das Orientierungsfeld zu empfangen, wie es hier beschrieben ist. „„
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Diese Orientierungsspulen werden insbesondere verwendet, um während des Ladevorgangs das Ladefeld bzw. dessen Streuung um die Sende- und Empfangsspule herum zu erfassen, um daraus abzuleiten, ob sich in der Nähe der Sende- oder Empfangsspule ein Fremdkörper befindet oder nicht. Mit anderen Worten werden die zur Erfassung der Sensorspulen nach dem Abschalten des Orientierungsfelds und nach dem Anschalten des Ladefelds (oder während des Anschaltens des Ladefelds) verwendet, um anhand von Störungen im Ladefeld Fremdkörper zu detektieren. Die Sensorspulen erfassen somit nicht nur das Orientierungsfeld, sondern auch das Ladefeld. Hierbei kann vorgesehen sein, dass bei der Erfassung des La¬ defelds die Sensorspulen gedämpft werden, insbesondere stärker gedämpft werden, als bei der Erfassung des Orientierungsfelds.
Ein weiterer Aspekt ist es, dass das Orientierungsfeld mit einem Kennzeichnungssignal moduliert sein kann. Dieses Kennzeich¬ nungssignal dient insbesondere dazu, die Sendeladespule zu identifizieren (und von anderen Sendeladespulen zu unter¬ scheiden) . Alternativ oder in Kombination hierzu kann durch die Modulation des Orientierungsfelds die erfasste Relativposition, ein oder mehrere Empfangssignale, die das Orientierungsfeld wiedergeben oder ein Fremdkörpererfassungssignal übertragen werden. Falls mehrere Sendeladespulen im gleichen Raum bzw. an bei einander liegenden Stellplätzen vorgesehen sind, so werden diese vorzugsweise mit unterschiedlichen Kennzeichensignalen moduliert. Dadurch ist es möglich, mehrere Orientierungsfelder, die sich teilweise überlappen können, zu unterscheiden und das Verfahren zur Erfassung der Relativposition nur anhand eines bestimmten, ausgewählten Orientierungsfelds mit einem be¬ stimmten Kennzeichensignal durchzuführen.
Das Kennzeichensignal kann ferner auch Leistungsdaten oder Ladearten durch Modulation übertragen, sowie ferner ein
Kennzeichen, dass ein Datenübertragungsprotokoll wiedergibt, welches zur weiteren Kommunikation zwischen Fahrzeug und
Sendeladespule verwendet werden kann, etwa ein Kennzeichen, dass ein Nahfeldkommunikationsprotokoll , ein mobilfunknet zge- schütztes Kommunikationsprotokoll oder ein drahtlos Übertra- gungsprotokoll wie WLAN, DECT oder Bluetooth (wie oben be¬ schrieben) wiedergibt. Dadurch kann beispielsweise zunächst anhand des Kennzeichensignals im Orientierungsfeld ermittelt werden, in welcher Weise das Fahrzeug mit der Sendeladespule kommunizieren kann bzw. soll.
Zudem kann das Kennzeichensignal Anbieterdaten, d. h. eine Anbieteridentifikation, einen Tarif oder ähnliches kenn¬ zeichnen. Auf diese Weise erhält das Orientierungsfeld einen Zusatznutzen, so dass bereits bei der beginnenden Erfassung der Relativposition der Anbieter oder die Maximalleistung der Sendespule vom Fahrzeug erfasst werden kann. Die Sendeladespule kann hierzu eine Kommunikationseinheit und/oder eine Steuer¬ einheit umfassen, die derartige Daten verarbeitet und die Kommunikation mit dem Fahrzeug herstellt.
Das Orientierungsfeld kann insbesondere Informationen über aktuelle Betriebszustände der Sendespule (Temperatur, Leistung, Frequenz oder ähnliches) wiedergeben oder auch Daten, die zur Abrechnung dienen, wie der Tarif oder der Anbieter.
Das Kennzeichensignal kann auf dem Orientierungsfeld auf¬ moduliert sein durch Amplitudenmodulation, durch Frequenzmo¬ dulation oder durch Code-Multiplex-Modulation, durch Ortho- gonales Frequenzmultiplexing sowie durch Phasenmodulation. Bevorzugt wird Frequenzmodulation verwendet, bei der als Mittenfrequenz die Hauptfrequenz der Sendeladespule bzw. der Spule, die das Orientierungsfeld erzeugt, verwendet wird. Alternativ kann das Orientierungsfeld auf einem anderen Fre- quenzkanal moduliert sein, als die Hauptfrequenz (Mittelfre¬ quenz) des Orientierungsfelds, des Ladefelds.
Wie eingangs bemerkt ist es durch die Verwendung einer Spule zur Erfassung des Orientierungsfelds möglich, Steuersignale durch stationäre Magnetfelder grundsät zlich abzublocken . Es wird daher auch ein Orientierungssignalempfänger vorgeschlagen, der eine zur induktiven Anregung vorgesehene Spule aufweist. Diese Spule ist in Form der einer fahrzeugseitigen oder stationären Sen- sorspule ausgebildet. Die in dem Orientierungssignalempfänger verwendete mindestens eine Sensorspule kann ausgebildet sein, wie die hier beschriebene mindestens eine Sensorspule. Ins¬ besondere können mehrere Sensorspulen vorgesehen sein, die eine unterschiedliche Orientierung aufweisen und/oder die an un¬ terschiedlichen Orten vorgesehen sind. Insbesondere können unterschiedlich orientierte Sensorspulen jeweils in einer Gruppe gruppiert sein. Die Sensorspulen einer Gruppe sind vorzugsweise am gleichen Ort vorgesehen, während sich die Gruppen der Sensorspulen an unterschiedlichen Orten befinden. Wie bereits bemerkt, kann die mindestens eine Sensorspule fahrzeugseitig vorgesehen sein, insbesondere am Fahrzeugboden, oder kann in einem Boden eines Stellplatzes vorgesehen sein, vorzugsweise in der Nähe der Sendespule. Besonders bevorzugt sind die Sen- sorspulen um die Sendespule herum angeordnet bzw. die Sendespule ist in einem Bereich zwischen den Sensorspulen vorgesehen, vorzugsweise in deren Mitte der Sensorspulengruppen, wenn die Sensorspulen stationär sind (d. h. auf oder im Boden) vorgesehen. Der Orientierungssignalempfänger umfasst ferner eine Emp¬ fangseinrichtung mit einem Eingang, der an die Sensorspule angeschlossen ist. Die Empfangseinrichtung kann ferner ein dem Eingang nachgeschaltetes Dämpfungsglied aufweisen, das vor¬ zugsweise einstellbar ist. Die Empfangseinrichtung kann ferner einen Verstärker mit vorzugsweise einstellbarem Verstär¬ kungsfaktor umfassen, der dem Eingang und insbesondere dem Dämpfungstrieb nachgeschaltet ist. Es werden weitere Dämp¬ fungsglieder in der Empfangseinrichtung vorgesehen sein, die ebenso vorzugsweise schaltbar sind. Insbesondere kann ein Dämpfungsglied vorgesehen sein, dass dem Eingang direkt nachgeschaltet ist und das analog ausgestaltet ist, während die Empfangseinrichtung ferner ein weiteres Dämpfungsglied auf¬ weist, dass dem erstgenannten Dämpfungsglied nachgeschaltet ist, und das eingerichtet ist, Signale gemäß digital einstellbarer Dämpfungsfaktoren zu dämpfen.
Der Eingang ist für den Anschluss mindestens einer Sensorspule ausgestaltet, so dass bei mehreren Sensorspulen der Eingang zum Anschluss von mehreren Sensorspulen ausgestaltet ist. Mit anderen Worten kann der Eingang mehrkanalig sein. Für jeden Kanal bzw. für jede Sendespule können 1, 2 oder mehrere Dämpfungs¬ glieder vorgesehen sein, wobei deren Dämpfungsfaktor entweder gleich ist, oder der Dämpfungsfaktor an die Sensitivität der Spulen angepasst ist, so dass bei unterschiedlich sensitiven Spulen der jeweilige Dämpfungsfaktor die unterschiedliche Sensitivität zumindest teilweise ausgleicht. Bevorzugt ist der Orientierungssignalempfänger frequenzse¬ lektiv. Hierbei kann die Empfangseinrichtung frequenzselektiv sein. Die Empfangseinrichtung ist ferner vorzugsweise ausge¬ staltet, über den Eingang ein Orientierungs- und Empfangssignal von der mindestens einen zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule zu empfangen. Diese Frequenzselektivität ermöglicht es, dass auch magnetische Wechselfelder abgeblockt werden können, die als Störsignal das betreffende Orientierungsfeld überlagern . Während somit durch die Verwendung einer Spule alleine schon statische Magnetfelder abgeblockt werden können wie sie bei- spielsweise bei Stahlbetongebäuden oder Stahlstellplätzen auftreten können, ermöglicht die frequenzselektive Empfangs¬ einrichtung, dass auch nicht statische Magnetfelder, d. h. Wechselfelder abgeblockt werden können, die ansonsten die Erfassung des Orientierungsfelds stören würden. Dadurch ist es möglich, dass mindestens eine Sensorspule zur Positionserfassung bzw. zum korrekten Ausrichten verwendet werden kann, ohne dass vorhandene Störsignale (insbesondere außerhalb der Frequenz des Orientierungsfelds oder auch stationäre Magnetfelder) diesen Vorgang stören können.
Der Orientierungssignalempfänger weist mindestens einen Re¬ sonanzkreis auf, der die Sensorspule sowie eine daran ange¬ schlossene Kapazität umfasst. Die daran angeschlossene Kapazität ist insbesondere Teil der frequenzselektiven Empfangsein- richtung, so dass eine Sensorspule, die über den Eingang der Empfangseinrichtung an die Kapazität angeschlossen ist, zusammen mit der Kapazität einen Resonanzkreis bildet. Dadurch, dass die Kapazität Teil der Empfangseinrichtung ist, ist die Emp- fangseinrichtung frequenzselektiv. Die Kapazität und die Sensorspule können hierbei parallel oder seriell geschaltet sein, wobei der Resonanzkreis ein Serien- oder Parallelreso¬ nanzkreis ist, im einfachsten Fall ein LC-Resonanzkreis .
Der Resonanzkreis weist eine Mittenfrequenz auf, die vor¬ zugsweise der Hauptfrequenz des Orientierungsfelds entspricht. Insbesondere wird vorzugsweise mindestens 10 %, 20 %, 50 %, 80 % oder 90 % der Leistung des Orientierungsfelds bzw. des
Orientierungs-Empfangssignals in einen Frequenzbereich, welchen die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises liegt. Der Fre¬ quenzbereich, in dem die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises liegt, entspricht der Resonanzfrequenz mit einer Abweichung von nicht mehr als +/- 5 %, 2 % oder 1 % der Frequenz. Mit anderen Worten entspricht die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises im Wesentlichen der Frequenz des Orientierungsfelds. Dies trifft insbesondere für alle Sensorspulen zu, wobei insbesondere Spulen der gleichen Gruppe und/oder der gleichen Orientierung die gleiche Induktivität aufweisen sollten. Um Abweichungen in der Induktivität auszugleichen, können die jeweiligen ange¬ schlossenen Kapazitäten unterschiedlich sein, so dass sich im Wesentlichen die gleiche Resonanzfrequenz ergibt. Insbesondere kann zumindest eine der Kapazitäten einstellbar sein. Der Resonanzkreis weist insbesondere eine Güte von mehr als 100, mehr als 200 oder mehr als 500 auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Resonanzkreis gedämpft und weist ein Dämpfungsglied auf, insbesondere in Form eines Widerstands. Dieser Widerstand kann das hierin be¬ schriebene Dämpfungsglied vorsehen, da dieser Widerstand das Empfangssignal dämpft, in dem er die Güte des Resonanzkreises verringert. Die Dämpfung des Resonanzkreises bzw. der Widerstand kann hierbei einstellbar sein. Der Widerstand kann (bei Pa- rallelschwingkreisen) insbesondere besonders groß oder abge¬ schaltet werden, wenn die Sensorspule beginnt, das Orientie¬ rungsfeld zu erfassen oder bevor das Orientierungsfeld überhaupt erfasst wird. Bei Serienschwingkreisen gilt dies für den Leitwert des Widerstands. Bei weiterer Annäherung an das Zentrum des Orientierungsfelds, d. h. allgemein bei Erhöhung des Emp¬ fangssignals, kann der Widerstand zugeschaltet werden bzw. verringert werden um den Schwingkreis, in dem die Sensorspule vorgesehen ist zu dämpfen. (Bei Serienschwingkreisen gilt dies für den Leitwert des Widerstands.) Dadurch kann der Dynamik¬ bereich der Empfangseinrichtung vergrößert werden. Vorzugsweise werden alle Sensorspulen, insbesondere die Sensorspulen der gleichen Gruppe oder die Sensorspulen der gleichen Orientierung, gleich stark gedämpft, so dass bei mehreren Sensorspulen bzw. bei einem mehrkanaligen Eingang der Empfangseinrichtung mehrere Widerstände vorgesehen sein. Insbesondere ist die Dämpfung der Spulen gleicher Orientierung gleich, wobei die Dämpfung von Spulen unterschiedlicher Orientierung unterschiedlich kann, etwa um einen gewünschten (Mindest-) signalpegel für die Spulen gleicher Orientierung zu haben.
Vorzugsweise wird in jedem Resonanzkreis ein Widerstand vor¬ gesehen, der gezielt den Schwingkreis dämpft. Der zur Dämpfung vorgesehene Widerstand ist vorzugsweise schaltbar und/oder einstellbar, wobei insbesondere auch digital einstellbare Widerstände oder Widerstandsnetzwerke verwendet werden können. Bei der Erfassung der Stärke des Orientierungsfelds bzw. bei der Auswertung des Empfangssignals wird der Grad der Dämpfung berücksichtigt, um die tatsächliche Stärke des Orientie¬ rungsfelds auch erfassen zu können.
Alternativ oder in Kombination zu einem Resonanzkreis kann ein Filter vorgesehen sein, insbesondere in der frequenzselektiven Empfangseinrichtung. Das Filter weist einen Durchlassbereich auf, in dem des Orientierungsfelds liegt, welches eingerichtet ist, in der Sensorspule das Orientierungs-Empfangssignal zu induzieren. Vorzugsweise fallen in dem Durchlassbereich min¬ destens 50, 80, 90 oder 95 % der Leistung des Orientierungsfelds. Der Durchlassbereich kann schmalbandig sein, wenn das Orien¬ tierungsfeld im Wesentlichen nur eine Frequenz aufweist, wobei in diesem Fall der Durchlassbereich vorzugsweise mindestens 95 oder 99 % des Spektrums des Orientierungsfelds abdeckt. AI- ternativ kann ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter vorgesehen sein, mit dem sich Störkomponenten von dem Nutzsignal, welches durch das Orientierungsfeld vorgesehen ist, trennen lassen. Insbesondere kann sich der Durchlassbereich des Filters auch an zu erwartende Störkomponenten orientieren, um einen Durchlassbereich vorzusehen, der mindestens 50, 90 oder 95 % der zu erwartenden Störkomponenten abblockt.
Das Filter kann ein Filter erster, zweiter oder höherer Ordnung sein, kann analog oder digital ausgestaltet sein, kann ins¬ besondere ein RC-Glied sein, oder kann auch als Schwingquarz oder Oberflächenwellenfilter ausgestaltet sein. Es sei bemerkt, dass der Orientierungssignalempfänger zumindest einen dieser fre¬ quenzselektiven Maßnahmen umfasst und vorzugsweise mehrere dieser Komponenten umfasst, um einen möglichst geringen Anteil an Störkomponenten zu erreichen. Insbesondere kann der
Orientierungssignalempfänger einen wie hier beschriebenen Resonanzkreis aufweisen sowie einen nachgeschalteten Filter. Zudem kann mindestens ein Dämpfungsglied vorgesehen sein, dass den Resonanzkreis vor- oder nachgeschaltet sein kann und/oder den hier beschriebenen Filter vor- oder nachgeschaltet sein kann. Insbesondere kann an dem Resonanzkreis ein Dämpfungsglied in Form eines schaltbaren Widerstands oder veränderlichen Widerstands vorgesehen sein, während sich zwischen dem Resonanzkreis und Filter ein weiteres Dämpfungsglied befindet. Wie bereits be¬ merkt, kann die Empfangseinrichtung ein- oder mehrteilig sein, vorzugsweise für jede Spule ein Kanal vorgesehen ist. Jeder Kanal umfasst einen Resonanzkreis und/oder einen Filter, und ggf. mindestens ein Dämpfungsglied. Die Kanäle sind vorzugsweise gleichartig aufgebaut (im Hinblick auf Filter, Resonanzkreis und Dämpfungsglied) , können jedoch unterschiedlich ausgestaltet sein, um unterschiedliche Sensitivitäten der Spulen zu kom¬ pensieren oder gezielt zu erzeugen. Insbesondere können durch Anisotropien der Spule bzw. des Magnetkerns, um den die Spule gewickelt wird, ausgeglichen werden durch unterschiedliche Dämpfungsfaktoren in den Kanälen. Das Verhältnis der Dämp¬ fungsfaktoren der Kanäle bzw. das Verhältnis der Sensitivitäten der verschiedenen Kanäle bzw. Spulen ist vorzugsweise jedoch konstant .
Der Orientierungssignalempfänger ist vorzugsweise mit mehreren Sensorspulen ausgestattet. Diese sind zueinander geneigt an¬ geordnet bzw. unterschiedlich orientiert. Insbesondere können diese zueinander senkrecht angeordnet sein und dadurch ein kartesisches Koordinatensystem mit orthogonalen Achsen bilden. Die Sensorspulen sind vorzugsweise gleichartig ausgestaltet und haben die gleiche Sensitivität . Insbesondere haben die mehreren Sensorspulen vorzugsweise die gleiche Wicklungsanzahl, die gleiche Wicklungsquerschnittsfläche, die gleiche Länge und/oder die gleiche Querschnittsform. Wie bereits bemerkt, können unterschiedliche Induktivitäten bzw. unterschiedliche Sensi- tivitäten der Sensorspulen durch unterschiedliche Dämpfungs¬ faktoren bzw. unterschiedliche Filter und Resonanzkreise zu¬ mindest teilweise ausgeglichen werden. Die zueinander geneigten Sensorspulen sind vorzugsweise am gleichen Ort vorgesehen. Es können ferner mehrere Sensorspulen vorgesehen sein, die die gleiche Orientierung aufweisen, d. h. die gleich geneigt sind, die jedoch an unterschiedlichen Orten vorgesehen sind. Ins¬ besondere können die Sensorspulen gruppiert vorgesehen sein, wobei in jeder Gruppe mehrere Sensorspulen vorgesehen sind, die zueinander geneigt sind (vorzugsweise 3 Stück, die orthogonal zueinander sind) , wobei die Gruppen an unterschiedlichen Orten des Fahrzeugs oder des Bodens des Stellplatzes angeordnet sind. Insbesondere können die Sensorspulen um die Sendespule herum oder um die Empfangsspule herum gruppiert sein. Zueinander geneigte Sensorspulen, insbesondere einer Gruppe, können von derselben Halterung getragen werden. Insbesondere können zueinander geneigte Sensorspulen, insbesondere einer Gruppe, auf demselben Magnetkern gewickelt sein, der insbesondere ein Ferritkern ist. Der Ferritkern kann hierbei insbesondere eine sphärische oder würfelförmige Gestalt aufweisen, wobei bei quaderförmigen oder ellipsenförmigen Kernen die sich ergebende Formanisotropie wie vorangehend bemerkt ausgeglichen werden kann. Die Mitten der zueinander geneigten Sensorspulen sind vorzugsweise im gleichen Raumbereich, der insbesondere eine (gedachte) Kugel oder ein (gedachter) Würfel mit einem Durchmesser bzw. einer Kantenlänge von nicht mehr als 10, 5 oder 2 mm ist. In der gedachten Kugel bzw. in dem gedachten Würfel, in welchem sich die Mitten der zueinander geneigten Sensorspulen befinden, hat vorzugsweise eine Maximalabmessung von nicht mehr als 30, 10, 5 oder 2 Prozent der Maximalabmessung der Größen der Sensorspulen.
Für jede Gruppe von Sensorspulen kann eine wie hier beschriebene Empfangseinrichtung vorgesehen sein, an die die Spulen ange- schlössen sind. Bei mehreren Gruppen können somit auch mehrere Empfangseinrichtungen vorgesehen sein, um Störungseinflüsse zu minimieren, die sich durch lange Übertragungsleitungen ergeben. Dadurch können die Gruppen einen großen Abstand zueinander aufweisen, ohne dass lange Übertragungsleitungen für das Empfangssignal die Vorrichtung störempfindlich machen. Da jede Empfangseinrichtung das Empfangssignal der Sensorspulen auf¬ bereitet, ergeben sich dadurch geringere Störkomponenten. Es kann eine zentrale Einheit vorgesehen sein, an der alle Emp¬ fangseinrichtungen aller Gruppen angeschlossen sind, damit diese die Signale der unterschiedlichen Gruppen auswerten kann.
Schließlich wird eine induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Orientierungssignalempfänger vorgeschlagen, wie er hier beschrieben ist. Die Ladevorrichtung umfasst ferner eine Positionsberechnungseinrichtung, der dem Orientierungssig- nalempfänger nachgeschaltet ist. Der Positionierungsmechanismus ist eingerichtet, eine Relativposition (allgemein im Sinne einer Richtung, eines Vektors oder eines Abstands) zwischen dem Fahrzeug und einer feststehenden Sendeladespule anhand des Orientierungs-Empfangssignals der Empfangseinrichtung zu er¬ mitteln. Insbesondere ist die Positionsberechnungseinrichtung eingerichtet, das Orientierungs-Empfangssignal der Spulen nach deren Verarbeitung durch die Empfangseinrichtung zu verarbeiten. Da es sich um den gleichen Informationsinhalt handelt, wird nicht zwischen einem Orientierungs-Empfangssignal entschieden, das direkt an den Spulen anliegt, und einem Orientierungs- Empfangssignal , das von der Empfangseinrichtung abgegeben wird, und das einem verarbeiteten (gefilterten oder gedämpften) Empfangssignal direkt an den Sensorspulen entspricht.
Die Ladevorrichtung umfasst ferner einen Ausrichtungssignal- generator, der der Positionsberechnungseinrichtung nachge¬ schaltet ist. Der Ausrichtungssignalgenerator ist eingerichtet, anhand der Relativposition der Positionsberechnungseinrichtung ein Ausrichtungssignal zu erzeugen. Das Ausrichtungssignal kann in passiver oder aktiver Weise verwendet werden. Daher kann der Ausrichtungssignalgenerator ausgestaltet sein, ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das zur Darstellung mittels einer optischen, akustischen oder haptischen Anzeige geeignet ist. Alternativ oder in Kombination hierzu kann der Ausrichtungssignalgenerator ausgestaltet sein, ein Aus¬ richtungssignal zu erzeugen, das zur Ansteuerung des Posi¬ tionierungsmechanismus ausgestaltet ist. Hierbei ist der Po¬ sitionierungsmechanismus mit einem Aktuator der Empfangsla¬ despule oder der Sendeladespule ausgestattet, und ist einge- richtet, diese Spulen gegenüber dem Fahrzeug (im Falle einer beweglichen Empfangsladespule) oder dem Boden des Stellplatzes (im Falle einer beweglichen Sendeladespule) zu bewegen.
Sowohl die Positionsberechnungseinrichtung als auch der Aus- richtungssignalgenerator sind vorzugsweise in Form eines
Prozessors in Kombination mit einem entsprechenden ablaufenden Programm ausgestaltet, so dass das Programm zusammen mit dem Prozessor die Funktionen der Positionsberechnungseinrichtung und des Ausrichtungssignalgenerators realisiert. Teile dieser Komponenten können auch fest verdrahtet sein oder als analoge Schaltung vorliegen, wobei jedoch vorzugsweise ein Programm vorgesehen ist, das bei Ablauf auf den Prozessor die Rela¬ tivposition zwischen Fahrzeug und Sendeladespule bestimmt, um das Ausrichtungssignal gemäß der Relativposition zu erzeugen.
Das optische Signal kann insbesondere auf einer Anzeige angegeben werden beispielsweise in Form von Pfeilen oder ähnlichem. Diese Anzeige kann Teil der Ladevorrichtung sein. Ferner können „
3 y
akustische oder haptische Wandler verwendet werden, um das Ausrichtungssignal darzustellen, wobei der akustische Wandler ein Tonsignal oder ein Sprachsignal abgeben kann und der haptische Wandler insbesondere auf das Lenkrad und/oder auf das Fahr- oder Bremspedal wirkt. Der haptische Wandler kann hierbei beispielsweise eine Gegenkraft erzeugen, falls der Fahrer in eine Richtung lenkt, die nicht dazu führt, dass die Sendeladespule zu der Empfangsladespule optimal ausrichtet.
Schließlich kann die induktive Ladevorrichtung eine Fremd¬ körpererfassungseinrichtung aufweisen. Diese ist vorzugsweise dem Orientierungssignalempfänger nachgeschaltet. Die Fremd¬ körpererfassungseinrichtung ist eingerichtet, Diskontinuitäten in dem Orientierungs-Empfangssignal der Empfangseinrichtung zu ermitteln. Hierzu können beispielsweise in der Fremdkörper¬ erfassungsvorrichtung Daten gespeichert sein, die das Orien¬ tierungsfeld im störungsfreien Fall charakterisieren, um zu ermitteln, wenn das erfasste Orientierungsfeld von diesem hinterlegten Orientierungsfeld abweicht. Hierzu kann die Fremdkörpererfassungseinrichtung einen Speicher aufweisen, in dem die Daten hinterlegt sind. Darüber hinaus kann die
Fremdkörpererfassungseinrichtung einen Eingang aufweisen, mit dem diese Wegdaten und/oder Winkeldaten (allgemein: Bewe¬ gungsdaten) des Fahrzeugs empfängt, um die Bewegung des Fahrzeugs während des Ausrichtens ermitteln zu können.
Eine Detektionseinheit der Fremdkörpererfassungseinrichtung ermittelt, welche Signale oder welche Relativposition aufgrund dieser empfangenen Daten zu erwarten sind. Eine Vergleichs- einrichtung der Fremdkörpererfassungseinrichtung ermittelt, ob die so vorausgesagten Daten über die Relativposition bzw. die Feldstärke oder Feldstärken des Orientierungsfelds mit der erfassten Relativposition oder mit dem erfassten Empfangssignal übereinstimmt, oder ob sich hierbei Abweichungen ergeben, die über einer Mindestabweichungsgrenze liegen. Ist dies der Fall, so kann die Fremdkörpererfassungseinrichtung feststellen, dass ein Fremdkörper vorliegt. Anhand der Vergleichervorrichtung ist die Fremdkörpererfassungseinrichtung ausgestaltet, anhand des Orientierungs-Empfangssignals bzw. anhand der erfassten Re¬ lativposition eine Abweichung gegenüber einem hinterlegten, ungestörten Orientierungsfeld bzw. gegenüber vorhergesagten Relativpositionen oder Empfangssignalen zu ermitteln.
Ein Fehlergenerator, der insbesondere an diese Vergleichs¬ einrichtung angeschlossen ist, ist ausgestaltet, ein Fehler- zustandssignal abzugeben, wenn diese Diskontinuitäten vor¬ liegen. Der Fehlergenerator kann ausgestaltet sein, lediglich anzugeben, dass ein Fremdkörper detektiert wurde, oder kann ausgestaltet sein, ein Signal abzugeben, dass den Fremdkörper charakterisiert, beispielsweise dessen Größe. Der Fehlerge¬ nerator umfasst hierbei eine Abbildung, die dem Ergebnissignal der Vergleichseinrichtung ein Kennzeichen des Fremdkörpers (Größe, Art) zuordnet. Der Fehlergenerator kann zudem ausge¬ staltet sein, nicht nur das Vorliegen eines Fremdkörpers in Form eines Signals abzugeben, sondern auch dessen Position. Hierzu kann der Fehlergenerator mit der Positionsberechnungsein- richtung verbunden sein und/oder kann eine Abbildung aufweisen, die der erfassten Diskontinuität einen Ort zuordnet, an dem diese auftritt .
Es sei bemerkt, dass anhand des Verfahrens bereits die
Herangehensweise bei der Fremdkörpererfassung dargestellt ist, so dass die hier beschriebene Fremdkörpererfassungseinrichtung gemäß den oben beschriebenen Eigenschaften und Funktionen ausgestaltet sein kann. Dem Fehlergenerator kann eine Anzeige oder ein akustischer Wandler nachgeschaltet sein, der das Fehlersignal dem Benutzer anzeigt, oder es kann auch ein Steuergerät der Sendeladespule nachgeschaltet sein, die bei
Empfang eines Fehlerzustandssignals die Ladeleistung verringert oder den Ladevorgang beendet bzw. die Leistungszufuhr zu der Sendeladespule abbricht. Kurzbeschreibung der Figuren
Die Figuren 1 - 3 zeigen jeweils ein Orientierungsfeld und
Sensorspulen zur beispielhaften Erläute- rung verschiedener Möglichkeiten zur Be¬ rechnung einer Relativposition;
die Figuren 4 und 5 zeigen Anordnungsmöglichkeiten von Sen¬ sorspulen und
die Figur 6 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild zur Erläuterung von Ausführungsformen eines Orientierungssignalempfängers und einer induktiven Ladevorrichtung. Detaillierte Beschreibung der Figuren
Die Figur 1 zeigt ein Orientierungsfeld 100, welches von einer Spule 110 erzeugt wird. Die Spule 110 ist insbesondere eine stationäre Sendeladespule, kann jedoch auch eine fahrzeugseitige Empfangsladespule, die mit einem entsprechenden Stromsignal beaufschlagt wird, durch das das Orientierungsfeld erzeugt wird. Mit durchgezogenen Linien sind ein Fahrzeug 120 sowie daran angeordnete, fahrzeugseitige Sensorspulen 122a bis 126c dar¬ gestellt. Falls die Spule 110 als fahrzeugseitige Empfangs- ladespule vorgesehen ist, sind die Sensorspulen 122a bis 126c stationär .
Das Orientierungsfeld 100, das von der Spule 110 ausgeht, ist ein radial verlaufendes Feld und ist insbesondere radialsymmetrisch, wobei in der Figur 1 (sowie auch in den Figuren 2 und 3) das Orientierungsfeld 100 nur anhand der Feldkomponenten dargestellt ist, welche sich in der Zeichenebene befinden.
Die Spule 110 befindet sich im Zentrum eines Koordinatensystems, welches mit x, y und z bezeichnet sind. Von diesem Ursprung gehen zumindest in der x/y-Ebene die Feldlinien strahlenförmig (d.h. radial) aus und erstrecken sich radial von diesem Ursprung weg. Der Ursprung entspricht dem Zentrum der Spule 110. Die Spulen 122a - 126c sind in Gruppen 128a - c gruppiert. Jede Gruppe 128a - c umfasst eine Spule 122a, b, c, die in y-Richtung ausgerichtet ist, eine Spule 124a, b, c, die in z-Richtung ausgerichtet ist und eine Spule 126a, b, c, die in x-Richtung ausgerichtet ist. Die Spulen jeder Gruppe sind zueinander unterschiedlich orientiert, so dass sich die Feldrichtung räumlich bestimmen lässt. Hierbei wird in jeder Gruppe 126a, b, c die Feldstärken der Spulen dieser Gruppe in ein Verhältnis zueinander gesetzt, so dass durch jede Gruppe eine Richtung Ra, Rb, Rc ermittelt wird.
In Figur 1 ist der vereinfachte Fall einer zweidimensionalen Positionierungserfassung dargestellt, so dass jede Gruppe 128a - c auch nur zwei unterschiedlich orientierte Spulen aufweisen muss, deren Orientierungsrichtungen vorzugsweise nicht im 90°-Winkel zu der Ebene liegt, in der die Richtung berechnet wird. Somit können beispielsweise die Spulen 122a - c und 126a - c verwendet werden, um die Richtung Ra - Rc (in der xy-Ebene) zu ermitteln. Die Richtungen gegen in diesem Fall eine zweidi¬ mensionale Richtung wieder. Aufgrund der Radialerstreckung des Orientierungsfeldes zeigen alle Richtungen Ra - Rc in das Zentrum der Spule 110, so dass aus zwei (oder vorzugsweise aus drei) Richtungen der Schnittpunkt gebildet wird. Hierbei wird der Schnittpunkt gebildet, in dem jeweils von der Position einer Spulengruppe am Fahrzeug 120 ausgegangen wird, und ausgehend von dieser Ausgangsposition die Richtung Ra - Rc weiter verfolgt wird. Ist wie in Figur 1 dargestellt die Anzahl der Sensorgruppen größer als die Dimension der Positionierung (d.h. die Dimension der Richtung bzw. der Relativposition), so können die
Schnittpunkte miteinander verglichen werden. Ferner kann die Position des Ursprungs des Orientierungsfelds als ein Punkt zwischen den Schnittpunkten ermittelt werden. Ergeben sich stark unterschiedliche Schnittpunkte, die ins¬ besondere um mehr als einen vorgegebenen Mindestabstand von¬ einander abweichen, so kann von einer Feldverzerrung ausgegangen werden, die durch einen Fremdkörper ausgelöst wird. In diesem Fall kann ein Fehlersignal abgegeben werden, welches die Präsenz eines Fremdkörpers im Orientierungsfeld wiedergibt. Die bildet insbesondere die Grundlage für eine Diagnose, d.h. einer Er¬ fassung, ob ein Fremdkörper vorliegt, oder nicht. Ein Weiterer Vorteil von 4 statt 3 Sensoren liegt darin, dass man die 3„besten" Sensoren (d.h. mit dem besten Signal/Rauschverhältnis) akti¬ vieren kann (bzw. deren Signal verwenden kann), abhängig davon, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts an die Orientierungspule heranfährt
Jede Spulengruppe 128a-c gibt nicht nur jeweils eine Richtung Ra-Rc aus. Vielmehr gibt es Rai und Ra2 welche in diesem Fall an der x-Achse gespiegelt sind, da nur der Winkel zwischen x und y gemessen werden kann nicht aber deren Vorzeichen. Bei den Messergebnissen handelt es nicht um Vektoren, sondern um Geraden, wobei zum besseren Verständnis in den Figuren eine Pfeildar¬ stellung gewählt wurde. Somit weist jeder Sensor 2 verschiedene Geraden auf. Nimmt man nur 2 Sensoren, ergeben sich 2
Schnittpunkte die zwar mithilfe der Feldstärke bzw. der z-Achse evtl unterschieden werden können. Jedoch kann es in diesem Fall zu einem zweideutigen Ergebnis kommen, das insbesondere durch die hier beschriebenen Vorgehensweisen aufgelöst werden können. Nimmt man hingegen drei Sensoren, so schneiden sich 3 Geraden nur in einem Punkt. Dieser Punkt kann eindeutig der Sendespule zugewiesen werden.
Ferner können Richtungen anhand der Sensorgruppen ermittelt werden, die sich wie Ra'- Rc' darstellen lassen (gestrichelte Pfeile mit gleicher Länge wie Ra - Rc) , da die Richtungen mit einer Mehrdeutigkeit von 90° bzw. 180° ermittelt werden. Anhand von redundanten Sensorgruppen oder Sensoren oder anhand der
Gradientenbetrachtung wie oben beschrieben lässt sich diese Mehrdeutigkeit auflösen. Die Variation des Orientierungsfelds-Empfangssignals der Spulen 124a - c (die parallel zu der Spule 110 ausgerichtet sind) in Abhängigkeit vom Abstand zum Ursprung des Orientierungsfelds kann aufgrund der Abhängigkeit vom Abstand zum Zentrum der Spule 110 zur weiteren Orientierung verwendet werden. Insbesondere können die Orient ierungs-Empfangssignale dieser Spulen wie die anderen Spulen zur Erfassung der Relativposition verwendet werden, oder können zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten bei der Ermittlung von Relativpositionen verwendet werden, für die die anderen Spulen (d.h. Spulen nicht parallel zur Spule 110) verwendet werden. Da der Verlauf dieses Orientierungs-Empfangs- signals der Spulen 124a, b, c, aufgrund des bekannten Verlaufs des Orientierungsfelds ebenso bekannt ist, kann dieser mit ermittelten Verläufen der Spulen 124a - c verglichen werden, um so auf die Relativposition oder zumindest auf einen Abstand zum Zentrum der Spule 110 rückschließen zu können.
Die Figur 2 zeigt ein Orientierungsfeld 200, das dem Orien- tierungsfeld 100 entspricht. Dieses wird von einer Spule 210 erzeugt, die ebenso der Spule 110 entspricht. Auch die Spu¬ lengruppen 228a - c entsprechen vom Aufbau her den Spulengruppen 128a - c, wobei sich jedoch zur besseren Darstellung deren Position von den Positionen der Sensorspulengruppen 128a - c unterscheidet.
Jede Spulengruppe 228a - c hat mindestens zwei, vorzugsweise jedoch drei Sensorspulen, die unterschiedlich orientiert sind. Gemäß dem Ansatz, der der Figur 2 zu Grunde liegt, werden anhand einer Gesamtsignalstärke jeder Gruppe 228a - c der Abstand des Zentrums der Spule zu der jeweiligen Gruppe 228a - c berechnet. Aufgrund der Abstände können Linien (bei zweidimensionaler Relativposition) oder Flächen (bei dreidimensionaler Rela¬ tivposition) erstellt werden, entlang denen das Zentrum der Spule 210 zu erwarten ist. In Mittelpunkt jeder dieser Linien oder Flächen befindet sich eine Spulengruppe.
Für jede Spulengruppe 228a - c ist eine Abhängigkeit der Ge¬ samtsignalstärke zu dem Abstand zu dem Zentrum der Spule 210 vorgegeben. Diese Abhängigkeit kann empirisch ermittelt werden oder kann gemäß der Annahme des quadratischen Abfalls der Signalstärke mit zunehmendem Abstand als vereinfachte Näherung vorgesehen werden. Es können andere Abhängigkeiten vorgesehen sein, etwa in Form von Funktionen, die den Zusammenhang zwischen Signalstärke und Abstand genähert wiedergeben, wobei diese
Funktionen eine höhere Ordnung als die vereinfachte Näherung aufweisen oder durch mehr Parameter als die vereinfachte Näherung bestimmt sind. Die Gesamtsignalstärke ist anhand eines Balkens 230a - c dargestellt. Je länger der Balken, desto größer ist die Sig¬ nalstärke, wobei sich in Figur 2 erkennen lässt, dass die Signalstärke 230a - c mit zunehmenden Abstand zum Zentrum der Spule 210 abfällt. Die Spulengruppe 228c liegt am nächsten zum Zentrum der Spule 110, weshalb deren Gesamtsignalstärke 230c größer ist als die Gesamtsignalstärke 230b, welche wiederum größer ist als die Gesamtsignalstärke 230a, welche von der am weitesten entfernten Gruppe 228a stammt.
Anhand der Figur 2 ist zu erkennen, dass aufgrund von üblichen Abweichungen die Linien, entlang denen das Zentrum der Spule 210 erwartet wird, nicht exakt durch das Zentrum der Spule 210 laufen. Es ergeben sich mehrere Schnittpunkte zwischen den einzelnen Kreisen (allgemein: geschlossenen Linien die aus Punkten be¬ stehen, die der gleichen Signalstärke zugeordnet sind) , wobei das Zentrum in einer Fläche zwischen den zueinander am nächsten liegenden Schnittpunkten gebildet werden. Von den beiden Schnittpunkten zweier Kreise wird derjenige herangezogen, der den geringsten Abstand zu zwei Schnittpunkten eines anderen Kreisepaars hat. Das Zentrum kann als Mitte der so erhaltenen Fläche vorgesehen werden. In der Figur 2 wurde angenommen, dass das Verhältnis von Signalstärke und Abstand nicht richtungs- abhängig ist, so dass sich jeweils Kreise ergeben, in denen das Zentrum der Spulengruppe ist.
Bei Berücksichtigung der Richtungsabhängigkeit ergeben sich geschlossene Linienformen, die von den Kreisen abweichen, wobei auch diese geschlossenen Linien wie vorangehend beschrieben miteinander geschnitten werden können, wobei die Ausrichtung der Spulengruppe relativ zum Fahrzeug zu berücksichtigen ist. Die Gesamtvollstrecke wird gebildet etwa als Summe aller Feldstärken aller Spulen einer Gruppe. Da die Feldstärke eindeutig mit der Stärke des Orientierungs-Empfangssignals verknüpft ist, sind diese beiden Begriffe zueinander äquivalent. Im Dreidimensionalen werden nicht geschlossene Linien verwendet, sondern geschlossene Flächen, die aus Punkten bestehen, denen die gleiche (Gesamt-) Signalstärke zugeordnet ist. Diese Flächen können als Iso-Signalstärkeflächen bezeichnet werden. Im Zweidimensionalen können die Linien als Iso-Signalstärkelinien bezeichnet werden. Diese Flächen bzw. Linien dienen lediglich der graphischen Darstellung und können auch innerhalb von Be¬ rechnungsverfahren als Gleichungssystem wiedergegeben sein. Anstatt von Gesamtsignalstärken einer Spulengruppe können auch Signalstärken einer Sensorspule verwendet werden.
Die Figur 3 zeigt eine weitere Variante der Positionsbestimmung, wobei drei unterschiedliche Spulen verwendet werden, die an drei unterschiedlichen Orten vorliegen. Hierbei sind die Spulen 329a - c an unterschiedlichen Orten eines Fahrzeugs (nicht darge¬ stellt) angeordnet. Da Spulen nur von Magnetfelderanteilen erregt werden können, die senkrecht auf der jeweiligen Spu¬ lenfläche stehen, ergeben sich Richtcharakteristiken in Form einer Acht (bzw. Richtcharakteristiken basierend auf: Emp- findlichkeit (alpha) = N * cos (alpha) oder = N * cos2 (alpha), wobei alpha der Winkel des Feldes zur Spulenlängsachse ist) und N eine Konstante.
Die Stärke des Orientierungs-Empfangssignals hängt bei einer derartigen Konstellation nicht nur von der Richtung, sondern auch vom Abstand ab, so dass bei Empfang einer bestimmten Stärke eines Orientierungs-Empfangssignals durch eine der Spulen 329a - c über eine vorgegebene Abbildung, die die Richtcharakteristik wie¬ dergibt, ermittelt werden kann, auf welcher Linie sich das Zentrum der Spule befindet. Die Spule 229c liegt am nächsten zum Zentrum der Spule 310, welche das Orientierungsfeld 300 erzeugt. Aufgrund der hohen Signalstärke (im Vergleich zu den anderen Spulen) ergibt sich daher, dass der Abstand zwischen Spule 329c und Zentrum besonders gering sein muss. Mit anderen Worten ist die acht-förmige Linie, entlang der das Zentrum des Orien¬ tierungsfelds 300 zu erwarten ist, in Hinblick auf ihre Er- streckungsgröße bzw. im Hinblick auf ihre Fläche umso größer, je geringer die Stärke des Orientierungs-Empfangssignals der betreffenden Spule ist. Dieser Zusammenhang kann vorgegeben sein, beispielsweise in Form einer vereinfachten Näherung einer quadratischen Abnahme der Signalstärke mit dem Abstand oder in Form anderer Näherungen oder Abbildungen.
Auch in Figur 3 ergeben sich Schnittpunkte, die wie anhand von Figur 2 dargestellt ausgewertet werden können. Wie auch in Figur 2 werden in Figur 3 die Linien, auf denen das Zentrum zu erwarten ist, solange für alle Gruppen oder Spulen gleichmäßig vergrößert, bis sich zwischen zwei verschiedenen Kurven immer zwei Schnitt¬ punkte bilden. Auch in Figur 3 werden die Schnittpunkte einer Restkombination von zwei Linien gebildet, die am nächsten an den Schnittpunkten einer anderen Kombination von Linien ist.
Zwischen diesen ausgebildeten Schnittpunkten befindet sich eine Fläche, in der das Zentrum des Orientierungsfelds 300 liegt. Vorzugsweise wird die Mitte des Feldes ermittelt und als Zentrum des Orientierungsfelds erfasst. Aufgrund der bekannten ein¬ heitlichen Beziehung zwischen den Spulen (bzw. zwischen den Spulengruppen der Figuren 1 und 2) kann dadurch die Relativ- position des Fahrzeugs bzw. der Empfangsladespule des Fahrzeugs zu dem Zentrum ermittelt werden.
Die Figuren 1 - 3 beschreiben die Spulen, welche das Orien¬ tierungsfeld empfangen, als Sensorspulen. Die Spulen, welche das Orientierungsfeld empfangen, können ferner Sensorspulen sowie die Empfangsladespule umfassen, falls die Sendeladespule das Orientierungsfeld erzeugt (= erster Fall) . Zudem können die Spulen, welche das Orientierungsfeld empfangen, ferner Sen¬ sorspulen sowie die Sendeladespule umfassen, falls die Emp- fangsladespule (durch Zuführen eines entsprechenden Signals) das Orientierungsfeld erzeugt (=zweiter Fall) . Das in der Emp¬ fangsladespule (erster Fall) bzw. in der Sendeladespule (zweiter Fall) erzeugte Signal ist ein Orientierungs-Empfangssignal , welches wie ein Signal einer Sensorladespule ausgewertet wird, ggf. einschließlich einer Signalanpassung, die den unter¬ schiedlichen elektromagnetischen Eigenschaften der Sensorspule einerseits und der Sende- oder Empfangsladespule andererseits Rechnung trägt bzw. diese zumindest teilweise kompensiert. Die Figur 4 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Gruppe von Spulen 422 - 426. Die Spulen 422 - 426 sind unterschiedlich orientiert, wobei in Figur 4 eine Anordnung dargestellt ist, in der die Spulen 422 - 426 jeweils zueinander senkrecht ausgebildet sind. Ferner ist zu erkennen, dass die Spulen im Wesentlichen ohne Abstand zueinander angeordnet sind und dass sich ihre Längsachsen in einem Punkt (oder in einem kleinen Bereich) schneiden. Die in Figur 4 dargestellten Spulen sind zylindrisch und weisen insbesondere die gleiche Windungszahl und die gleiche Abmessung auf. Die Spulen einer Gruppe weisen jeweils zueinander vor¬ zugsweise einen Winkel mit einem Betrag von mindestens 45° auf, vorzugsweise mit einem Betrag von mindestens 60°, 70° oder 85°.
In der Figur 5 ist eine weitere Gruppe von Sensorspulen dar- gestellt, welche um einen gemeinsamen Kern 530 gewickelt sind. Der Kern 530 ist würfelförmig, wobei sich die Spulen jeweils über die Kantenmitten erstrecken. Eine erste Spule 522 ist nach oben bzw. unten ausgerichtet, vergleichbar mit der Spule 422 der Figur 4. Eine zweite Spule 524 ist senkrecht zur Zeichenebene aus- gerichtet. Eine dritte Spule 526 ist in Links-Rechts-Richtung ausgerichtet, entsprechend der Spule 426 der Figur 4. Die Spulen 522 - 526 haben vorzugsweise die gleiche Windungszahl. Aufgrund der Würfelform des Kerns 530 haben die Spulen 522 - 526 auch die gleichen Abmessungen bzw. den gleichen Querschnitt oder
Querschnittfläche . Auch die Länge der Spulen ist vorzugsweise gleich .
Eine weitere Ausbildungsform ist eine Spule (z.B eine wür¬ felförmige 3D-Spule) um welche eine weitere zu den einzelnen Spulenebenen geneigte ähnliche Würfelförmige 3D-Spule gewickelt ist. Dadurch könnte man eine eindeutige Richtung Ra...Rc gewinnen und könnte somit Sensoren im Vergleich zu einer einfachen 3D-Spule einsparen. Die Figur 6 zeigt Orientierungsspulen 10, die über einen Eingang 11 einer Empfangseinrichtung 2 an die Empfangseinrichtung 2 angeschlossen sind. Die Empfangseinrichtung 2 bildet zusammen mit den Spulen 10 einen Orientierungssignalempfänger 4. Die Empfangseinrichtung 2 umfasst für jede Spule 10 einen Kondensator 12, der parallel zu dem Eingang 11 und somit auch parallel zu der jeweiligen Spule 10 geschaltet ist. Es ergeben sich Reso¬ nanzkreise (die auch Schwingkreise genannt werden) , welche jeweils von einer Spule 10 und einer daran angeschlossenen
Kapazität 12 (12a-c) gebildet werden. Von den Spulen 10 (lOa-c) bzw. den sich ergebenden Resonanzkreisen werden Orientie- rungs-Empfangssignale E (Ea-c) erzeugt, die in der Empfangs¬ einrichtung 2 weiterverarbeitet werden. Vorzugsweise wird für jedes Orientierungs-Empfangssignal ein Kanal vorgesehen, in dem das jeweilige Orientierungs-Empfangssignal verarbeitet wird, wobei zur einfachen Darstellung in Figur 6 nur ein einziger Kanal exemplarisch für alle Kanäle der Orientierungs-Empfangssignale E dargestellt ist. Diese vereinfachte Schreibweise ist durch einen Doppelstrich gekennzeichnet, der den dargestellten Kanal kreuzt („Datenbus-Darstellung") .
Die Empfangseinrichtung umfasst ein Dämpfungsglied 20 und ein weiteres Dämpfungsglied 22, die jeweils einstellbar sind, und zwischen denen sich ein Verstärker 24 befindet. Auch der
Verstärker 24 kann einstellbar sein. Vorzugsweise ist nur ein dem Verstärker 24 vorgeschaltetes Dämpfungsglied 20 vorgesehen, wenn der Verstärker 24 selbst hinsichtlich des Verstärkungsfaktors einstellbar ist.
Ferner können zusätzliche Filter 14 vorgesehen sein, in der vor dem Dämpfungsglied 20, welches sich vor dem Verstärker 24 befindet, zwischen dem Dämpfungsglied 20 und dem Verstärker 24 und/oder zwischen dem Verstärker 24 und dem Dämpfungsglied 22, das dem Verstärker 24 nachgeschaltet ist.
Alle Dämpfungsglieder aller Kanäle, die sich an der gleichen Position gegenüber dem jeweiligen Verstärker 24 befinden, werden gemeinsam (d.h. in gleicher Weise) angesteuert. In einer be- sonders einfachen Ausführungsform wird das Dämpfungsglied 20, welches dem Verstärker 24 vorgeschaltet ist, von einem Widerstand vorgesehen, welcher den jeweiligen Schwingkreis dämpft, der die Spule 10 und den Kondensator 12 umfasst. Der Widerstand kann ein als Serienwiderstand geschaltet sein oder kann als Parallel¬ widerstand (wie dargestellt) geschaltet sein. Der Widerstand ist insbesondere schaltbar (d.h. überbrückbar oder abkoppelbar) oder ist wertdiskret oder wertkontinuierlich einstellbar.
Das dem Verstärker 24 vorgeschaltete Dämpfungsglied 20 wird derart eingestellt, dass die maximale Signalstärke des Ver¬ stärkers 24 nicht überschritten wird. Anstatt des Verstärkers 24 kann auch ein Analog/Digital-Wandler vorgesehen sein (dessen Empfindlichkeit konstant ist oder eingestellt werden kann) . Ferner kann das dem Verstärker bzw. dem Wandler 24 nachge¬ schaltete Dämpfungsglied 22 ein elektronisches Dämpfungsglied bzw. ein schaltbares Widerstandsnetzwerk sein, bei dem die Dämpfung als diskrete Dämpfung eingestellt werden kann.
Der Empfangseinrichtung 4 nachgeschaltet ist eine Positions- berechnungseinrichtung, in der die Position der Spulen 10 untereinander, d. h. die räumliche Beziehung zwischen den Spulen 10 zueinander, abgelegt ist, insbesondere in einem Speicher 32. Ferner ist in der Positionsberechnungseinrichtung 30 eine
Abbildung vorgesehen (d.h. hinterlegt), die Signalstärken auf Abstände abbildet. Da mit zunehmendem Abstand allgemein die Signalstärke abnimmt bzw. im Nahfeld sich eine von der Spu¬ lengeometrie beeinflusste Abhängigkeit zwischen Signalstärke und Abstand ergibt, kann aus der Signalstärke auf den Abstand geschlossen werden. Eine Einheit 36 zur Schnittpunktbildung bzw. zur Auswahl des korrekten Schnittpunkts kann vorgesehen sein, um wie vorangehend beschrieben das Zentrum des Orientierungsfelds zu ermitteln.
In einer alternativen Betrachtungsweise umfasst die Positi- onsberechnungseinrichtung 30 eine Richtungserfassungseinheit 34, die Orientierungs-Empfangssignale von den Gruppen vorge¬ sehenen Spulen zueinander ins Verhältnis setzt, um für jede Gruppe eine Richtung anzugeben. In einem Speicher 32 sind hierbei die räumlichen Beziehungen zwischen den Gruppen von Spulen hinterlegt (als Look-up-Tabelle, Funktion, Funktionsparameter oder ähnliches) , so dass eine Kombinationseinrichtung 36 ausgehend von den Positionen der einzelnen Gruppen anhand der Richtungen der Einheit 34 die Geraden gebildet werden können, wobei die Einheit 36 zudem eingerichtet ist, um einen
Schnittpunkt zwischen den Geraden zu ermitteln. Dieser
Schnittpunkt wird an den Ausgang 38 zur Abgabe der Relativ¬ position abgegeben.
Dem Ausgang 38 kann eine Anzeige 40 nachgeschaltet sein, insbesondere eine optische oder graphische Anzeige, um die Relativposition des Fahrzeugs zum Zentrum des Orientierungsfelds darzustellen .
Da neben einer passiven Weiterverwendung der Relativposition im Sinne einer Anzeige auch eine aktive Verwendung vorgesehen sein kann, zeigt die Figur 6 einen Positionierungsmechanismus 50 bzw. eine Lenkung und/oder Längssteuerung 52 des Fahrzeugs. Mit dem Positionierungsmechanismus 50 wird die Sendespule oder Emp¬ fangsspule ausgerichtet. Alternativ oder in Kombination hierzu kann mittels der (aktiven) Lenkung und der Längssteuerung 52 des Fahrzeugs das Fahrzeug selbst und somit auch die Empfangsla¬ despule über der Sendeladespule ausgerichtet werden.
Die Figur 6 zeigt ferner eine Fremdkörpererfassungseinrichtung 60, die ebenso Daten von der Empfangseinrichtung 4 erhält. Diese Orientierungs-Empfangssignale, die von der Empfangseinrichtung an die Fremdkörpererfassungseinrichtung 60 übertragen werden, werden einem Vergleicher 62 zugeführt. Der Vergleicher 62 wird ferner ein in einem Speicher abgelegter Feldverlauf 64 zugeführt, so dass der Vergleicher 62 den Feldverlauf 64 als Soll-Feld- verlauf mit dem Orientierungs-Empfangssignal vergleichen kann, welches das aktuell erfasste Feld wiedergibt. Ergibt sich ein Unterschied (d.h. eine Verzerrung des Orientierungsfelds), der über einer vorgegebenen Mindestgrenze liegt, so wird am Feh¬ lersignalausgang 66 ein entsprechendes Signal abgegeben. Da der Vergleicher 62 das Fehlersignal abgibt, kann dieser auch als Fehlergenerator bezeichnet werden. Eine Bewegungserfassungseinrichtung 70 des Fahrzeugs kann hierbei Daten an die Fremdkörpererfassungseinrichtung liefern, welche die Längsbewegung und/oder die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs wiedergibt. Diese Information kann in der Fremd- körpererfassungseinrichtung 60 verwendet werden, um anhand des gespeicherten Feldverlaufs 64 ermitteln zu können, wie sich die Orientierungs-Empfangssignale gemäß der Bewegung des Fahrzeugs entwickeln sollten, um diese Entwicklung mit den tatsächlichen Orientierungs-Empfangssignalen vergleichen zu können.
Weiterhin ist eine Steuerung des Ladefelds 80 vorgesehen, die dem Fehlersignalausgang 66 der Fremdkörpererfassungseinrichtung 60 nachgeschaltet sein kann. Wird von der Fremdkörpererfas¬ sungseinrichtung 60 ein Fehlersignal am Fehlersignalausgang 66 abgegeben, so wird dadurch die Steuerung 80 veranlasst, die
Leistung der Sendeladespule und somit die Stärke des Ladefelds (oder des Orientierungsfelds) zu verringern oder die Sende¬ ladespule abzustellen. Anstatt der Sendeladespule kann auch die Spule, welche das Orientierungsfeld erzeugt, in der Leistung verringert werden oder kann abgestellt werden. Ergibt sich daher durch den Fremdkörper eine Verzerrung des Orientierungsfelds oder auch des Ladefelds, so kann dies ermittelt werden durch Vergleich der tatsächlich erfassten Orientierungs-Empfangs¬ signale gegenüber einem Soll-Feldverlauf 64, der ebenso als Menge von Soll-Orientierungs-Empfangssignalen (oder als Soll-Orien- tierungs-Empfangssignal ) vorgesehen sein kann. Durch einen Vergleich dieser Daten ergibt sich, ob das Orientierungsfeld oder Ladefeld verzerrt ist, um dann bei einem dadurch ermittelten Fremdkörper über die Steuerung 80 das Ladefeld auszustellen. Alternativ zur vorangehenden Beschreibung der Steuerung 80 kann die Steuerung 80 auch die Steuerung des Orientierungsfelds sein, so dass die Erzeugung des Orientierungsfelds abgebrochen wird, wenn am Fehlersignalausgang ein Fehlersignal abgegeben wird, welches auf einen Fremdkörper hinweist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erfassung einer Relativposition zwischen einer fahrzeugseitigen Empfangsladespule und einer feststehenden Sendeladespule (110), mit den Schritten: Erzeugen eines alternierenden, magnetischen Orientie¬ rungsfeldes (100) mit einer dieser Spulen; und
Erfassen des Orientierungsfeldes mit mindestens einer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (122a-126c), wobei das Orientierungsfeld (100) von der zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule frequenzselektiv erfasst wird und Ermitteln der Relativposition anhand eines Orientie- rungs-Empfangssignals , das das Orientierungsfeld in der mindestens einen zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule induz iert .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule in einem Reso¬ nanzkreis (10, 12) vorgesehen ist, dessen Resonanzfrequenz einer Frequenz des Orientierungsfeldes entspricht, oder das Orientierungs-Empfangssignal durch einen Filter geleitet wird, der einen Durchlassfrequenzbereich aufweist, in dem die Frequenz des Orientierungsfeldes liegt.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Orientierungsfeld (100) von der Sendeladespule erzeugt wird und die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehen Spule fahrzeugseitig das Orientierungsfeld (100) erfasst, oder
das Orientierungsfeld (100) von der fahrzeugseitigen Empfangsladespule erzeugt wird und die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (122a-126c) in feststehender Position das Orientierungsfeld (100) erfasst.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Erfassen des Orientierungsfeldes (100) mit mindestens einer fahrzeugseitigen oder feststehenden Sensorspule
(122a-126c) als zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule durchgeführt wird, oder mit der Sendeladespule oder Empfangsladespule als zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule durchgeführt wird.
Verfahren zum kabellosen Laden eines Fahrzeugs, umfassend: das Verfahren zur Erfassung einer Relativposition nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug, die Empfangsladespule oder die Sendeladespule gemäß einer vorgegebenen optimalen Relativposition ausgerichtet wird, wobei die Relativposition während des Ausrichtens wie¬ derholt ermittelt wird, und elektrische Leistung über ein alternierendes, magnetisches Ladefeld von der Sendela¬ despule (110) an die Empfangsladespule übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Orientierungsfeld und das Ladefeld mit der Sendeladespule erzeugt wird, wobei
- die Sendeladespule (110) das Orientierungsfeld (100) auf einem ersten Leistungsniveau erzeugt, bis die mindestens eine zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule beginnt, das Orientierungsfeld zu erfassen;
- die Sendeladespule (110) mit einer geringeren Leistung als das erste Leistungsniveau arbeitet, während das Ausrichten stattfindet und nachdem die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule begonnen hat, das Orien¬ tierungsfeld (100) zu erfassen; und
- das Ladefeld von der Sendeladespule (110) auf einem zweiten Leistungsniveau erzeugt wird, das über dem ersten Niveau liegt, wenn die optimalen Relativposition durch das Ausrichten erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Orientie¬ rungsfeld (100) eine andere räumliche Streuung aufweisen kann als das Ladefeld.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 - 7, wobei während des Erfassens, während des Ausrichtens und/oder während des Ladens die zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule und insbesondere mindestens eine Sensorspule (122a-126c) ein Signal abgibt, das auf Diskontinuitäten untersucht wird, oder das Orientierungs-Empfangssignal auf Diskontinui¬ täten, und beim Auftreten einer Diskontinuität ein Signal abgegeben wird, welches auf einen Fremdkörper hinweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Orientierungsfeld (100) mit einem Kennzeichnungssignal moduliert wird, das die Sendeladespule identifiziert.
Orientierungssignalempfänger (4) mit mindestens einer zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule (10) in Form
- mindestens einer fahrzeugseitigen oder feststehenden Sensorspule (122a-126c), wobei der Orientierungssig¬ nalempfänger ferner eine Empfangseinrichtung (2) auf¬ weist, die an die mindestens eine Sensorspule (10) angeschlossen ist.
Orientierungssignalempfänger (4), wobei
die Empfangseinrichtung (2) frequenzselektiv ist und ausgestaltet ist, ein Orientierungs-Empfangssignal von der mindestens einen zur induktiven Anregung vorgesehenen Spule zu empfangen.
Orientierungssignalempfänger (4) nach Anspruch 11, wobei
- der Orientierungssignalempfänger mindestens einen Resonanzkreis (10, 12) aufweist, der die Sensorspule sowie eine daran angeschlossene Kapazität der fre¬ quenzselektiven Empfangseinrichtung umfasst (2), oder
- die frequenzselektive Empfangseinrichtung (4) einen Filter (14) umfasst, der einen Durchlassbereich auf¬ weist, in dem eine Frequenz des Orientierungsfelds liegt, welches eingerichtet ist, in der Sensorspule das Orientierungs-Empfangssignal zu induzieren.
Orientierungssignalempfänger nach Anspruch 10,11 oder 12, der mit mehreren Sensorspulen (422-426) ausgestattet ist, wobei die Sensorspulen (422-426) zueinander geneigt an¬ geordnet sind.
14. Induktive Ladevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Orientierungssignalempfänger (4) nach einem der Ansprüche 10-13,
die Ladevorrichtung ferner umfassend:
eine Positionsberechnungseinrichtung (30), die der Emp¬ fangseinrichtung (2) nachgeschaltet ist und eingerichtet ist, eine Relativposition zwischen dem Fahrzeug und einer feststehenden Sendeladespule anhand des Orientie- rungs-Empfangssignals der Empfangseinrichtung (2) zu ermitteln und
ein Ausrichtungssignalgenerator, der der Positionsbe- rechnungseinrichtung (30) nachgeschaltet ist und einge¬ richtet ist, anhand der Relativposition der Positions- berechnungseinrichtung (30) ein Ausrichtungssignal zu erzeugen, das zur Darstellung mittels einer optischen Anzeige (40) oder mittels eines akustischen oder haptischen Wandlers und/oder zur Ansteuerung eines Positionie¬ rungsmechanismus (50) der Empfangsladespule oder der Sendeladespule ausgestaltet ist.
15. Induktive Ladevorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine Fremdkörpererfassungseinrichtung (60) aufweist, die dem Orientierungssignalempfänger (4) nachgeschaltet ist und eingerichtet ist, Diskontinuitäten in dem Orientie- rungs-Empfangssignal der Empfangseinrichtung zu ermitteln, wobei ein Fehlergenerator der Fremdkörpererfassungsein¬ richtung (60) eingerichtet ist, ein Fehlerzustandssignal abzugeben, wenn Diskontinuitäten in dem Orientie- rungs-Empfangssignal vorliegen.
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