DE102012103321A1

DE102012103321A1 - Device for condition monitoring of a housing

Info

Publication number: DE102012103321A1
Application number: DE102012103321A
Authority: DE
Inventors: Mathias Wechlin; Pascal Asselin
Original assignee: Conductix Wampfler GmbH
Current assignee: Conductix Wampfler GmbH
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013156437A3; DE112013002080A5; WO2013156437A2

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung eines Gehäuses einer Primär- oder Sekundärspule einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer stationären Einheit zu einem benachbart zu dieser befindlichen Fahrzeug ist in oder an dem Gehäuse zwischen derjenigen Oberflächenseite, welche im Übertragungsbetrieb der jeweils anderen Spule zugewandt ist, und der in dem Gehäuse befindlichen Spule mindestens eine Messleitung angeordnet, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, welche zusammen eine zwischen besagter Oberflächenseite des Gehäuses und der Spule liegende Fläche definieren, deren Außenkontur in der Projektion auf besagte Oberflächenseite des Gehäuses die Außenkontur der Spule umgibt. Die Messleitung ist mit einer elektrischen Messeinrichtung verbunden ist, die mindestens einen vom elektrischen Widerstand der Messleitung abhängigen Messwert erfasst. Die Messeinrichtung ist mit einer Auswertungseinrichtung verbunden, die aus dem von der Messeinrichtung erfassten Messwert mindestens ein Signal ableitet, das einen Zustand besagter Oberflächenseite des Gehäuses anzeigt.In a device for condition monitoring of a housing of a primary or secondary coil of a device for the inductive transmission of electrical energy from a stationary unit to a vehicle adjacent thereto is in or on the housing between that surface side, which faces in the transfer operation of the other coil, and the coil located in the housing, at least one measuring line having a plurality of loops, which together define a lying between said surface side of the housing and the coil surface whose outer contour in the projection on said surface side of the housing surrounds the outer contour of the coil. The measuring line is connected to an electrical measuring device which detects at least one measured value dependent on the electrical resistance of the measuring line. The measuring device is connected to an evaluation device which derives at least one signal from the measured value detected by the measuring device, which indicates a state of said surface side of the housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zustandsüberwachung des Gehäuses einer Primär- oder Sekundärspule einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Vorrichtungen dienen der induktiven Ladung einer in einem Elektrofahrzeug eingebauten, wiederaufladbaren Batterie. Um die Zeitdauer des Ladevorgangs möglichst kurz zu halten, wird eine hohe Übertragungsleistung angestrebt. Hierzu sind hohe Ströme und Spannungen sowohl auf der Primärseite, als auch auf der Sekundärseite nötig. Eine mechanisch beschädigte Primär- oder Sekundärspule mit nicht mehr intakter Isolation der Wicklung stellt somit eine elektrische Gefahrenquelle dar.The invention relates to a device for condition monitoring of the housing of a primary or secondary coil of a device for inductive transmission of electrical energy according to the preamble of claim 1. Such devices are used for the inductive charging of a built-in an electric vehicle, rechargeable battery. In order to keep the duration of the charging process as short as possible, a high transmission power is sought. This requires high currents and voltages both on the primary side and on the secondary side. A mechanically damaged primary or secondary coil with no longer intact insulation of the winding thus represents an electrical hazard.

Eine Primärspule einer Ladestation, die in einem Gehäuse am Boden eines Fahrzeugabstellplatzes angeordnet ist, kann beispielsweise beschädigt werden, wenn ein Fahrzeug mit zu geringer Bodenfreiheit oder ein Fahrzeug, bei dem aufgrund eines mechanischen Defekts ein Teil nach unten herausragt, über das Gehäuse der Primärspule hinwegfährt. Eine Beschädigung kann auch durch das Gewicht eines Rades eines schweren Fahrzeugs wie eines Lastkraftwagens, das unvorhergesehen auf oder über das Gehäuse rollt, verursacht werden. Ferner besteht die Möglichkeit einer Beschädigung durch Vandalismus. Eine in einem Gehäuse am Boden eines Elektrofahrzeugs angeordnete Sekundärspule kann insbesondere dann beschädigt werden, wenn das Fahrzeug einen auf einer Fahrbahn liegenden Fremdkörper überfährt oder wenn es bei einer Fahrt abseits einer befestigten Straße oder auf einer Straße in schlechtem Zustand auf dem Boden aufsitzt.For example, a primary coil of a charging station disposed in a housing at the bottom of a vehicle parking space may be damaged if a vehicle with insufficient ground clearance or a vehicle protruding downwardly due to a mechanical failure passes over the primary coil housing , Damage may also be caused by the weight of a wheel of a heavy vehicle such as a truck accidentally rolling onto or over the housing. Furthermore, there is the possibility of damage by vandalism. A secondary coil arranged in a housing at the bottom of an electric vehicle can be damaged in particular when the vehicle passes over a foreign body lying on a roadway or when it is seated on the ground in a poor condition on a journey away from a paved road or on a road.

Wenn eine Beschädigung so massiv ist, dass nicht nur das Gehäuse betroffen ist, sondern bereits eine Windung der Spule durchtrennt ist oder Kurzschlüsse zwischen Windungen bestehen, kann die Beschädigung zumindest beim nächsten Ladevorgang von der Steuereinheit der Ladestation und/oder des Fahrzeugs anhand abnormaler Betriebsparameter erkannt und dem Benutzer angezeigt werden, wobei aber die Inbetriebnahme einer solchermaßen beschädigten Spule bereits ein Gefahrenpotential darstellt. Kritisch ist der Fall, dass eine Beschädigung zwar gefährlich ist, indem das Gehäuse und die Isolierung der Wicklung aufgerissen wurden und Windungsdrähte freiliegen, dies aber noch nicht bei einem Ladevorgang an fehlerhaften Betriebsparametern erkennbar ist.If damage is so severe that not only the housing is affected but one turn of the coil is already severed or there are short circuits between turns, the damage may be detected by the control unit of the charging station and / or the vehicle based on abnormal operating parameters at least at the next charging and the user are displayed, but the commissioning of such a damaged coil already represents a potential hazard. Critical is the case that although damage is dangerous by tearing open the housing and insulation of the winding and exposing winding wires, this is not yet apparent when charging faulty operating parameters.

Eine Beschädigung des Gehäuses einer Primär- oder Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems kann auch durch die Präsenz eines leitfähigen Fremdkörpers auf der Oberfläche des Gehäuses verursacht werden, in welchem beim Betrieb des Systems Wirbelströme induziert werden, die zu seiner Erhitzung führen. Ein erhitzter leitfähiger Fremdkörper stellt selbst eine Gefahrenquelle dar und kann darüber hinaus das Gehäuse der Spule und die Isolierung der Wicklung thermisch beschädigen. Im Fall der Primärspule kann ein solcher leitfähiger Fremdkörper beispielsweise ein von einer Person verlorener Gebrauchsgegenstand aus Metall oder eine leere Getränkedose sein. Auch könnte ein metallischer Fremdkörper in Sabotageabsicht absichtlich auf dem Spulengehäuse deponiert werden.Damage to the housing of a primary or secondary coil of an inductive power transmission system may also be caused by the presence of a conductive foreign body on the surface of the housing in which, during operation of the system, eddy currents are induced which result in its heating. A heated conductive foreign body itself constitutes a source of danger and, moreover, can thermally damage the housing of the coil and the insulation of the winding. In the case of the primary coil, such a conductive foreign body may be, for example, a metal utensil lost by a person or an empty beverage can. Also, a metallic foreign body in sabotage intentionally could be deposited on the bobbin case.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die frühzeitige Erkennung eines unzulässigen Zustandes des Gehäuses einer Spule eines induktiven Energieübertragungssystems zu ermöglichen, um die Betriebssicherheit eines solchen Systems zu verbessern.The invention is therefore based on the object to enable the early detection of an impermissible state of the housing of a coil of an inductive energy transmission system in order to improve the reliability of such a system.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a housing with the features of claim 1. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung zur Zustandsüberwachung des Gehäuse einer Primär- oder Sekundärspule einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer stationären Einheit zu einem benachbart zu dieser befindlichen Fahrzeug in oder an dem Gehäuse zwischen derjenigen Oberflächenseite, welche im Übertragungsbetrieb der jeweils anderen Spule zugewandt ist, und der in dem Gehäuse befindlichen Spule mindestens eine Messleitung angeordnet, die eine Vielzahl von Schleifen aufweist, welche zusammen eine zwischen besagter Oberflächenseite des Gehäuses und der Spule liegende Fläche definieren, deren Außenkontur in der Projektion auf besagte Oberflächenseite des Gehäuses die Außenkontur der Spule umgibt. Die Messleitung ist mit einer elektrischen Messeinrichtung verbunden ist, die mindestens einen vom elektrischen Widerstand der Messleitung abhängigen Messwert erfasst, und die Messeinrichtung ist mit einer Auswertungseinrichtung verbunden, die aus dem von der Messeinrichtung erfassten Messwert mindestens ein Signal ableitet, das einen Zustand besagter Oberflächenseite des Gehäuses anzeigt.According to the invention is in a device for condition monitoring of the housing of a primary or secondary coil of a device for inductive transmission of electrical energy from a stationary unit to a vehicle adjacent thereto in or on the housing between that surface side, which faces in the transfer operation of the other coil , and the coil located in the housing at least one measuring line arranged having a plurality of loops, which together define a lying between said surface side of the housing and the coil surface whose outer contour in the projection on said surface side of the housing surrounds the outer contour of the coil , The measuring line is connected to an electrical measuring device which detects at least one measured value dependent on the electrical resistance of the measuring line, and the measuring device is connected to an evaluation device which derives at least one signal from the measured value detected by the measuring device which indicates a state of said surface side of the Housing indicates.

Hierdurch kann ein in einfacher Weise, nämlich durch eine Widerstandsmessung, ein unzulässiger Zustand der Oberfläche des Gehäuses, der bei einer Inbetriebnahme der induktiven Übertragung Personen gefährden oder größere Schäden an der Ladestation und/oder dem Fahrzeug verursachen könnte, nämlich eine mechanische Beschädigung des Gehäuses, aber auch die Präsenz eines leitfähigen Fremdkörpers auf seiner Oberfläche, der im Übertragungsbetrieb erhitzt würde, zuverlässig erkannt werden, da eine erfindungsgemäße Messleitung bei einem derartigen Oberflächendefekt entweder durchtrennt ist oder zumindest eine abnormale Erhöhung ihres Widerstandes erfährt, was sich beides messtechnisch leicht feststellen lässt.As a result, in a simple manner, namely by a resistance measurement, an impermissible state of the surface of the housing, which could endanger people at commissioning the inductive transmission or cause major damage to the charging station and / or the vehicle, namely a mechanical damage to the housing, but also the presence of a conductive foreign body on its surface, which would be heated in the transmission operation, reliably detected, as a inventive Test lead is either severed in such a surface defect or at least undergoes an abnormal increase in their resistance, which can be both easily determined metrologically.

Bevorzugt wird die Außenkontur der durch die Schleifen der Messleitung definierten Fläche abschnittsweise unmittelbar durch Abschnitte der Messleitung gebildet und alle übrigen Abschnitte der Messleitung liegen innerhalb dieser Fläche, welche die kleinstmögliche zusammenhängende Fläche mit einer Außenkontur ohne konkave Abschnitte ist, die alle Abschnitte der Messleitung abdeckt.The outer contour of the surface defined by the loops of the measuring line is preferably formed in sections directly through sections of the measuring line and all other sections of the measuring line lie within this surface, which is the smallest possible contiguous surface with an outer contour without concave sections that covers all sections of the measuring line.

Die Messleitung verläuft vorzugsweise insgesamt mäanderförmig und weist jeweils eine Vielzahl von zueinander parallelen Hauptabschnitten und von kürzeren Verbindungsabschnitten auf, wobei ein Verbindungsabschnitt jeweils Enden zweier benachbarter Hauptabschnitte miteinander verbindet und bei einem Stromfluss durch die Messleitung die Stromrichtungen in benachbarten Hauptabschnitten zueinander entgegengesetzt sind. Mit dieser Form kann die Messleitung eine Fläche zwischen der Spule und der zu überwachenden Gehäuseoberfläche engmaschig überdecken, ohne dass in der Messleitung bei der induktiven Energieübertragung eine hohe Spannung induziert oder die Energieübertragung durch die Messleitung nennenswert beeinträchtigt wird.The measuring line preferably runs in a meandering fashion and in each case has a multiplicity of mutually parallel main sections and of shorter connecting sections, one connecting section connecting ends of two adjacent main sections and the current directions in adjacent main sections being opposite to each other during a current flow through the measuring line. With this form, the measuring line can closely cover an area between the coil and the housing surface to be monitored, without a high voltage being induced in the measuring line during the inductive energy transmission or the energy transmission through the measuring line being appreciably impaired.

Durch die Verwendung von zwei zwischen der Spule und der zu überwachenden Oberflächenseite des Gehäuses übereinander liegenden Messleitungen, deren Hauptabschnitte senkrecht zueinander liegen, können die Lücken in der zu überwachenden Fläche gegenüber einer einlagigen Messleitung deutlich verringert werden und die Zuverlässigkeit der Erkennung eines unzulässigen Zustandes kann entsprechend gesteigert werden. Die beiden Messleitungen können entweder separat gemessen oder intern in Serie geschaltet werden, wodurch sich der Aufwand zur Durchführung der Messung verringert.By using two superimposed between the coil and the monitored surface side of the housing measuring lines whose main sections are perpendicular to each other, the gaps in the surface to be monitored compared to a single-layer measuring line can be significantly reduced and the reliability of the detection of an impermissible state can accordingly be increased. The two test leads can either be measured separately or connected internally in series, which reduces the effort required to perform the measurement.

Alternativ zur Mäanderform kann die Messleitung auch die Form einer Doppelspirale haben, die aus zwei Teilspiralen besteht, welche dergestalt überkreuzungsfrei ineinander liegen, dass eine Teilspirale von einem äußeren Rand zu einem gemeinsamen Zentrum und die andere Teilspirale von diesem Zentrum zurück zu dem äußeren Rand führt. Auch hierdurch wird trotz einer gewundenen Struktur der Messleitung eine unerwünschte Induktionswirkung des zur Energieübertragung erzeugten Magnetfeldes auf die Messleitung vermieden.As an alternative to the meandering shape, the measuring line can also be in the form of a double spiral consisting of two partial spirals, which intersect each other in such a way that one partial spiral leads from one outer edge to a common center and the other partial spiral leads from this center back to the outer edge. In this way too, despite a tortuous structure of the measuring line, an undesired induction effect of the magnetic field generated for energy transmission on the measuring line is avoided.

Eine besonders einfache und kostengünstige Realisierung einer Messleitung besteht in einer Leiterbahn, die entweder unmittelbar auf einer Oberfläche des Gehäuses hergestellt ist, oder deren Träger eine flexible Kunststofffolie ist, die in das Gehäuse eingebettet oder auf eine Oberfläche des Gehäuses aufgeklebt ist. Mittels einer solchen Folie kann auch ohne weiteres eine zweilagige Messleitung realisiert werden, da zwei Seiten zur Aufbringung von Leiterbahnen zur Verfügung stehen.A particularly simple and cost-effective realization of a measuring line consists in a conductor track, which is either produced directly on a surface of the housing, or whose carrier is a flexible plastic film which is embedded in the housing or adhered to a surface of the housing. By means of such a film, a two-layer measuring line can also be readily realized, since two sides are available for the application of printed conductors.

Wenn der interessierende Zustand der zu überwachenden Gehäuseoberfläche deren mechanische Integrität ist, dann ist zur Auswertung des gemessenen Widerstandes der Messleitung nur ein einfacher Schwellwertvergleich nötig, um ein binäres Signal abzuleiten, welches diesen Zustand, nämlich intakt oder beschädigt, anzeigt. Eine Durchtrennung der Messleitung ist sogar besonders einfach an einem unendlich großen Widerstand erkennbar.If the state of interest of the housing surface to be monitored is its mechanical integrity, then only a simple threshold comparison is necessary to evaluate the measured resistance of the measurement line in order to derive a binary signal which indicates this state, intact or damaged. A separation of the measuring line is even particularly easy to detect at an infinitely large resistance.

Ist der interessierende Zustand der zu überwachenden Gehäuseoberfläche das Vorhandensein eines leitfähigen Fremdkörpers, dann kann zur Auswertung des erfassten Messwertes die Temperaturkennlinie des elektrischen Widerstandes der Messleitung herangezogen und ein Signal abgeleitet werden, welches eine Temperaturerhöhung der Oberfläche des Gehäuses im Betrieb der induktiven Energieübertragung anzeigt. Vorteilhaft ist es in diesem Fall, wenn die Auswertungseinrichtung einen Speicher aufweist, in dem ein ohne Bestromung der Spule gemessener Referenzwert des Widerstandes der Messleitung gespeichert ist. Dann kann die Auswertungseinrichtung das die Temperaturerhöhung anzeigende Signal aus der Differenz zwischen dem erfassten Messwert und dem Referenzwert ableiten, wodurch Fehler durch die Exemplarstreuung des Widerstandes der Messleitung und durch Schwankungen der Umgebungstemperatur vermieden werden. Auch in diesem Fall bedarf es als letzte Stufe der Auswertung nur eines Schwellwertvergleichs, um aus dem die Temperatur anzeigenden Signal ein binäres Signal abzuleiten, welches anzeigt, ob ein leitfähiger Fremdkörper vorhanden ist oder nicht.If the state of interest of the housing surface to be monitored is the presence of a conductive foreign body, then the temperature characteristic of the electrical resistance of the measuring line can be used to evaluate the detected measured value and a signal can be derived which indicates a temperature increase of the surface of the housing during operation of the inductive energy transmission. In this case, it is advantageous if the evaluation device has a memory in which a reference value of the resistance of the measuring line measured without energizing the coil is stored. Then, the evaluation device can derive the signal indicative of the temperature increase from the difference between the detected measured value and the reference value, whereby errors due to the specimen scattering of the resistance of the measuring line and fluctuations in the ambient temperature are avoided. Also in this case, the last stage of the evaluation requires only one threshold comparison in order to derive a binary signal from the temperature-indicating signal, which indicates whether a conductive foreign body is present or not.

Weitere zweckmäßige Maßnahmen sind der Einsatz einer mit der Auswertungseinrichtung verbundenen Anzeigeeinrichtung, über die bei Feststellung eines unzulässigen Zustandes der zu überwachenden Gehäuseoberfläche ein Warnsignal abgegeben wird, sowie die Verbindung der Auswertungseinrichtung mit einer Steuereinheit, welche eine Stromversorgungseinheit der Primärspule steuert, um bei Feststellung eines unzulässigen Zustandes der zu überwachenden Gehäuseoberfläche eine Deaktivierung der Stromversorgungseinrichtung durch die Steuereinheit auszulösen und so Gefahren und weitere Schäden zu vermeiden.Further expedient measures include the use of a display device connected to the evaluation device, via which a warning signal is emitted upon detection of an impermissible state of the housing surface to be monitored, as well as the connection of the evaluation device to a control unit which controls a power supply unit of the primary coil in order to detect an inadmissible State of the housing surface to be monitored to trigger a deactivation of the power supply device by the control unit, thus avoiding hazards and further damage.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigtHereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In these shows

1 eine schematische Längsschnittansicht einer in ein Gehäuse eingebetteten Primärspule, 1 a schematic longitudinal sectional view of a primary coil embedded in a housing,

2 die Primärspule von 1 mit einer massiven Beschädigung des Gehäuses, 2 the primary coil of 1 with a massive damage of the housing,

3 die Primärspule von 1 mit einer leichten, aber sicherheitsrelevanten Beschädigung des Gehäuses, 3 the primary coil of 1 with a slight but safety-relevant damage to the housing,

4 eine Primärspule entsprechend 1 mit einer in das Gehäuse integrierten Messleitung, 4 a primary coil accordingly 1 with a measuring line integrated in the housing,

5 die Primärspule von 4 mit einer leichten, aber sicherheitsrelevanten Beschädigung des Gehäuses entsprechend 3, 5 the primary coil of 4 with a slight but safety-relevant damage to the housing accordingly 3 .

6 eine erste Ausführungsform einer in das Gehäuse einer Primärspule integrierten Messleitung, 6 a first embodiment of a measuring line integrated in the housing of a primary coil,

7 eine Anordnung von zwei in das Gehäuse einer Primärspule integrierten separaten Messleitungen in zwei Lagen übereinander, 7 an arrangement of two separate measuring lines integrated in the housing of a primary coil in two layers one above the other,

8 eine zweite Ausführungsform einer in das Gehäuse einer Primärspule integrierten Messleitung, die zweilagig ausgebildet ist 8th a second embodiment of an integrated into the housing of a primary coil measuring line, which is designed in two layers

9 eine dritte Ausführungsform einer in das Gehäuse einer Primärspule integrierten Messleitung, 9 a third embodiment of an integrated in the housing of a primary coil measuring line,

10 eine Primärspule entsprechend 4 mit einer in das Gehäuse integrierten Messleitung und mit einem auf der Gehäuseoberfläche liegenden leitfähigen Fremdkörper. 10 a primary coil accordingly 4 with a measuring lead integrated in the housing and with a conductive foreign body lying on the housing surface.

1 zeigt eine schematische Längsschnittansicht einer in ein Gehäuse 1 eingebetteten Primärspule 2, die Bestandteil einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie innerhalb einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug ist. Die Primärspule 2 ist hier als planare Wicklung ausgeführt, um eine flache Bauform zu erzielen. Das Gehäuse 1 ist an einem Fahrzeugabstellplatz der Ladestation in der in 1 dargestellten Lage am Boden befestigt und liegt dabei mit der Unterseite 3 seiner Oberfläche auf dem Boden auf. Wenn die Batterie eines Elektrofahrzeugs geladen werden soll, dann wird das Fahrzeug so abgestellt, dass eine an dessen Unterseite montierte Sekundärspule von ähnlichem Aufbau wie die Primärspule 1 möglichst konzentrisch über dieser platziert wird. Die Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 der Primärspule 2 ist in diesem Fall der in den Figuren nicht gezeigten Sekundärspule zugewandt. Die für den Ladevorgang benötigte Schaltungstechnik ist als solche bekannt und hier nicht von Interesse. 1 shows a schematic longitudinal sectional view of a housing 1 embedded primary coil 2 , which is part of a device for the inductive transmission of electrical energy within a charging station for an electric vehicle. The primary coil 2 is here designed as a planar winding to achieve a flat design. The housing 1 is at a vehicle parking of the charging station in the in 1 shown attached to the ground position and lies with the bottom 3 its surface on the ground. If the battery of an electric vehicle to be charged, then the vehicle is turned off so that a mounted on the underside secondary coil of similar construction as the primary coil 1 is placed as concentric as possible over this. The top 4 the surface of the housing 1 the primary coil 2 is in this case facing the secondary coil, not shown in the figures. The circuitry required for the charging process is known as such and not of interest here.

Das Gehäuse 1 der Primärspule 2 besteht aus einem Material, welches sich zur Einbettung der Primärspule 2 eignet und das bei einer Bestromung der Primärspule 2 entstehende Magnetfeld nicht beeinträchtigt. Ferner sollte es mechanisch stabil und unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen sein. Insbesondere kommen hierfür diverse Kunststoffe in Frage. Es ist aber auch möglich, die Primärspule nicht in das Gehäusematerial einzubetten, sondern das Gehäuse 1 aus zwei Schalen zusammenzusetzen, die zwischen sich einen Hohlraum zur Aufnahme der Spule 2 bilden und nach Einbringung der Spule 2 in diesen Hohlraum dicht miteinander verbunden werden.The housing 1 the primary coil 2 consists of a material which is used for embedding the primary coil 2 is suitable and that when energizing the primary coil 2 resulting magnetic field is not affected. Furthermore, it should be mechanically stable and insensitive to environmental influences. In particular, various plastics come into question for this purpose. But it is also possible not to embed the primary coil in the housing material, but the housing 1 composed of two shells, which between them a cavity for receiving the coil 2 form and after insertion of the coil 2 be sealed together in this cavity.

Während 1 den intakten Zustand des Gehäuses 1 zeigt, ist in 2 eine massive mechanische Beschädigung 5 des Gehäuses 1 auf der Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 dargestellt, die sich auch bereits auf einige Windungen 6 der Spule 2 erstreckt. Die betroffenen Windungen 6 könnten entweder durchtrennt oder durch Beschädigung ihrer Isolierung miteinander kurzgeschlossen sein. Beides wäre bei einer Inbetriebnahme der Spule 2 zur Energieübertragung erkennbar, bei einer Durchtrennung an nicht zustande kommendem Stromfluss, bei einem Kurzschluss an Abweichungen der Betriebsparameter von vorgesehenen Werten.While 1 the intact condition of the housing 1 shows is in 2 a massive mechanical damage 5 of the housing 1 on the top 4 the surface of the housing 1 shown, which is already on some turns 6 the coil 2 extends. The affected turns 6 could either be severed or shorted together by damaging their insulation. Both would be at a commissioning of the coil 2 detectable for energy transfer, in case of a cut-off at a current flow which does not occur, in the case of a short circuit to deviations of the operating parameters from intended values.

3 zeigt eine weniger gravierende mechanische Beschädigung 5 des Gehäuses, die sich zwar unmittelbar bis zu einigen Windungen 6 der Spule erstreckt, diese Windungen 6 aber noch nicht so weit erfasst hat, dass die Beschädigung 5 am elektrischen Betriebsverhalten der Spule 2 erkennbar wäre. So könnten Drähte der Windungen 6 freigelegt und von außen durch Personen berührbar sein, ohne dass sich der Widerstand oder die Induktivität der Spule 2 geändert hätte. Auch ein Freiliegen von Windungen 6 mit noch unbeschädigter Isolierung wäre bereits ein nicht dauerhaft tolerierbarer Defekt, da die vorgesehene Schutzfunktion des Gehäuses 1 für diese Windungen 6 nicht mehr vorhanden wäre. 3 shows a less serious mechanical damage 5 the case, which may be up to a few turns 6 the coil extends, these turns 6 but has not yet grasped that damage so far 5 on the electrical performance of the coil 2 would be recognizable. So could wires of the turns 6 exposed and be touched from the outside by persons without the resistance or the inductance of the coil 2 would have changed. Also an exposure of turns 6 with still undamaged insulation would already be a not permanently tolerable defect, as the intended protective function of the housing 1 for these turns 6 no longer available.

Die erfindungsgemäße Lösung zur Erkennung einer Beschädigung 5 der in 3 gezeigten Art ist in 4 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine zwischen der beschädigungsgefährdeten Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 und der Spule 2 in das Gehäuse 2 integrierte elektrische Messleitung 7, die in einer Vielzahl von Schleifen so verlegt ist, dass die Schleifen insgesamt die Spule 2 gegenüber besagter Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 vollständig abdecken, d. h. dass die Außenkontur der durch die Schleifen definierten Fläche, die in der Ansicht von 4 senkrecht zur Ansichtsebene liegt, die Außenkontur der Spule 2 in der Projektion auf die Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 abdeckt. In 4 kommt dies darin zum Ausdruck, dass die äußersten der in der dortigen Längsschnittansicht sichtbaren Schleifenabschnitte 8 der Messleitung 7 weiter außen nahe dem seitlichen Rand des Gehäuses 1 liegen als die äußerste Windung der planaren Spule 2.The inventive solution for detecting damage 5 the in 3 shown type is in 4 shown. It is one between the damage-prone top 4 the surface of the housing 1 and the coil 2 in the case 2 integrated electrical measuring line 7 which is laid in a variety of loops so that the loops total the coil 2 opposite said top 4 the surface of the housing 1 cover completely, ie that the outer contour of the surface defined by the loops, in the view of 4 perpendicular to the plane of view, the outer contour of the coil 2 in the projection on the top 4 the surface of the housing 1 covers. In 4 this is expressed in the fact that the outermost ones in the local Longitudinal view of visible loop sections 8th the measuring line 7 further outside near the lateral edge of the housing 1 lie as the outermost turn of the planar coil 2 ,

Die Abdeckung der Spule 2 durch die Schleifen der Messleitung 7 hat die in 5 aufgezeigte Wirkung, dass eine Beschädigung 5 der in 3 gezeigten Art an dem Gehäuse 1 auch eine Beschädigung von Schleifenabschnitten 9 der Messleitung 7 zur Folge hat. Die von der Beschädigung 5 betroffenen Schleifenabschnitte 9 sind in 5 zur Unterscheidung von den unbeschädigten Schleifenabschnitten 8 schwarz ausgefüllt. Da die Messleitung 7 nur einen sehr geringen Querschnitt hat und daher mechanisch sehr empfindlich ist, bedeutet eine Beschädigung 5 des Gehäuses 1 für die davon betroffenen Schleifenabschnitte 9 der Messleitung 7 im Regelfall eine Unterbrechung. Die Beschädigung 5 kann daher in einfacher Weise anhand des elektrischen Widerstandes der Messleitung 7 detektiert werden, der bei einer Unterbrechung bekanntlich unendlich groß wird. Die Beschädigung 5 ist an der Messleitung 7 also auch dann erkennbar, wenn sie das Betriebsverhalten der Spule 2 noch nicht verändert.The cover of the coil 2 through the loops of the measuring line 7 has the in 5 demonstrated effect that damage 5 the in 3 shown type on the housing 1 also damage to loop sections 9 the measuring line 7 entails. The damage 5 affected loop sections 9 are in 5 for distinguishing the undamaged loop sections 8th filled in black. Because the measuring line 7 has only a very small cross-section and therefore is mechanically very sensitive, means damage 5 of the housing 1 for the affected loop sections 9 the measuring line 7 usually a break. The damage 5 Therefore, in a simple manner based on the electrical resistance of the measuring line 7 be detected, which is known to be infinitely large at an interruption. The damage 5 is on the measuring line 7 So also recognizable if it is the performance of the coil 2 not changed yet.

Eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Messleitung 7 und einer von dieser abgedeckten Spule 2 zeigt 6. Das Gehäuse 1 ist der Übersichtlichkeit halber in 6 ebenso wie in den nachfolgenden 7 bis 9 nicht dargestellt. Die Messleitung 7 weist eine Vielzahl von mäanderförmigen Schleifen 10 auf. Jede Schleife 10 besteht aus zwei zueinander parallelen Hauptabschnitten 11 und zwei wesentlich kürzeren Verbindungsabschnitten 12. Jeder Verbindungsabschnitt 12 verbindet jeweils die Enden zweier benachbarter Hauptabschnitte 11 miteinander und die Schleifen 10 wiederholen sich periodisch, so dass sich insgesamt eine einzige durchgehende Messleitung 7 mit zwei Anschlüssen 13 und 14 ergibt. Die Verbindungsabschnitte 12 sind in dem dargestellten Beispiel geradlinig, doch sie könnten auch abgerundet, beispielsweise halbkreisförmig sein.A plan view of a first embodiment of a measuring line 7 and one of these covered coil 2 shows 6 , The housing 1 is in for clarity 6 as well as in the following 7 to 9 not shown. The measuring line 7 has a plurality of meandering loops 10 on. Every loop 10 consists of two mutually parallel main sections 11 and two much shorter connection sections 12 , Each connection section 12 connects the ends of two adjacent main sections 11 with each other and the loops 10 Repeat periodically, so that a total of a single continuous measuring line 7 with two connections 13 and 14 results. The connecting sections 12 are straight in the illustrated example, but they could also be rounded, for example semicircular.

Die Mäanderform der Messleitung 7 erfüllt nicht nur den Zweck, die Primärspule 2 abzudecken, sondern sie hat auch den Vorteil, dass die Induktionswirkung des von der Primärspule 2 im Betrieb erzeugten magnetischen Wechselfeldes auf die Messleitung 7 minimiert wird, indem die Mäanderschleifen 10 im Gegensatz zu den Windungen einer Spule keine Vervielfachung der induzierten Spannung verursachen. Die Induktion einer hohen Spannung in der Messleitung 7 beim Betrieb der induktiven Energieübertragung wäre nämlich unerwünscht.The meander shape of the measuring line 7 not only fulfills the purpose of the primary coil 2 but it also has the advantage that the induction effect of the primary coil 2 In operation generated magnetic alternating field on the measuring line 7 is minimized by the meandering loops 10 unlike the windings of a coil do not cause a multiplication of the induced voltage. The induction of a high voltage in the measuring line 7 in fact, the operation of the inductive energy transfer would be undesirable.

Der geringe Querschnitt der Messleitung 7, der zur Erzielung einer hohen Empfindlichkeit gegenüber einer mechanischen Belastung nötig ist, hat den positiven Nebeneffekt, dass das von der Primärspule 2 im Betrieb erzeugte magnetische Wechselfeld durch die Präsenz der Messleitung 7 nicht signifikant beeinflusst wird. Eine mögliche Realisierung der Messleitung 7 ist eine Leiterbahn, deren Träger, wie bei flexiblen Leiterplatten bekannt, durch eine dünne flexible Kunststofffolie gebildet wird. Eine solche Folie könnte in ein Gehäuse 1 aus Kunststoff bei dessen Herstellung eingebettet oder auf die Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 aufgeklebt werden. Bei einem Gehäuse 1 aus zwei Schalen, die einen Hohlraum einschließen, könnte eine solche Folie auch auf die innere Oberfläche der oberen Schale aufgeklebt werden Alternativ zu einer Kunststofffolie könnte auch die Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 oder eine innere Oberfläche des Gehäuses 1 unmittelbar als Träger einer Leiterbahn fungieren.The small cross section of the measuring line 7 , which is necessary for achieving a high sensitivity to mechanical stress, has the positive side effect that that of the primary coil 2 During operation, the alternating magnetic field generated by the presence of the measuring line 7 is not significantly affected. A possible realization of the measuring line 7 is a trace whose carrier, as known in flexible printed circuit boards, is formed by a thin flexible plastic film. Such a film could be in a housing 1 plastic embedded in its manufacture or on the top 4 the surface of the housing 1 glued on. In a case 1 from two shells that enclose a cavity, such a film could also be adhered to the inner surface of the upper shell. As an alternative to a plastic film could also be the top 4 the surface of the housing 1 or an inner surface of the housing 1 act directly as a carrier of a conductor track.

Die Spule 2 hat in 6 eine rechteckige Form, doch könnte sie ebenso gut quadratisch, oval oder kreisförmig sein. Wesentlich ist, dass die Schleifen 10 der Messleitung 7 zusammen eine in 6 gestrichelt schraffierte Fläche definieren, deren Außenkontur in der Ansichtsrichtung von 6 die Außenkontur der Spule 2, die bei einer planaren Form der Spule 2 durch deren äußerste Windung definiert wird, vollständig einschließt. Wie aus 6 ersichtlich ist, wird die Außenkontur besagter Fläche abschnittsweise unmittelbar durch Abschnitte der Messleitung 7 gebildet und alle übrigen Abschnitte der Messleitung 7 liegen innerhalb der Fläche. Die Fläche ist die kleinstmögliche zusammenhängende Fläche mit einer Außenkontur ohne konkave Abschnitte, die alle Abschnitte der Messleitung 7 abdeckt. In diesem Fall liegt eine Beschädigung 5 oder 15 des Gehäuses 1, welche potentiell die Windungen der Spule 2 betreffen könnte, stets innerhalb der durch die Schleifen 10 der Messleitung 7 abgedeckten Fläche.The sink 2 has in 6 a rectangular shape, but it could just as well be square, oval or circular. It is essential that the loops 10 the measuring line 7 together in one 6 Define dashed hatched area whose outer contour in the viewing direction of 6 the outer contour of the coil 2 that is at a planar shape of the coil 2 is defined by the outermost turn completely encloses. How out 6 can be seen, the outer contour of said surface is in sections directly through sections of the measuring line 7 formed and all other sections of the measuring line 7 lie within the area. The area is the smallest possible contiguous area with an outer contour without concave sections covering all sections of the measuring line 7 covers. In this case there is damage 5 or 15 of the housing 1 which potentially turns the coil 2 could always be within the loop 10 the measuring line 7 covered area.

Zur Detektion einer Beschädigung 5 oder 15 anhand des elektrischen Widerstandes der Messleitung 7 sind deren Anschlüsse 13 und 14 mit einer Messeinrichtung 16 verbunden. Diese misst den elektrischen Widerstand der Messleitung 7 und gibt den Messwert des Widerstandes bzw. ein Signal, das eine Überschreitung des Messbereiches anzeigt, an eine Auswertungseinrichtung 17 ab. Wenn der Messbereich der Messeinrichtung 16 überschritten ist, so bedeutet dies, dass die Messleitung 7 unterbrochen ist.For detection of damage 5 or 15 based on the electrical resistance of the measuring line 7 are their connections 13 and 14 with a measuring device 16 connected. This measures the electrical resistance of the test lead 7 and outputs the measured value of the resistor or a signal indicating an exceeding of the measuring range to an evaluation device 17 from. If the measuring range of the measuring device 16 is exceeded, it means that the measuring line 7 is interrupted.

Falls ein endlicher Widerstandswert gemessen wird, der weit über dem normalen Wertebereich liegt, deutet dies zumindest auf eine Beschädigung der Messleitung 7 und damit auch des Gehäuses 1 hin. Zur Feststellung dieser Situation weist die Auswertungseinrichtung 17 eine Vergleichseinrichtung auf, welche den erhaltenen Messwert mit einem Schwellwert vergleicht und bei einer Überschreitung dieses Schwellwertes auf das Vorliegen einer Beschädigung 5 entscheidet. Der Schwellwert muss kein vorab festgelegter Wert sein, sondern es kann auch bei unversehrtem Gehäuse 1 ein Referenzwert des Widerstandes der Messleitung 7 gemessen werden. Der Schwellwert kann dann auf ein bestimmtes Vielfaches dieses Referenzwertes festgesetzt und in einem Speicher abgelegt werden.If a finite resistance value is measured, which is well above the normal value range, this indicates at least damage to the test lead 7 and thus also the case 1 out. To determine this situation, the evaluation device 17 a comparison device which compares the measured value obtained with a threshold value and when this threshold value is exceeded, the presence of a damage 5 decides. The threshold value does not have to be a predetermined value, but it can also be used with an intact case 1 a reference value of the resistance of the measuring line 7 be measured. The threshold value can then be set to a specific multiple of this reference value and stored in a memory.

Die Auswertungseinrichtung 17 ist mit einer Anzeigeeinrichtung 18 verbunden, die bei Erkennung einer Beschädigung 5 ein Aktivierungssignal erhält und daraufhin ein optisches und/oder akustisches Warnsignal abgibt. Die Auswertungseinrichtung kann auch mit einer Steuereinheit, welche eine Stromversorgungseinheit der Primärspule steuert, verbunden sein, um eine Deaktivierung der Stromversorgungseinrichtung durch die Steuereinrichtung auszulösen, wenn eine Beschädigung 5 erkannt wurde. Des Weiteren kann in diesem Fall auch eine Nachricht an eine übergeordnete Stelle gesendet werden, die eine Überprüfung und ggf. eine Reparatur der Beschädigung veranlassen kann.The evaluation device 17 is with a display device 18 connected to the detection of damage 5 receives an activation signal and then emits an optical and / or audible warning signal. The evaluation device can also be connected to a control unit, which controls a power supply unit of the primary coil, in order to trigger a deactivation of the power supply device by the control device, if a damage 5 was detected. Furthermore, in this case, a message can also be sent to a higher-level body, which can initiate a check and possibly a repair of the damage.

Wie aus 6 ersichtlich ist, hängt die Erkennung einer Beschädigung bei einer Mäanderform der Messleitung 7 nicht nur davon ab, wie groß die betroffene Fläche ist, sondern auch davon, welche genaue Form die Beschädigung hat. So sind zwar die von den beiden in 6 schematisch dargestellten Beschädigungen 5 und 15 betroffenen Flächen annähernd gleich groß und von gleicher Form, doch würde anhand des Widerstandes der Messleitung 7 nur die Beschädigung 5 erkannt, da sich nur diese aufgrund ihrer Lage auch über Abschnitte der Messleitung 7 hinweg erstreckt. Die Beschädigung 15, welche sich unmittelbar über einer Windung der Spule 2 befindet, wäre hingegen anhand der Messleitung 7 nicht erkennbar, da sie genau zwischen zwei Hauptabschnitten 11 liegt und auch den nächstgelegenen Verbindungsabschnitt 12 nicht erreicht.How out 6 it can be seen, the detection of damage in a meandering shape of the measuring line depends 7 Not only the size of the affected area, but also the exact shape of the damage. So while the two are in 6 schematically illustrated damage 5 and 15 affected areas of approximately equal size and of the same shape, but would be based on the resistance of the measuring line 7 only the damage 5 detected, since only these due to their location on sections of the measuring line 7 extends. The damage 15 which are located immediately above a turn of the coil 2 would, however, would be based on the measuring line 7 not recognizable, since they are exactly between two main sections 11 lies and also the nearest connection section 12 not reached.

Beschädigungen 5 oder 15 von länglicher Form sind als typisch anzunehmen, da sie dann entstehen, wenn ein sich annähernd geradlinig bewegender harter Gegenstand an der Oberseite 4 der Oberfläche eines Gehäuses 1 einer Spule 2 entlangschrammt und dabei partiell in das Gehäuse 1 eindringt. Wenn eine Form der Messleitung 7 gemäß 6 verwendet wird, ist es zweckmäßig die Hauptabschnitte 11 der Schleifen 10 quer zur Fahrtrichtung anzuordnen, in der ein Elektrofahrzeug über die Primärspule einer Ladestation fährt, weil an beiden Spulen in erster Linie längliche Beschädigungen zu befürchten sind, bei denen die Längsrichtung der Fahrtrichtung entspricht.damage 5 or 15 of elongated shape are to be taken as typical, since they arise when an approximately rectilinear moving hard object at the top 4 the surface of a housing 1 a coil 2 along the edges and partially into the housing 1 penetrates. If a shape of the measuring line 7 according to 6 is used, it is expedient the main sections 11 the loops 10 transverse to the direction of travel, in which an electric vehicle drives over the primary coil of a charging station, because at both coils elongated damage to be feared in the first place, in which the longitudinal direction corresponds to the direction of travel.

Die Zuverlässigkeit der Erkennung von Beschädigungen 5 oder 15 kann verbessert werden, indem man gemäß der in 7 gezeigten Ausführungsform zwei voneinander separate, vertikal übereinander liegende mäanderförmige Messleitungen 7A und 7B mit Schleifen 10A bzw. 10B vorsieht, deren jeweilige Hauptabschnitte 11A und 11B orthogonal zueinander angeordnet sind, wobei sich die Lage der beiden Messleitungen 7A und 7B vertikal übereinander auf die Längsschnittansicht der 1 bis 5 bezieht. Der vertikale Abstand zwischen den beiden Messleitungen 7A und 7B ist hierbei sehr gering. So könnte beispielsweise bei einer Realisierung in Form von Leiterbahnen auf einer dünnen flexiblen Kunststofffolie auf jeder Seite einer solchen Folie genau eine der beiden Messleitungen 7A und 7B angeordnet werden, wodurch sich ein zweilagiger Aufbau mit geringem vertikalen Abstand ergibt.The reliability of detection of damage 5 or 15 can be improved by following the procedure given in 7 embodiment shown two mutually separate, vertically superimposed meandering measuring lines 7A and 7B with loops 10A respectively. 10B provides, their respective main sections 11A and 11B are orthogonal to each other, with the location of the two test leads 7A and 7B vertically superimposed on the longitudinal section of the 1 to 5 refers. The vertical distance between the two test leads 7A and 7B this is very low. For example, in the case of a realization in the form of printed conductors on a thin flexible plastic film on each side of such a film, exactly one of the two measuring lines could 7A and 7B can be arranged, resulting in a two-layer construction with a small vertical distance.

In dem in 7. gezeigten Fall sind Hauptabschnitte 11B der zweiten Messleitung 7B von der zweiten Beschädigung 15 betroffen, so dass auch diese erkannt werden kann. Die von den Messleitungen 7A und 7B insgesamt abgedeckte Fläche ist auch hier wie in den weiteren 8 und 9 durch eine gestrichelte Schraffur gekennzeichnet. Für jede der beiden Messleitungen 7A und 7B ist eine eigene Messeinrichtung 16A bzw. 16B vorgesehen, die jeweils mit einer gemeinsamen Auswertungseinheit 17 verbunden ist, die hierzu zwei Eingänge aufweist. Diese verarbeitet beide Messwerte in gleicher Weise wie den einzigen Messwert bei der Ausführungsform nach 6 und steuert ggf. eine Anzeigeeinrichtung 18 an, wenn mindestens einer der beiden Messwerte auf eine Unterbrechung oder zumindest Beschädigung der jeweiligen Messleitung 7A oder 7B hindeutet.In the in 7 , the case shown are major sections 11B the second measuring line 7B from the second damage 15 affected, so that these can be detected. The from the test leads 7A and 7B total covered area is here as in the other 8th and 9 indicated by a dashed hatching. For each of the two test leads 7A and 7B is a separate measuring device 16A respectively. 16B provided, each with a common evaluation unit 17 is connected, which has two inputs for this purpose. It processes both measured values in the same way as the single measured value in the embodiment 6 and optionally controls a display device 18 if at least one of the two measured values indicates an interruption or at least damage to the respective measuring line 7A or 7B suggesting.

Es versteht sich, dass auch mit zwei Messleitungen 7A und 7B nicht beliebig kleine Beschädigungen detektierbar sind, sondern eine Beschädigung 5 oder 15 muss eine durch die Abstände zweier benachbarter Hauptabschnitte einer Schleife 10A bzw. 10B definierte Mindestausdehnung quer zu den jeweiligen Hauptabschnitten 11A bzw. 11B haben, damit sich die Beschädigung 5 oder 15 unabhängig von ihrer genauen Lage relativ zu den Messleitungen 7A und 7B über mindestens eine der Messleitungen 7A oder 7B erstreckt. Der Abstand der Hauptabschnitte 11A bzw. 11B der Schleifen 10A bzw. 10B muss an die Minimalgröße einer zu erfassenden Beschädigung 5 oder 15 entsprechend angepasst werden.It is understood that even with two test leads 7A and 7B not arbitrarily small damage can be detected, but damage 5 or 15 must be one by the distances of two adjacent main sections of a loop 10A respectively. 10B defined minimum extent transverse to the respective main sections 11A respectively. 11B have, so that the damage 5 or 15 regardless of their exact location relative to the test leads 7A and 7B via at least one of the test leads 7A or 7B extends. The distance of the main sections 11A respectively. 11B the loops 10A respectively. 10B must match the minimum size of damage to be detected 5 or 15 be adjusted accordingly.

Eine gegenüber 7 etwas vereinfachte Ausführungsform der Erfindung mit nur einer einzigen Messleitung 107 zeigt 8. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach 7 dadurch, dass die beiden dortigen Messleitungen 7A und 7B mit zueinander orthogonalen Hauptabschnitten 11A bzw. 11B der Schleifen 10A bzw. 10B intern in Reihe geschaltet sind, indem die Anschlüsse 13A und 14B von 7 miteinander verbunden sind. Hierdurch wird nur noch eine einzige Messeinrichtung 116 benötigt. Die mit dieser verbundenen Anschlüsse 113 und 114 der einzigen Messleitung 107 entsprechen den Anschlüssen 13B und 14A der Ausführungsform nach 7. Die Messeinrichtung 116 ist auch hier mit einer Auswertungseinrichtung 117 und diese mit einer Anzeigeeinrichtung 118 verbunden. Auch diese Ausführungsform vermag beide in 8 dargestellten Beschädigungen 5 und 15, welche den Beschädigungen mit den gleichen Nummern bei den anderen dargestellten Ausführungsformen entsprechen, zu detektieren.One opposite 7 somewhat simplified embodiment of the invention with only a single measuring line 107 shows 8th , This embodiment differs from that 7 in that the two local test leads 7A and 7B with mutually orthogonal main sections 11A respectively. 11B the loops 10A respectively. 10B are internally connected in series by connecting the connectors 13A and 14B from 7 connected to each other. As a result, only a single measuring device 116 needed. The connections connected with this 113 and 114 the only measuring line 107 correspond to the connections 13B and 14A the embodiment according to 7 , The measuring device 116 is also here with an evaluation device 117 and these with a display device 118 connected. This embodiment is capable of both in 8th damage shown 5 and 15 which correspond to the damages having the same numbers in the other illustrated embodiments.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit nur einer einzigen Messleitung 207 zeigt 9. Die Messleitung 207 hat in diesem Fall die Form einer Doppelspirale, die sich aus zwei überkreuzungsfrei ineinander liegenden, an einem gemeinsamen Zentrum Z miteinander verbundenen Spiralen 207A und 207B zusammensetzt. An die Messleitung 207 ist analog zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform nach 8 eine Messeinrichtung 216 angeschlossen, die ist mit einer Auswertungseinrichtung 117 verbunden ist. Die Auswertungseinrichtung 217 ist auch hier mit einer Anzeigeeinrichtung 118 verbunden.Another embodiment of the invention with only a single measuring line 207 shows 9 , The measuring line 207 In this case, it has the shape of a double spiral, consisting of two spirals, one inside the other, crossed over each other without crossover 207A and 207B composed. To the measuring line 207 is analogous to the embodiment described above 8th a measuring device 216 connected, which is with an evaluation device 117 connected is. The evaluation device 217 is also here with a display device 118 connected.

Bei der in 9 beispielhaft angenommenen quadratischen Grundform der Doppelspirale besteht ebenso wie bei der Ausführungsform von 6 der Nachteil, dass die Erkennung einer Beschädigung 5 oder 15 bei annähernd gleicher Form und Größe von deren Lage bezüglich des Verlaufes der Messleitung 207 abhängt. So würde bei der in 9 dargestellten Situation nur die Beschädigung 5 und nicht die Beschädigung 15 erkannt, weil letztere eine Längsrichtung hat, die der Richtung der Messleitung 207 entspricht und sie genau in einem Zwischenraum zwischen der ersten Spirale 207A und der zweiten Spirale 207B liegt. Bei einer kreisrunden Grundform der beiden Spiralen 207A und 207B wäre die Wahrscheinlichkeit höher, dass beide Beschädigungen 5 und 15 erkannt werden.At the in 9 assumed square basic shape of the double spiral as well as in the embodiment of 6 the disadvantage of detecting a damage 5 or 15 at approximately the same shape and size of their position with respect to the course of the measuring line 207 depends. So would at the in 9 shown situation only the damage 5 and not the damage 15 detected, because the latter has a longitudinal direction, that of the direction of the measuring line 207 matches and they are exactly in a space between the first spiral 207A and the second spiral 207B lies. For a circular basic shape of the two spirals 207A and 207B the likelihood would be higher that both damage 5 and 15 be recognized.

Abschließend ist in 10 ein unzulässiger Zustand der Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 der Primärspule 2 dargestellt, der darin besteht, dass ein leitfähiger Gegenstand 19 auf ihr liegt. Bei einer Bestromung der Primärspule 2 werden in dem Gegenstand 19 Wirbelströme induziert, die zu einer Erhitzung des Gegenstandes und des Gehäuses 1 in dem Bereich um den Gegenstand 19 führt. Von dem erhitzten Gegenstand, der schlimmstenfalls bis zum Glühen gebracht werden kann, geht die Gefahr der der Verletzung von Personen durch Verbrennungen und der Auslösung eines Brandes aus. Ferner kann die Erhitzung das Gehäuse 1 beschädigen, indem dieses erweicht und der Gegenstand 19 in seine Oberfläche eindringt. Erreicht er dabei die Spule 2, dann kann er Windungen kurzschließen und/oder eine leitfähige Verbindung vom Leiter der Spule 2 zur Umgebung herstellen und damit auch zu einer elektrischen Gefahrenquelle werden.Finally, in 10 an invalid condition of the top 4 the surface of the housing 1 the primary coil 2 represented, which is that a conductive object 19 lies on it. When energizing the primary coil 2 be in the subject 19 Eddy currents induced, resulting in heating of the object and the housing 1 in the area around the object 19 leads. From the heated object, which at worst can be made to glow, there is a risk of injury to persons from burns and the initiation of a fire. Furthermore, the heating may be the case 1 Damage by this softens and the object 19 penetrates into its surface. He reaches the coil 2 , then it can short-circuit turns and / or a conductive connection from the conductor of the coil 2 produce to the environment and thus become an electrical hazard.

Die Präsenz eines solchen leitfähigen Fremdkörpers 19 kann ebenfalls mittels einer Messleitung 7 der zuvor erläuterten Art detektiert werden, allerdings nur bei einer Bestromung der Primärspule 2. Durch die Erhitzung des Fremdkörpers 19 kommt es dann nämlich zu einer abnormalen Erwärmung des Gehäuses 1 und damit auch der im Bereich des Fremdkörpers 19 liegenden Schleifen 9 der Messleitung 7, die in 10 wie die beschädigten Schleifen in 5 schwarz gekennzeichnet sind. Diese Erwärmung führt aufgrund der Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes des Leitermaterials der Messleitung 7 zu einer Erhöhung des Widerstandes der Messleitung 7 in dem von der Erwärmung betroffenen Bereich und damit auch insgesamt zu einer Erhöhung des Widerstandes der Messleitung 7.The presence of such a conductive foreign body 19 can also by means of a measuring line 7 of the previously explained type are detected, but only with a current supply of the primary coil 2 , By heating the foreign body 19 is it then namely an abnormal heating of the housing 1 and thus also in the area of the foreign body 19 lying loops 9 the measuring line 7 , in the 10 like the damaged loops in 5 are marked black. This heating leads due to the temperature dependence of the resistivity of the conductor material of the measuring line 7 to an increase of the resistance of the measuring line 7 in the area affected by the heating and thus also overall an increase in the resistance of the measuring line 7 ,

Anhand der bekannten Widerstands-Temperaturkennlinie der Messleitung 7 kann diese Widerstandserhöhung in eine mittlere Temperaturerhöhung der Messleitung 7 umgerechnet werden. Überschreitet diese mittlere Temperaturerhöhung eine vorgegebene Schwelle, so ist dies ein Indiz für das Vorhandensein eines erhitzten leitfähigen Fremdkörpers 19. Die Detektion eines solchen Fremdkörpers 19 durch die Auswertungseinrichtung 17 kann also analog zur Detektion einer partiellen mechanischen Beschädigung der Messleitung 7 anhand eines Schwellwertvergleichs des gemessenen Widerstandes erfolgen. Hierbei ist der Schwellwert für eine unzulässige Erwärmung wesentlich niedriger anzusetzen als der Schwellwert für eine partielle mechanische Beschädigung der Messleitung 7, da die Temperaturkoeffizienten üblicher Leitermaterialien wie Kupfer, die für die Messleitung 7 in Frage kommen, nicht allzu groß sind und in der Regel auch nur ein Teil der Messleitung 7 von der Erwärmung betroffen ist.Based on the known resistance-temperature characteristic of the measuring line 7 This increase in resistance can result in an average increase in the temperature of the measuring line 7 be converted. If this average temperature increase exceeds a predetermined threshold, this is an indication of the presence of a heated conductive foreign body 19 , The detection of such a foreign body 19 through the evaluation device 17 can therefore analogously to the detection of a partial mechanical damage of the measuring line 7 based on a threshold comparison of the measured resistance. Here, the threshold value for an impermissible heating is to be set much lower than the threshold value for a partial mechanical damage of the measuring line 7 because the temperature coefficients of common conductor materials, such as copper, for the measuring line 7 in question, are not too big and usually only a part of the measuring line 7 is affected by the warming.

Während die erfindungsgemäße Überwachung der mechanischen Integrität des Gehäuses 1 mittels der Messleitung 7 bereits vor einer Inbetriebnahme der induktiven Energieübertragung erfolgt und während des Übertragungsbetriebs unterbleiben kann, da in diesem Zeitraum keine mechanische Beschädigung zu befürchten ist, muss die Temperaturüberwachung gerade während des Übertragungsbetriebs erfolgen. Da die Messleitung 7 auch bei einer Mäanderform wie in 6 eine nicht verschwindende Gegeninduktivität bezüglich der Spule 2 hat, wird in ihr während des Übertragungsbetriebs eine Spannung induziert, was mit einer gleichzeitigen Widerstandsmessung durch ein Ohmmeter nicht vereinbar ist. Daher muss für eine solche Art der Widerstandsmessung die Bestromung der Spule 2 kurzzeitig unterbrochen werden.While monitoring the mechanical integrity of the housing according to the invention 1 by means of the measuring line 7 already occurs before commissioning of the inductive energy transfer and can be omitted during the transfer operation, since no mechanical damage is to be feared in this period, the temperature monitoring must be done just during the transmission operation. Because the measuring line 7 even with a meandering shape like in 6 a non-vanishing mutual inductance with respect to the coil 2 has a voltage is induced in it during the transmission operation, which is incompatible with a simultaneous resistance measurement by an ohmmeter. Therefore, for such a kind of resistance measurement, the energization of the coil 2 be interrupted for a short time.

Die Temperaturüberwachung durch Widerstandsmessung kann aber auch während des laufenden Übertragungsbetriebs erfolgen, indem die Messeinrichtung 16 statt als Ohmmeter abwechselnd als Voltmeter und als Amperemeter betrieben wird. Aus der induzierten Leerlaufspannung und dem induzierten Kurzschlussstrom kann dann durch die Auswertungseinrichtung der ohmsche Widerstand der Messleitung 7 berechnet werden. Nötigenfalls kann auch ein in den Figuren nicht dargestellter Serienwiderstand mit bekanntem Wert in den durch die Messleitung 7 und die Messeinrichtung 16 gebildeten Stromkreis geschaltet werden, um den Kurzschlussfall zu vermeiden und den induzierten Strom auf einen bestimmten Bereich zu begrenzen.The temperature monitoring by resistance measurement can also be done during the current transmission operation by the measuring device 16 instead of being operated as an ohmmeter alternately as a voltmeter and as an ammeter. From the induced no-load voltage and the induced short-circuit current can then be determined by the evaluation device of the ohmic resistance of the measuring line 7 be calculated. If necessary, a series resistor of known value, not shown in the figures, can also be inserted through the measuring line 7 and the measuring device 16 circuit are formed in order to avoid the short circuit case and to limit the induced current to a certain range.

Schwankungen der Umgebungstemperatur können berücksichtigt werden, indem ein vor Beginn der Energieübertragung insbesondere zur Überwachung der mechanischen Integrität des Gehäuses 1 gemessener Widerstandswert der Messleitung 7 als Referenzwert in einem Speicher der Auswertungseinrichtung 17 gespeichert wird. Durch die Bestimmung dieses Referenzwertes kann auch die Streuung des Widerstandes zwischen verschiedenen Exemplaren der Messleitung 7 als Fehlerquelle eliminiert werden. Bei Bedarf kann auch eine Erwärmung des Gehäuses 1 durch die bei der induktiven Übertragung primärseitig auftretenden Verluste durch eine Kalibrierung ohne Vorhandensein eines leitfähigen Fremdkörpers 19 berücksichtigt werden, indem die sich in diesem Fall einstellende Widerstandserhöhung der Messleitung 7 gegenüber einem zuvor gemessenen Referenzwert gemessen, zu diesem Referenzwert hinzuaddiert und die Summe als neuer Referenzwert in dem Speicher der Auswertungseinrichtung 17 gespeichert wird.Fluctuations in ambient temperature can be taken into account before starting the energy transfer, in particular to monitor the mechanical integrity of the housing 1 measured resistance value of the measuring line 7 as a reference value in a memory of the evaluation device 17 is stored. By determining this reference value, the scattering of the resistance between different copies of the measuring line can also be determined 7 be eliminated as a source of error. If necessary can also be a heating of the housing 1 due to the losses occurring on the primary side during inductive transmission due to a calibration without the presence of a conductive foreign body 19 be taken into account by the in this case adjusting resistance increase of the measuring line 7 measured against a previously measured reference value, added to this reference value and the sum as a new reference value in the memory of the evaluation device 17 is stored.

Um bei der Fremdkörperdetektion eventuelle Variationen der Messwerte im Betrieb der induktiven Energieübertragung durch die Sekundärseite zu vermeiden, kann die Messung auch ohne Vorhandensein einer Sekundärseite durchgeführt werden, beispielsweise bei unbenutzter Ladestation periodisch in bestimmten Zeitintervallen, oder wenn die Annäherung eines Elektrofahrzeugs an eine Ladestation detektiert wird, das Fahrzeug die Ladestation aber noch nicht erreicht hat, oder zumindest solange sich die Sekundärspule noch im Leerlauf befindet und trotz einer Bestromung der Primärspule 2 noch keine signifikanter Leistungsfluss zur Sekundärseite stattfindet.In order to avoid possible variations of the measured values in the operation of the inductive energy transmission through the secondary side in the foreign body detection, the measurement can also be performed without the presence of a secondary side, for example when unused charging station periodically at certain time intervals, or when the approach of an electric vehicle to a charging station is detected , the vehicle, the charging station but has not yet reached, or at least as long as the secondary coil is still idle and despite energization of the primary coil 2 no significant power flow to the secondary side takes place yet.

Wenn die durch erfindungsgemäße Überwachung des Gehäuses 1 weder eine Beschädigung 5 oder 15, noch ein leitfähiger Fremdkörper 19 detektiert wurde, kann die Messleitung 7 für die Dauer der induktiven Energieübertragung deaktiviert werden, da während der Präsenz einer Sekundärspule unmittelbar über der Primärspule 2 zumindest keine Beschädigung einer der beiden Spulen zu befürchten ist und auch der Eintritt eines leitfähigen Fremdkörpers 19 in den Spalt zwischen ihnen äußerst unwahrscheinlich ist. Für eine solche Deaktivierung kann zwischen der Messeinrichtung 16 und zumindest einem Anschluss 13 oder 14 der Messleitung 7 ein in den Figuren nicht dargestellter Schalter vorgesehen sein, durch den der Messstromkreis aufgetrennt oder die Messeinrichtung 16 ganz von der Messleitung 7 abgetrennt werden kann.If by the inventive monitoring of the housing 1 neither damage 5 or 15 , another conductive foreign body 19 was detected, the measuring line 7 be disabled for the duration of the inductive energy transfer, since during the presence of a secondary coil immediately above the primary coil 2 at least no damage to one of the two coils is to be feared and also the entry of a conductive foreign body 19 in the gap between them is extremely unlikely. For such deactivation may be between the measuring device 16 and at least one connection 13 or 14 the measuring line 7 a switch, not shown in the figures, may be provided through which the measuring circuit is disconnected or the measuring device 16 completely from the measuring line 7 can be separated.

Ein Ausgang der Auswertungseinrichtung 17 ist mit einer in den Figuren nicht dargestellten Steuereinheit, welche eine Stromversorgungseinheit der Primärspule 2 steuert, verbunden, um eine Deaktivierung der Stromversorgungseinrichtung durch die Steuereinheit auszulösen, wenn das Vorhandensein eines leitfähigen Fremdkörpers 19 erkannt wurde. Wenn vor Beginn eines Übertragungsvorgangs bereits eine mechanische Beschädigung des Gehäuses der Primärspule 2 erkannt wurde, dann unterbleibt eine Bestromung der Primärspule 2 von vornherein. Letzteres gilt sinngemäß auch für eine Sekundärspule. Wenn an einer solchen eine mechanische Beschädigung detektiert wird, wird ein entsprechendes Warnsignal an eine Steuereinheit des Elektrofahrzeugs abgegeben, welche dann den Beginn eines Ladevorgangs unterbindet.An output of the evaluation device 17 is with a control unit, not shown in the figures, which is a power supply unit of the primary coil 2 controls, connected to trigger a deactivation of the power supply device by the control unit, if the presence of a conductive foreign body 19 was detected. If before the beginning of a transfer process already mechanical damage to the housing of the primary coil 2 was detected, then omits an energization of the primary coil 2 from the beginning. The latter also applies mutatis mutandis to a secondary coil. If a mechanical damage is detected at such a, a corresponding warning signal is delivered to a control unit of the electric vehicle, which then prevents the beginning of a charging process.

Bei der vorausgehenden Beschreibung der Fremdkörperdetektion durch Temperaturmessung anhand des elektrischen Widerstandes einer Messleitung wurde zwar auf die erste Ausführungsform der Erfindung gemäß 6 mit der Messleitung 7 und den Mess- und Auswertungseinrichtungen 16 und 17 Bezug genommen. Es versteht sich aber, dass die anderen Ausführungsformen gemäß den 7 bis 9 hierzu ebenso gut geeignet sind.In the preceding description of the foreign body detection by temperature measurement based on the electrical resistance of a measuring line was indeed on the first embodiment of the invention according to 6 with the measuring line 7 and the measuring and evaluation equipment 16 and 17 Referenced. It is understood, however, that the other embodiments according to the 7 to 9 are equally well suited for this purpose.

Die Fremdkörperdetektion ist zwar insbesondere bei der Primärspule 2 einer Ladestation von Interesse, da hier ein Fremdkörper 19 leichter auf die Oberseite 4 der Oberfläche des Gehäuses 1 gelangen kann, doch kann die erfindungsgemäße Fremdkörperdetektion ebenso wie die erfindungsgemäße Überwachung der mechanischen Integrität auch bei einer an der Unterseite eines Elektrofahrzeugs angeordneten Sekundärspule angewandt werden, da auch dort ein Fremdkörper anhaften könnte. Hierzu muss lediglich die Sekundärspule kurzzeitig aus der Batterie des Fahrzeugs bestromt werden.The foreign body detection is in particular in the primary coil 2 a charging station of interest, since this is a foreign body 19 lighter on the top 4 the surface of the housing 1 However, the foreign body detection according to the invention as well as the monitoring of the mechanical integrity according to the invention can also be applied to a secondary coil arranged on the underside of an electric vehicle, since a foreign body could also adhere there. For this purpose, only the secondary coil must be briefly energized from the battery of the vehicle.

Obgleich in der vorausgehenden Beschreibung angenommen wurde, dass die Primärspule einer Ladestation am Boden eines Fahrzeugabstellplatzes und die Sekundärspule an der Unterseite eines Elektrofahrzeugs angeordnet ist, kann die Erfindung jederzeit auch auf andere Anordnungen, bei denen die beschädigungsgefährdete Oberflächenseite 4 beispielsweise eine vertikale Lage hat, angewendet werden.Although in the foregoing description it has been assumed that the primary coil of a charging station is located at the bottom of a vehicle parking space and the secondary coil is located at the bottom of an electric vehicle, the invention may at any time also apply to other arrangements in which the surface side liable to be damaged 4 For example, a vertical position has to be applied.

Claims

Device for condition monitoring of the housing ( 1 ) a primary or secondary coil of a device for the inductive transmission of electrical energy from a stationary unit to a vehicle adjacent thereto, characterized in that in or on the housing ( 1 ) between that surface side ( 4 ), which faces in the transfer operation of the other coil, and in the housing ( 1 ) located coil ( 2 ) at least one measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ), which has a plurality of loops ( 10 ; 10A . 10B ), which together form one between said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ) and the coil ( 2 ) whose outer contour in the projection on said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ) the outer contour of the coil ( 2 ) surrounds the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) with an electrical measuring device ( 16 ; 16A . 16B ; 116 ; 216 ) connected to at least one of the electrical resistance of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) dependent measured value, and that the measuring device ( 16 ; 16A . 16B ; 116 ; 216 ) with an evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) connected to that of the measuring device ( 16 ; 16A . 16B ; 116 ; 216 ) derives at least one signal indicative of a condition of said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the outer contour of the through the loops ( 10 ; 10A . 10B ) of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) defined area directly by sections of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) is formed, that all other sections of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) are within this area, and that the area is the smallest possible contiguous area with an outer contour without concave sections, which covers all sections of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) covers.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ) runs in a meandering manner and in each case has a multiplicity of mutually parallel main sections ( 11 ; 11A . 11B ) and shorter links ( 12 ), wherein a connecting portion ( 12 ) each end of two adjacent main sections ( 11 ; 11A . 11B ) and at a current flow through the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ) the current directions in adjacent main sections ( 11 ; 11A . 11B ) are opposite to each other.

Apparatus according to claim 3, characterized in that two separate and between the coil ( 2 ) and said surface side ( 4 ) superimposed measuring lines ( 7A ; 7B ) with two external connections ( 13A . 14A ; 13B . 14B ) whose main sections ( 11A ; 11B ) are perpendicular to each other.

Apparatus according to claim 3, characterized in that a single measuring line ( 107 ) with two external connections ( 113 . 114 ) is provided, consisting of two between the coil ( 2 ) and said surface side ( 4 ) superimposed, series-connected sub-lines ( 7A ; 7B ) whose respective main sections ( 11A ; 11B ) are perpendicular to each other.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring line ( 207 ) has the shape of a double spiral consisting of two partial spirals ( 207A ; 207B ), which lie in one another in such a way that there is no crossover, that a partial spiral ( 207A ) from one outer edge to a common center (Z) and the other part spiral ( 207B ) from this center (Z) back to the outer edge.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) is formed by a conductor track directly on a surface of the housing ( 1 ) or whose carrier is a flexible plastic film which is inserted into the housing ( 1 embedded) or on a surface of the housing ( 1 ) is glued.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) derives a binary signal based on a comparison of the detected measured value with a threshold value, which determines the mechanical integrity of said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ).

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) based on the measured value and the temperature characteristic of the electrical resistance of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ; 207 ) derives a signal which causes a temperature increase of the surface ( 4 ) of the housing ( 1 ) during operation of the inductive energy transmission.

Apparatus according to claim 9, characterized in that the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) has a memory in which a without energizing the coil ( 2 ) measured reference value of the resistance of the measuring line ( 7 ; 7A . 7B ; 107 ) and that the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) derives the temperature increase indicative signal from the difference between the detected measured value and the reference value.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) deriving from the temperature indicative signal, based on a comparison with a threshold, a binary signal indicating the presence of a conductive foreign body ( 19 ) on said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ).

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that an output of the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) with a display device ( 18 ; 118 ; 218 ) and that a signal output at this output indicates an impermissible state of said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ) and the output of a warning signal by the display device ( 18 ; 118 ; 218 ) triggers.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that an output of the evaluation device ( 17 ; 117 ; 217 ) having a control unit which has a power supply unit of the primary coil ( 2 ) is connected, and that a signal output at this output is an impermissible state of said surface side ( 4 ) of the housing ( 1 ) and triggers a deactivation of the power supply device by the control unit.