DE102019203527A1 - Device for inductive energy transmission for a truck - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (12) zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Traktions-Batterie (10) und einem Elektromotor (8) eines Lastzuges (2) mit einem Lastkraftwagen (4) und mit einem Anhänger (6), wobei der Lastkraftwagen (4) die Traktions-Batterie (10) oder den Elektromotor (8) aufweist. Die Vorrichtung weist eine Anhängerkupplung (18) mit einem Kupplungsbolzen (22) sowie mit einer ersten Transformatorwicklung (24), und eine Anhängerdeichsel (14) mit einer Zugöse (20) für den Kupplungsbolzen (22), sowie mit einer in die Anhängerdeichsel (14) integrierte zweite Transformatorwicklung (26) auf, wobei die Zugöse (20) von der zweiten Transformatorwicklung (26) umwickelt ist, und wobei der Kupplungsbolzen (22) einen ersten ferromagnetischen Kern für die zweite Transformatorwicklung (26) bildet, wenn dieser in der Zugöse (20) aufgenommen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen solchen Lastzug (2), einen Lastkraftwagen (4) und einen Anhänger (6).The invention relates to a device (12) for inductive energy transmission between a traction battery (10) and an electric motor (8) of a truck (2) with a truck (4) and with a trailer (6), the truck (4) the traction battery (10) or the electric motor (8). The device has a trailer coupling (18) with a coupling pin (22) and a first transformer winding (24), and a trailer drawbar (14) with a towing eye (20) for the coupling pin (22) and one in the trailer drawbar (14) ) integrated second transformer winding (26), wherein the towing eye (20) is wrapped by the second transformer winding (26), and wherein the coupling bolt (22) forms a first ferromagnetic core for the second transformer winding (26) when it is in the towing eye (20) is included. The invention also relates to such a truck (2), a truck (4) and a trailer (6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Traktions-Batterie und einem Elektromotor eines Lastzugs mit einem Lastkraftwagen und mit einem Anhänger, wobei der Lastkraftwagen die Traktions-Batterie oder den Elektromotor aufweist.The invention relates to a device for inductive energy transmission between a traction battery and an electric motor of a truck with a truck and with a trailer, the truck having the traction battery or the electric motor.
Ein Lastzug ist ein Gespann mit einem Lastkraftwagen und mit einem Anhänger für den Lastkraftwagen. Zur mechanischen Kopplung des Lastkraftwagens mit dem Anhänger ist am Lastkraftwagen typischerweise eine Anhängerkupplung mit einem Kupplungsbolzen angebracht, welcher in eine als Zugöse bezeichnete Aufnahme einer Anhängerdeichsel des Anhängers aufgenommen wird.A truck trailer is a combination of a truck and a trailer for the truck. For the mechanical coupling of the truck to the trailer, a trailer coupling with a coupling pin is typically attached to the truck, which is received in a receptacle, called a towing eye, of a trailer drawbar of the trailer.
Ein elektromotorisch angetriebener Lastzug weist eine Traktions-Batterie auf, welche die zum Antrieb des Lastzugs notwendige elektrische Energie für einen Elektromotor bereitstellt. Hierbei können beispielsweise der Anhänger die Traktions-Batterie und der Lastkraftwagen den Elektromotor aufweisen oder umgekehrt. Es ist also notwendig die zum Betrieb des Elektromotors, und somit zum Antrieb des Lastzugs, notwendige elektrische Energie vom Anhänger zum Lastzug zu übertragen.A truck-trailer combination driven by an electric motor has a traction battery which provides the electrical energy required to drive the truck-trailer combination for an electric motor. Here, for example, the trailer can have the traction battery and the truck the electric motor or vice versa. It is therefore necessary to transfer the electrical energy required to operate the electric motor, and thus to drive the truck, from the trailer to the truck.
Für eine Übertagung der elektrischen Energie zum Antrieb des Lastzugs mittels eines Stromkabels müsste dieses einen vergleichsweise großen Querschnitt und damit einhergehend ein vergleichsweise großes Eigengewicht aufweisen. Des Weiteren würde auf ein solches Stromkabel bei einer Relativbewegung des Anhängers und des Lastkraftwagens, beispielsweise im Zuge einer Lenkbewegung, eine entsprechende Zugbelastung wirken. Aufgrund dessen wäre bei einem solchen Stromkabel nachteilig eine Gefahr eines Kabelbruchs und damit einhergehend die Gefahr eines Kurzschlusses und/oder eines Brandes vergleichsweise hoch.For the electrical energy to be transmitted to drive the truck by means of a power cable, it would have to have a comparatively large cross section and, as a result, a comparatively large dead weight. Furthermore, a corresponding tensile load would act on such a power cable in the event of a relative movement of the trailer and the truck, for example in the course of a steering movement. Because of this, the disadvantage of such a power cable would be a risk of a cable break and the associated risk of a short circuit and / or a fire being comparatively high.
Beispielsweise ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vorrichtung für einen Lastzug anzugeben, mittels welcher Energie von einer Traktions-Batterie zu einem Elektromotor des Lastzugs induktiv übertragbar ist. Insbesondere soll dabei eine möglichst große Leistung induktiv übertragbar sein. Ferner soll ein solcher Lastzug mit einer solchen Vorrichtung, sowie ein Anhänger und ein Lastkraftwagen eines solchen Lastzugs angegeben werden.The invention is based on the object of specifying a suitable device for a truck, by means of which energy can be transmitted inductively from a traction battery to an electric motor of the truck. In particular, the greatest possible power should be able to be transmitted inductively. Furthermore, such a truck with such a device, as well as a trailer and a truck of such a truck are to be specified.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Anhängers wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8, hinsichtlich des Lastkraftwagens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und bezüglich des Lastzugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung sinngemäß auch für den Lastzug, den Lastkraftwagen und den Anhänger und umgekehrt.With regard to the device, the object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the trailer, the object is achieved with the features of
Hierzu ist die Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Traktions-Batterie und einem Elektromotor eines Lastzugs vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere ist der Elektromotor hierbei zum Antrieb des Lastzugs vorgesehen. Weiterhin weist der Lastzug einen Lastkraftwagen und einen Anhänger auf, wobei entweder der Lastkraftwagen die Traktions-Batterie und der Anhänger den Elektromotor, oder alternativ hierzu der Lastkraftwagen den Elektromotor und der Anhänger die Traktions-Batterie aufweist. Die Traktions-Batterie wird im Folgenden auch kurz als Batterie bezeichnet. Sofern der Anhänger den Elektromotor aufweist, wird der Anhänger insbesondere zusätzlich zu einem weiteren Antriebsstrang des Lastkraftwagens zur Beschleunigung des Lastzugs herangezogen.For this purpose, the device for inductive energy transfer between a traction battery and an electric motor of a truck is provided and set up. In particular, the electric motor is provided to drive the truck. Furthermore, the truck has a truck and a trailer, either the truck having the traction battery and the trailer having the electric motor, or alternatively the truck having the electric motor and the trailer having the traction battery. The traction battery is also referred to below as the battery for short. If the trailer has the electric motor, the trailer is used in addition to a further drive train of the truck to accelerate the truck.
Die Vorrichtung weist eine, insbesondere als Maulkupplung ausgebildete, Anhängerkupplung für den Lastkraftwagen auf. Die Anhängerkupplung umfasst dabei einen Kupplungsbolzen sowie eine erste Transformatorwicklung. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Anhängerdeichsel für einen (LKW-)Anhänger mit einer Zugöse für den Kupplungsbolzen und mit einer zweiten Transformatorwicklung auf. Diese ist in die Anhängerdeichsel integriert. Insbesondere ist die zweite Transformatorwicklung in der Anhängerdeichsel angeordnet. Zudem ist die Zugöse von der zweiten Transformatorwicklung umwickelt, mit anderen Worten umfasst die zweite Transformatorwicklung die Zugöse.The device has a trailer coupling, in particular designed as a jaw coupling, for the truck. The trailer coupling comprises a coupling bolt and a first transformer winding. Furthermore, the device has a trailer drawbar for a (truck) trailer with a drawbar eye for the coupling bolt and with a second transformer winding. This is integrated into the trailer drawbar. In particular, the second transformer winding is arranged in the trailer drawbar. In addition, the towing eye is wrapped around by the second transformer winding, in other words, the second transformer winding includes the towing eye.
Wenn der Kupplungsbolzen in der Zugöse aufgenommen ist, also in einer Schließstellung oder in einem Schließzustand, bildet der Kupplungsbolzen einen (ersten) ferromagnetischen Kern (Magnetkern, Eisenkern) für die zweite Transformatorwicklung. Auf diese Weise umfasst die zweite Transformatorwicklung im Schließzustand den kurz auch als Bolzen bezeichneten Kupplungsbolzen. Mit anderen Worten ist die zweite Transformatorwicklung um den Kupplungsbolzen gewickelt. Weiterhin ist der Kupplungsbolzen zweckmäßigerweise aus Eisen gebildet.When the coupling bolt is received in the drawbar eye, i.e. in a closed position or in a closed state, the coupling bolt forms a (first) ferromagnetic core (magnetic core, iron core) for the second transformer winding. In this way, in the closed state, the second transformer winding includes the coupling bolt, also referred to for short as a bolt. In other words, the second transformer winding is around the Coupling bolt wound. Furthermore, the coupling bolt is expediently made of iron.
Insbesondere weist die zweite Transformatorwicklung eine Wicklungsachse (Spulenachse) auf, welche einer Längsachse des Kupplungsbolzens entspricht. Somit ist die zweite Transformatorwicklung konzentrisch zu dem den ersten ferromagnetischen Kern bildenden Kupplungsbolzen angeordnet. Die erste Transformatorwicklung wird hier und im Folgenden kurz auch als erste Wicklung und die zweite Transformatorwicklung auch als zweite Wicklung bezeichnet.In particular, the second transformer winding has a winding axis (coil axis) which corresponds to a longitudinal axis of the coupling bolt. Thus, the second transformer winding is arranged concentrically to the coupling bolt forming the first ferromagnetic core. The first transformer winding is also referred to here and below for short as the first winding and the second transformer winding is also referred to as the second winding.
Mittels der beiden Transformatorwicklungen ist eine induktive Kopplung realisiert, so dass bei an die Vorrichtung angeschlossener Traktions-Batterie und an die Vorrichtung angeschlossenem Elektromotor Energie induktiv zwischen diesen übertragen werden kann und zweckmäßigerweise auch wird. Vorteilhafterweise ist hierzu kein Stromkabel notwendig, welches den Anhänger mit dem Lastkraftwagen elektrisch verbindet.An inductive coupling is implemented by means of the two transformer windings, so that when the traction battery is connected to the device and the electric motor is connected to the device, energy can and expediently be transmitted inductively between them. Advantageously, no power cable is necessary for this, which electrically connects the trailer to the truck.
Der Kupplungsbolzen erfüllt zusammenfassend eine Doppelfunktion. Zum einen dient der Kupplungsbolzen der mechanischen Kopplung mit der Anhängedeichsel. Zum anderen dient dieser als ferromagnetischer Kern für die zweite Transformatorwicklung und somit zur induktiven Energieübertragung.In summary, the coupling bolt fulfills a double function. On the one hand, the coupling bolt is used for mechanical coupling with the drawbar. On the other hand, it serves as a ferromagnetic core for the second transformer winding and thus for inductive energy transmission.
Gemäß einer ersten Variante der Vorrichtung ist die erste Transformatorwicklung um den Kupplungsbolzen gewickelt. Im Schließzustand bildet der Kupplungsbolzen somit einen für beide Transformatorwicklungen gemeinsamen (ersten) ferromagnetischen Kern. Somit ist mittels der beiden Transformatorwicklungen und mittels des Kupplungsbolzens ein Transformator mit stabförmigem Kern gebildet.According to a first variant of the device, the first transformer winding is wound around the coupling bolt. In the closed state, the coupling bolt thus forms a (first) ferromagnetic core that is common to both transformer windings. A transformer with a rod-shaped core is thus formed by means of the two transformer windings and by means of the coupling bolt.
Aufgrund der Bildung eines gemeinsamen Transformatorkerns mittels des Kupplungsbolzens ist vorteilhafterweise ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Energieübertragung realisierbar. Entsprechend ist eine vergleichsweise große elektrische Leistung induktiv übertragbar. Weiterhin ist diese Variante der Vorrichtung vorteilhaft vergleichsweise einfach und platzsparend aufgebaut. So sind für die induktive Kopplung lediglich die beiden Transformatorwicklungen in der Deichsel bzw. um den Kupplungsbolzen notwendig.Due to the formation of a common transformer core by means of the coupling bolt, a comparatively high degree of efficiency can advantageously be achieved in the inductive energy transmission. Accordingly, a comparatively large electrical power can be transmitted inductively. Furthermore, this variant of the device is advantageously constructed in a comparatively simple and space-saving manner. For the inductive coupling, only the two transformer windings in the drawbar or around the coupling bolt are necessary.
Gemäß einer zweiten Variante der Vorrichtung weist die Anhängerkupplung einen U-förmigen (zweiten) ferromagnetischen Kern auf. Der zweite Kern weist also zwei zueinander beabstandete und zueinander parallel verlaufende U-Schenkel und einen diese verbindenden U-Verbindungsschenkel auf. Die erste Transformatorwicklung ist dabei um den zweiten Kern, vorzugsweise um den U-Verbindungsschenkel gewickelt.According to a second variant of the device, the trailer coupling has a U-shaped (second) ferromagnetic core. The second core thus has two U-legs which are spaced apart from one another and run parallel to one another and a U-connecting leg connecting them. The first transformer winding is wound around the second core, preferably around the U-connecting leg.
Zudem sind die U-Verbindungsschenkel freiendseitig, also mit deren dem U-Verbindungsschenkel abgewandten Ende, dem Kupplungsbolzen, insbesondere einer mittels des Kupplungsbolzens definierten Achse, zugewandt. Insbesondere spannen dabei die beiden U-Schenkel und der U-Verbindungsschenkel eine Ebene auf, welche die mittels des Kupplungsbolzens definierte Achse umfasst. Infolgedessen ist in der Schließstellung mittels des U-förmigen zweiten Kerns und mittels des Kupplungsbolzens ein gemeinsamer Transformatorkern für die beiden Transformatorwicklungen gebildet. Insbesondere ist auf diese Weise ein geschlossener magnetischer Kreis realisiert.In addition, the free end of the U-connecting legs, that is to say with their end facing away from the U-connecting leg, face the coupling bolt, in particular an axis defined by means of the coupling bolt. In particular, the two U-legs and the U-connecting leg span a plane which comprises the axis defined by means of the coupling bolt. As a result, a common transformer core for the two transformer windings is formed in the closed position by means of the U-shaped second core and by means of the coupling bolt. In particular, a closed magnetic circuit is implemented in this way.
Der zweite Kern ist dabei beispielsweise innerhalb eines von einem Kupplungsmaul (Zugmaul) der Anhängerkupplung gebildeten Aufnahmeraums für die Zugöse angeordnet. Alternativ umfasst der zweite Kern das Kupplungsmaul und ist also außerhalb des vom Kupplungsmaul gebildeten Aufnahmeraums angeordnet.The second core is arranged, for example, within a receiving space for the towing eye formed by a coupling mouth (pulling mouth) of the trailer coupling. Alternatively, the second core comprises the coupling mouth and is therefore arranged outside the receiving space formed by the coupling mouth.
Aufgrund der Bildung eines gemeinsamen Transformatorkerns mittels des ersten Kerns, also des Kupplungsbolzens, und des zweiten Kerns ist vorteilhafterweise ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Energieübertragung realisierbar. Entsprechend ist eine vergleichsweise große elektrische Leistung induktiv Übertragbar.Due to the formation of a common transformer core by means of the first core, that is to say the coupling bolt, and the second core, a comparatively high degree of efficiency can advantageously be achieved in inductive energy transmission. Accordingly, a comparatively large electrical power can be transmitted inductively.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Variante ist der zweite Kern an dessen U-Schenkeln freiendseitig, also an dessen dem Kupplungsbolzen zugewandten Enden, insbesondere bogenförmig, vorzugsweise halbkreisförmig, nach innen, also zum U-Verbindungsschenkel hin, gewölbt. Aufgrund der Rundung ist eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Kern und dem zweiten Kern vergrößert. Insbesondere ist auf diese Weise die Bildung eines (Luft-)Spaltes zwischen dem ersten Kern, also dem Kupplungsbolzen, und dem zweiten Kern vermieden oder die Ausdehnung dieses Spaltes zumindest verringert. Folglich ist die Bildung eines magnetischen Streufelds bei Betrieb der Vorrichtung vermieden oder zumindest stark verringert und somit vorteilhafterweise der Wirkungsgrad der Vorrichtung bezüglich der induktiven Energieübertragung verbessert.According to an advantageous embodiment of the second variant, the second core is curved on its U-legs on the free-end side, i.e. at its ends facing the coupling bolt, in particular arcuate, preferably semicircular, inward, i.e. towards the U-connecting leg. Due to the rounding, a contact area between the first core and the second core is increased. In particular, in this way the formation of an (air) gap between the first core, that is to say the coupling bolt, and the second core is avoided or the extent of this gap is at least reduced. As a result, the formation of a magnetic stray field during operation of the device is avoided or at least greatly reduced and the efficiency of the device with regard to inductive energy transmission is thus advantageously improved.
Gemäß einer geeigneten Weiterbildung der ersten und der zweiten Variante der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung einen Spannungswandler. Dieser ist an die zweite Transformatorwicklung angeschlossen, sofern die Traktions-Batterie für den Anhänger vorgesehen ist. Alternativ, also sofern die Traktions-Batterie für die Lastkraftwagen vorgesehen ist, ist der Spannungswandler an die erste Transformatorwicklung angeschlossen. Der Spannungswandler dient dabei dem Zweck, die von der Traktions-Batterie bereitgestellte Gleichspannung bzw. den von der Traktions-Batterie bereitgestellten Gleichstrom in einen die zur induktiven Übertragung notwendige Wechselspannung bzw. den zur induktiven Übertragung notwendigen Wechselstrom und/oder die in der mit der Traktions-Batterie verbundenen Transformatorwicklung induzierte Wechselspannung bzw. den dort induzierten Wechselstrom in eine, insbesondere zum Laden der Traktions-Batterie geeignete, Gleichspannung bzw. ein einen entsprechenden Gleichstrom zu wandeln.According to a suitable development of the first and the second variant of the device, the device comprises a voltage converter. This is connected to the second transformer winding if the traction battery is intended for the trailer. Alternatively, provided the traction battery for the truck is provided, the voltage converter is connected to the first transformer winding. The voltage converter serves the purpose of converting the direct voltage provided by the traction battery or the direct current provided by the traction battery into the alternating voltage required for inductive transmission or the alternating current required for inductive transmission and / or the one with the traction -Battery connected transformer winding induced alternating voltage or the alternating current induced there into a, in particular for charging the traction battery suitable, to convert direct voltage or a corresponding direct current.
Zudem umfasst die Vorrichtung gemäß dieser Weiterbildung einen Umrichter, der an die zweite Transformatorwicklung angeschlossen ist, sofern der Elektromotor für den Anhänger vorgesehen ist. Alternativ, also sofern der Elektromotor für die Lastkraftwagen vorgesehen ist, ist der Umrichter an die erste Transformatorwicklung angeschlossen. Der Umrichter dient dabei zum einen dem Zweck, die vom Elektromotor im Zuge einer Rekuperation, insbesondere bei einem Bremsvorgang des Lastzugs, bereitgestellte Wechselspannung bzw. Wechselstrom in eine Wechselspannung bzw. in einen Wechselstrom zu wandeln, deren bzw. dessen Frequenz zur induktiven Übertragung mittels der Transformatorwicklungen geeignet ist. Vorzugsweise ist diese Frequenz dabei konstant und/oder derart gewählt, dass ein Wirkungsgrad der induktiven Energieübertragung entsprechend der Ausgestaltung der ersten Transformatorwicklung, der zweiten Transformatorwicklung, des ersten Kerns und des zweiten Kerns möglichst hoch ist. Weiterhin dient der Umrichter dem Zweck, die in der mit dem Elektromotor verbundenen Transformatorwicklung induzierte Wechselspannung bzw. den dort induzierten Wechselstrom in eine, insbesondere zum Betrieb des Elektromotors geeignete, Wechselspannung bzw. in einen entsprechenden Wechselstrom zu wandeln. In addition, the device according to this development comprises a converter which is connected to the second transformer winding, provided that the electric motor is provided for the trailer. Alternatively, if the electric motor is intended for the truck, the converter is connected to the first transformer winding. The converter serves the purpose of converting the alternating voltage or alternating current provided by the electric motor in the course of recuperation, in particular when braking the truck, into an alternating voltage or alternating current, the frequency of which for inductive transmission by means of the Transformer windings is suitable. This frequency is preferably constant and / or selected such that an efficiency of the inductive energy transmission is as high as possible in accordance with the configuration of the first transformer winding, the second transformer winding, the first core and the second core. Furthermore, the converter serves the purpose of converting the alternating voltage induced in the transformer winding connected to the electric motor or the alternating current induced there into an alternating voltage or a corresponding alternating current, particularly suitable for operating the electric motor.
Zusammenfassend weist die Vorrichtung einen batterieseitigen Spannungswandler und einen motorseitigen Umrichter auf.In summary, the device has a battery-side voltage converter and a motor-side converter.
Gemäß einer geeigneten Weiterbildung der Vorrichtung weist diese zwei Modulations-/Demodulationseinrichtungen auf. Eine dieser Modulations-/Demodulationseinrichtungen ist an der ersten Transformatorwicklung und die andere der beiden Modulations-/Demodulationseinrichtungen ist an der zweiten Transformatorwicklung angeschlossen. Insbesondere mittels der primärseitigen der beiden Modulations-/Demodulationseinrichtungen, also mittels der Modulations-/Demodulationseinrichtung, welche an diejenige Transformatorwicklung angeschlossen ist, welche zur Erzeugung eines entsprechenden induzierten Stromes in der anderen Transformatorwicklung mit einem Wechselstrom beaufschlagt ist, sind Daten und/oder Signale auf den verwendeten Wechselstrom aufmodulierbar. Mittels der anderen (sekundärseitigen) Modulations-/Demodulationseinrichtung, also mittels der Modulations-/Demodulationseinrichtung, welche an diejenige Transformatorwicklung angeschlossen ist, in welcher eine Spannung bzw. ein Strom induziert wird, sind die Daten und/oder die Signale von dem induzierten Wechselstrom extrahierbar (demodulierbar) und zweckmäßigerweise auch extrahiert. Die extrahierten Daten/und oder Signale sind einer mit der sekundärseitigen Modulations-/Demodulationseinrichtungen verbundenen Steuereinheit zuführbar, welche beispielsweise der Steuerung des Elektromotors, eines die Traktions-Batterie aufweisenden Batteriesteuersystems oder weiterer Komponenten dienen. Die weiteren Komponenten sind insbesondere Aktoren, beispielsweise für eine Bremse, oder Lichter, wie beispielsweise Rücklichter oder Blinker. Beispielsweise wird die induktiv übertragene Energie auch zum Betrieb der weiteren Komponenten herangezogen.According to a suitable development of the device, it has two modulation / demodulation devices. One of these modulation / demodulation devices is connected to the first transformer winding and the other of the two modulation / demodulation devices is connected to the second transformer winding. In particular, by means of the primary-side of the two modulation / demodulation devices, i.e. by means of the modulation / demodulation device which is connected to that transformer winding to which an alternating current is applied to generate a corresponding induced current in the other transformer winding, data and / or signals are available the alternating current used can be modulated. The data and / or the signals can be extracted from the induced alternating current by means of the other (secondary) modulation / demodulation device, i.e. by means of the modulation / demodulation device which is connected to the transformer winding in which a voltage or current is induced (demodulable) and expediently also extracted. The extracted data / or signals can be fed to a control unit connected to the secondary-side modulation / demodulation devices, which are used, for example, to control the electric motor, a battery control system having the traction battery, or other components. The other components are, in particular, actuators, for example for a brake, or lights, such as taillights or turn signals, for example. For example, the inductively transmitted energy is also used to operate the other components.
Zusammenfassend wird also bei Betrieb der Vorrichtung dem zur induktiven Übertragung herangezogenen (Träger-)Wechselstrom mittels der primärseitig Modulations-/Demodulationseinrichtung ein Signal und/oder Daten aufmoduliert. Mittels des modulierten Wechselstroms wird ein entsprechender Strom in der sekundärseitigen Transformatorwicklung induziert, welcher der sekundärseitigen Modulations-/Demodulationseinrichtung zugeführt wird. Mittels dieser werden die Daten und/oder das Signal vom induzierten Strom extrahiert (getrennt). Der demodulierte Wechselstrom, also anhand der Extraktion der Daten und/oder Signale vom induzierten Strom entstandene Strom, wird, insbesondere über den Spannungswandler bzw. über den Umrichter, der mit der sekundärseitigen Transformatorwicklung verbundenen Traktions-Batterie oder dem mit der sekundärseitigen Transformatorwicklung verbundenen Elektromotor zugeführt.In summary, when the device is in operation, a signal and / or data is modulated onto the (carrier) alternating current used for inductive transmission by means of the modulation / demodulation device on the primary side. By means of the modulated alternating current, a corresponding current is induced in the transformer winding on the secondary side, which is fed to the modulation / demodulation device on the secondary side. By means of this, the data and / or the signal are extracted (separated) from the induced current. The demodulated alternating current, i.e. the current resulting from the extraction of the data and / or signals from the induced current, is fed to the traction battery connected to the secondary transformer winding or to the electric motor connected to the secondary transformer winding, in particular via the voltage converter or via the converter .
In vorteilhafter Ausgestaltung weist ein Anhänger eine Anhängerdeichsel zur mechanischen Kopplung mit einer Anhängerkupplung eines Lastkraftwagens auf. Insbesondere weist der Anhänger eine Anhängerdeichsel einer Vorrichtung gemäß einer der oben dargestellten Varianten auf. Allenfalls weist die Anhängerdeichsel eine Zugöse zur Aufnahme des Kupplungsbolzens der Anhängerkupplung auf, wobei in die Anhängerdeichsel eine (zweite) Transformatorwicklung integriert ist. Diese ist dabei um die Zugöse gewickelt.In an advantageous embodiment, a trailer has a trailer drawbar for mechanical coupling with a trailer coupling of a truck. In particular, the trailer has a trailer drawbar of a device according to one of the variants presented above. At most, the trailer drawbar has a drawbar eye for receiving the coupling bolt of the trailer coupling, a (second) transformer winding being integrated into the trailer drawbar. This is wrapped around the towing eye.
Sofern der Anhänger eine Traktions-Batterie für einen auf dem Lastkraftwagen angeordneten Elektromotor aufweist, ist an die zweite Transformatorwicklung, insbesondere zwischen der zweiten Transformatorwicklung und der Traktions-Batterie, ein Spannungswandler geschaltet. Sofern der Anhänger einen Elektromotor aufweist, welcher von einer auf dem Lastkraftwagen angeordneten Traktions-Batterie versorgt ist bzw. werden soll, ist an die zweite Transformatorwicklung, insbesondere zwischen der zweiten Transformatorwicklung und dem Elektromotor, ein Umrichter geschaltet. Zusätzlich oder alternativ ist zwischen die erste Transformatorwicklung und dem Umrichter bzw. dem Spannungswandler eine Modulations-/Demodulationseinrichtung geschaltet.If the trailer has a traction battery for an electric motor arranged on the truck, the second transformer winding, in particular between the second transformer winding and the traction Battery connected to a voltage converter. If the trailer has an electric motor which is or is to be supplied by a traction battery arranged on the truck, a converter is connected to the second transformer winding, in particular between the second transformer winding and the electric motor. Additionally or alternatively, a modulation / demodulation device is connected between the first transformer winding and the converter or the voltage converter.
Weiterhin weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Lastkraftwagen (LKW) eine Anhängerkupplung, vorzugsweise eine Anhängerkupplung einer Vorrichtung gemäß einer der oben dargestellten Varianten, mit einem Kupplungsbolzen zur mechanischen Kopplung mit einer Zugöse einer Anhängerdeichsel eines Anhänger auf, welcher Anhänger insbesondere gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist. Entweder weist die Anhängerkupplung dabei eine (erste) Transformatorwicklung auf, welche um den einen ferromagnetischen (ersten) Kern bildenden Kupplungsbolzen gewickelt ist, oder die Anhängerkupplung weist einen U-förmigen ferromagnetischen (zweiten) Kern auf, wobei dieser mit der ersten Transformatorwicklung versehen ist. Dabei sind die U-Schenkel des zweiten Kerns dem Kupplungsbolzen zugewandt. In einer Schließstellung des Kupplungsbolzens ist in dieser zweiten Alternative mittels des Kupplungsbolzens und mittels des ferromagnetischen zweiten Kerns ein Transformatorkern gebildet.Furthermore, according to an advantageous embodiment, a truck has a trailer coupling, preferably a trailer coupling of a device according to one of the variants shown above, with a coupling bolt for mechanical coupling with a towing eye of a trailer drawbar of a trailer, which trailer is in particular according to one of the variants shown above is trained. Either the trailer coupling has a (first) transformer winding, which is wound around the coupling bolt forming a ferromagnetic (first) core, or the trailer coupling has a U-shaped ferromagnetic (second) core, which is provided with the first transformer winding. The U-legs of the second core face the coupling bolt. In a closed position of the coupling bolt, in this second alternative, a transformer core is formed by means of the coupling bolt and by means of the ferromagnetic second core.
Beispielsweise ist in analoger Weise zu den oben dargestellten Ausführungen bezüglich des Anhängers ein Umrichter oder ein Spannungswandler und zusätzlich oder alternativ eine Modulations-/Demodulationseinrichtung an die erste Transformatorwicklung angeschlossen.For example, a converter or a voltage converter and additionally or alternatively a modulation / demodulation device are connected to the first transformer winding in a manner analogous to the explanations presented above with regard to the trailer.
In zweckmäßiger Ausgestaltung weist ein Lastzug einen Lastkraftwagen in einer der oben dargelegten Varianten sowie einen Anhänger in einer der oben dargestellten Varianten auf. Dabei sind die Lastkraftwagen und der Anhänger mittels der Anhängerkupplung und mittels des Kupplungsbolzens mechanisch und induktiv miteinander gekoppelt.In an expedient embodiment, a truck has a truck in one of the variants presented above and a trailer in one of the variants presented above. The trucks and the trailer are mechanically and inductively coupled to one another by means of the trailer coupling and by means of the coupling bolt.
Dabei sind in einem ersten Betriebsmodus, welcher dem Antrieb des Lastzugs dient, die an der Traktions-Batterie angeschlossene Transformatorwicklung, also je nach Ausgestaltung des Lastzugs die erste oder die zweite Transformatorwicklung, mit einer Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V beaufschlagt und/oder von einem Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A durchflossen. An der an den Elektromotor angeschlossenen zweiten bzw. ersten Transformatorwicklung ist bzw. wird eine Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V bzw. ein Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A induziert.In a first operating mode, which is used to drive the truck, the transformer winding connected to the traction battery, i.e. the first or the second transformer winding, depending on the design of the truck, has a voltage between 0 V and 1500 V and / or a current with a current intensity between 0 A and 1500 A flows through it. A voltage with an amount between 0 V and 1500 V or a current with a current with an amount between 0 A and 1500 A is or will be induced on the second or first transformer winding connected to the electric motor.
Zusätzlich oder alternativ sind in einem zweiten Betriebsmodus, welcher dem rekuperativen Laden der Traktions-Batterie dient, die an den Elektromotor angeschlossene erste oder zweite Transformatorwicklung mit einer Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V beaufschlagt und/oder von einem Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A durchflossen. An der an die Traktions-Batterie angeschlossenen zweiten bzw. ersten Transformatorwicklung wird bzw. ist dabei eine Spannung zwischenmit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V bzw. ein Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A induziert.Additionally or alternatively, in a second operating mode, which is used for recuperative charging of the traction battery, the first or second transformer winding connected to the electric motor has a voltage between 0 V and 1500 V applied to it and / or a current with a current strength with an amount between 0 A and 1500 A. At the second or first transformer winding connected to the traction battery, a voltage between 0 V and 1500 V or a current with a current strength between 0 A and 1500 A is induced.
Insbesondere ist die Vorrichtung also dazu ausgebildet, Energie, Daten und/oder Steuersignale sowohl vom Anhänger an den Lastkraftwagen als auch vom Lastkraftwagen zum Anhänger zu übertragen.In particular, the device is designed to transmit energy, data and / or control signals both from the trailer to the truck and from the truck to the trailer.
Zusammenfassend ist eine Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie mittels induktiver Energieübertragung zum Antreiben des Lastzugs ermöglicht. Beispielsweise verwendet der Elektromotor lediglich die induktiv übertragene Energie zum Antreiben des Lastzugs. Alternativ hierzu weist der Lastzug eine weitere, zweite mit dem Elektromotor verbundene Traktions-Batterie auf, welche im Lastkraftwagen angeordnet ist, sofern der Elektromotor im Lastkraftwagen angeordnet ist, oder welche im Anhänger angeordnet ist, sofern der Elektromotor in der Lastkraftwagen angeordnet ist. In diesem Fall wirkt die induktiv übertragene Energie unterstützend für die zweite Traktions-Batterie. Mit anderen Worten wird für den Betrieb des Elektromotors die induktiv übertragene Energie zusätzlich zu einer von der zweiten Traktions-Batterie bereitgestellten Energie, insbesondere bei einem Beschleunigungsvorgang des Lastzugs, verwendet.In summary, the electric motor can be supplied with electrical energy by means of inductive energy transmission for driving the truck. For example, the electric motor only uses the inductively transmitted energy to drive the truck. Alternatively, the truck has a further, second traction battery connected to the electric motor, which is arranged in the truck if the electric motor is arranged in the truck, or which is arranged in the trailer if the electric motor is arranged in the truck. In this case, the inductively transmitted energy supports the second traction battery. In other words, the inductively transmitted energy is used to operate the electric motor in addition to an energy provided by the second traction battery, in particular when the truck is accelerating.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in einer schematischen Seitenansicht einen Lastzug mit einem Anhänger und mit einem Lastkraftwagen, wobei der Anhänger eine Anhängerdeichsel einer Vorrichtung aufweist, welche mit einer Anhängerkupplung der Vorrichtung für den Lastkraftwagen mechanisch gekoppelt ist, und wobei der Anhänger und die Anhängerkupplung eine zweite Transformatorwicklung bzw. eine erste Transformatorwicklung aufweisen, mittels welchen eine Traktions-Batterie des Anhängers mit einem Elektromotor des Lastkraftwagen induktiv gekoppelt sind, -
2a schematischen in einer perspektivischen Ansicht die Vorrichtung gemäß einer ersten Variante, wobei ein Kupplungsbolzen der Anhängerkupplung in einer Zugöse der Anhängerdeichsel aufgenommen ist, und wobei der Kupplungsbolzen einen gemeinsamen ferromagnetischen Kern für eine um die Zugöse gewickelte zweite Transformatorwicklung der Anhängerdeichsel und für eine erste Transformatorwicklung der Anhängerkupplung bildet, -
2b schematischen in einer Seitenansicht die erste Variante der Vorrichtung mit Kupplungsmaul der als Maulkupplung ausgebildeten Anhängerkupplung, -
3a schematisch in einer Seitenansicht die Vorrichtung gemäß einer zweiten Variante, gemäß welcher die Anhängerkupplung einen U-förmigen zweiten Kern aufweist, der mit der ersten Transformatorwicklung versehen ist, wobei dessen U-Schenkel dem Kupplungsbolzen zugewandt sind, und -
3b schematisch in einer Draufsicht die Vorrichtung gemäß der zweiten Variante.
-
1 a schematic side view of a truck with a trailer and a truck, the trailer having a trailer drawbar of a device which is mechanically coupled to a trailer coupling of the device for the truck, and wherein the trailer and the trailer coupling have a second transformer winding and a first Have transformer winding, by means of which a traction battery of the trailer is inductively coupled to an electric motor of the truck, -
2a Schematic in a perspective view of the device according to a first variant, wherein a coupling bolt of the trailer coupling is received in a drawbar eye of the trailer drawbar, and wherein the coupling bolt has a common ferromagnetic core for a second transformer winding of the trailer drawbar wound around the drawbar eye and for a first transformer winding of the trailer coupling forms, -
2 B a schematic side view of the first variant of the device with the coupling mouth of the trailer coupling designed as a mouth coupling, -
3a schematically in a side view the device according to a second variant, according to which the trailer hitch has a U-shaped second core which is provided with the first transformer winding, the U-legs of which face the coupling bolt, and -
3b schematically in a plan view the device according to the second variant.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
In der
Die Vorrichtung
Die Anhängerdeichsel
Des Weiteren weist die Anhängerkupplung eine erste Transformatorwicklung
In den
Wie weiterhin in der
Zudem umfasst die Vorrichtung
Zusammenfassend weist die Vorrichtung
Zwischen der zweiten Transformatorwicklung
Beispielhaft ist in der
In einem ersten Betriebsmodus zum Antrieb des Lastzugs
In einem zweiten Betriebsmodus zum rekuperativen Laden der Traktions-Batterie
Zusammenfassend weist der Anhänger
Gemäß einer nicht weiter dargestellten alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung
In den
In einer Schließstellung des Kupplungsbolzens
In den
Weiterhin sind die U-Schenkel
Der Kupplungsbolzen
In den
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not restricted to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived from this by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- Lastzugarticulated lorry
- 44th
- LastkraftwagenTrucks
- 66th
- Anhängerpendant
- 88th
- ElektromotorElectric motor
- 1010
- Traktions-BatterieTraction battery
- 1212
- Vorrichtungcontraption
- 1414th
- AnhängerdeichselTrailer drawbar
- 1616
- Fahrgestellchassis
- 1818th
- Anhängerkupplungtrailer hitch
- 2020th
- ZugöseTowing eye
- 2222nd
- Kupplungsbolzen/ erster ferromagnetischer KernCoupling bolt / first ferromagnetic core
- 2424
- erste Transformatorwicklungfirst transformer winding
- 2626th
- zweite Transformatorwicklungsecond transformer winding
- 2828
- SpannungswandlerVoltage converter
- 3030th
- UmrichterConverter
- 3232
- Modulations-/DemodulationseinrichtungModulation / demodulation device
- 3434
- SteuereinheitControl unit
- 3636
- KupplungsmaulCoupling jaw
- 3838
- zweiter ferromagnetischer Kernsecond ferromagnetic core
- 4040
- U-SchenkelU-leg
- 4242
- U-VerbindungsschenkelU-connecting leg
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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