DE102010020122A1

DE102010020122A1 - Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung

Info

Publication number: DE102010020122A1
Application number: DE102010020122A
Authority: DE
Inventors: Dr. Mahlein Jochen; Björn Egger
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: DE102010020122B4

Abstract

Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug an seinem dem Boden zugewandten Oberflächenbereich eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Primärleiter induktiv koppelbar ist, insbesondere durch Anfahren einer Fahrzeugposition mittels des Fahrzeugs, wobei an dem Oberflächenbereich Schutzmittel angeordnet sind, welche die Sekundärwicklung umgeben, insbesondere einfassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung.
Aus der DE 103 38 852 A1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei einer Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung sind, dass sie zur Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein Fahrzeug vorgesehen ist,
wobei das Fahrzeug an seinem dem Boden zugewandten Oberflächenbereich eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Primärleiter induktiv koppelbar ist, insbesondere durch Anfahren einer Fahrzeugposition mittels des Fahrzeugs,
wobei an dem Oberflächenbereich Schutzmittel angeordnet sind, welche die Sekundärwicklung umgeben, insbesondere einfassen.
Von Vorteil ist dabei, dass die Sicherheit weiter erhöht ist, da kein Fremdkörper eindringen kann und somit auch keine gefährliche Erhitzung statt findet. Die Brandgefahr ist somit ebenfalls verringert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Schutzmittel ausfahrbar, so dass der minimale Abstand zwischen Schutzmittel und Boden verringert ist, oder einfahrbar, so dass der minimale Abstand zwischen Schutzmittel und Boden vergrößert ist Von Vorteil ist dabei, dass bei Bewegen des Fahrzeuges das Schutzmittel einfahrbar ist und somit selbst wiederum geschützt ist. Außerdem ist die Reibung verringerbar. Insbesondere sind die Schutzmittel im eingefahrenen Zustand derart anordenbar, dass die Luftreibung des Fahrzeugs sehr gering ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ausfahren passiv ausführbar, insbesondere bewirkt durch die Federkraft eines Federelements. Von Vorteil ist dabei, dass kein zusätzlicher Aktor notwendig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Schutzmittel und das Federelement einstückig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Teilezahl gering und die Fertigung einfach ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Einfahren aktiv ausführbar, insbesondere bewirkt durch die von einem Aktor erzeugte Kraft. Von Vorteil ist dabei, dass der Zeitpunkt des Einfahrens von einer Steuerung vorgebbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärwicklung als Flachwicklung, insbesondere mit nur einer einzigen Wicklungsebene, ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Fertigung möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind als Schutzmittel plattenförmige Mittel oder runde Mittel, wie Faltenbalg, eingesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass im Faltenbalg eine Rundfeder integrierbar ist und/oder der Kunststoff des Faltenbalgs elastisch ausführbar ist, so dass das Ausfahren selbsttätig und das Einfahren einfach ausführbar ist. Außerdem ist nur ein einziger Faltenbalg als Schutzmittel ausreichend und es muss nicht jede Seite einzeln geschützt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jedes Schutzmittel drehbar gelagert am Fahrzeug. Von Vorteil ist dabei, dass die Schutzmittel herunterklappbar sind. Beispielsweise sind die Schutzmittel als Vieleck, insbesondere Dreieck, Viereck oder dergleichen, um die Sekundärspule herum anordenbar. Jeder Seite ist dabei ein Drehgelenk zuordenbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels eines Aktors eine Kraft auf das Schutzmittel einleitbar, die eine von einem Federelement erzeugte Federkraft übersteigt, insbesondere so dass bei ausgeschaltetem Aktor das Schutzmittel mittels der Federkraft ausgefahren ist,
insbesondere so dass bei eingeschaltetem Aktor das Schutzmittel einfahrbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Ausfahren und Einfahren in einfacher Weise steuerbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor ein Linearaktor. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches kostengünstiges Mittel, insbesondere ein elektrisch ansteuerbares Mittel, verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Primärleiter als Flachwicklung ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine kompakte Bauform erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sekundärwicklung des Fahrzeuges eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Frequenz eines in den Primärleiter eingeprägten Primärstromes im Wesentlichen gleicht, insbesondere wobei die Frequenz zwischen 10 und 500 kHz beträgt, insbesondere wobei der Primärstrom 10 Ampere übersteigt. Von Vorteil ist dabei, dass hohe Leistungen berührungslos und mit hohem Wirkungsgrad übertragbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schutzmittel als magnetische Abschirmung ausgebildet, insbesondere so dass bei ausgefahrenem Schutzmittel das von einer Primärwicklung des Primärleiters erzeugte, im vom Schutzmittel oder den Schutzmitteln sowie Boden und Oberflächenbereich des Fahrzeugs umfassten Raumbereich gar nicht oder nur abgeschwächt austritt in die Umgebung. Von Vorteil ist dabei, dass das Eintreten von Objekten verhindert ist und somit die Brandgefahr reduziert ist. Daher ist die Sicherheit erhöht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schutzmittel aus Kunststoff gefertigt, insbesondere mit einer Beimischung von metallischen Partikeln zur magnetischen Abschirmung, insbesondere wobei die metallischen Partikel Aluminium und/oder Eisen enthalten. Von Vorteil ist dabei, dass eine Abschirmung des Magnetfelds erreichbar ist und trotzdem der Kunststoff als Federmittel verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Fahrzeug Verriegelungsbolzen angeordnet zum Verriegeln der Schutzmittel im eingefahrenen Zustand. Von Vorteil ist dabei, dass im Fahrzustand des Fahrzeugs die Sicherheit ebenfalls erhöhbar ist, indem Verriegelungsbolzen betätigt werden. Auf diese Weise ist der eingefahrene Zustand der Schutzmittel sogar doppelt sicher vorsehbar. Denn einerseits bewirkt der Linearaktor eine Fixierung und andererseits ist die Fixierung mittels der Verriegelungsbolzen bewirkbar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein Fahrzeug 1 gezeigt, welches berührungslos vom Boden aus mit Energie versorgt wird. Der Bereich der berührungslosen Energieübertragung ist mit einem Schutzmittel 3 abgegrenzt von der Umgebung.
In der 2 ist eine zugehörige Seitenansicht gezeigt.
In der 3 ist eine Schrägansicht von unten gezeigt, wobei der Boden ausgeblendet ist.
In der 4 ist ein weiteres Fahrzeug gezeigt, wobei das Schutzmittel nun als runder ausgefahrener Faltenbalg 40 ausgeführt ist.
In der 5 ist wiederum eine zur 4 gehörige Schrägansicht von unten gezeigt, wobei der Boden ausgeblendet ist.
In der 6 ist das Fahrzeug nach 4 gezeigt, wobei der Faltenbalg eingefahren ist
In der 7 ist eine zur 4 gehörige Schrägansicht von unten gezeigt.
Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 gezeigt, weist das Fahrzeug 1 Räder 2 auf, mit welchen es auf einem Boden 4 verfahrbar ist. An seinem Unterboden ist eine Sekundärspule 6 befestigt, die vorzugsweise als Flachwicklung ausgeführt ist. Zum Schutz ist die Wicklung zumindest von Vergussmasse umgeben. Im Fahrzeug 1 ist der Spulenwicklung eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Frequenz eines Primärstromes im Wesentlichen gleicht. Als Frequenz wird vorzugsweise eine Frequenz zwischen 10 und 500 kHz, besonders bevorzugt zwischen 15 und 30 kHz, verwendet.
Der Primärstrom wird in eine mit der Spulenwicklung des Fahrzeugs schwach koppelbare Primärleiterwicklung eingespeist, die als Flachwicklung ausgeführt ist und im Boden 4 eingelegt ist. Diese ist ebenfalls mit Vergussmasse geschützt im Boden vorgesehen. Die schwache Kopplung ergibt sich aus dem großen Luftspalt für die vom Primärstrom erzeugten Magnetfeldlinien.
Im Primärleiter werden Ströme von mehr als 10 Ampere, insbesondere von mehr als 30 Ampere vorgesehen.
Somit können metallische Gegenstände, die im Feldbereich der Primärwicklung auftreten, gefährlich erhitzt werden.
Zum Schutz gegen das Eindringen von Gegenständen in den Raumbereich, in welchem hohe Magnetfeldstärken auftreten, werden Schutzmittel am Fahrzeug angeordnet. Wie in den Figuren gezeigt, sind hierbei vier plattenförmige Schutzmittel an einer quadratischen Grundfläche angeordnet, die die Sekundärwicklung umrandet, insbesondere am Unterboden des Fahrzeugs.
Diese Schutzmittel 3 werden beim berührungslosen Übertragen der Energie an das Fahrzeug heruntergeklappt. Somit ist der genannte Raumbereich geschützt.
Das Herunterklappen ist bei einer ersten Ausführungsform dadurch erreicht, dass das Schutzmittel drehbar gelagert ist am Fahrzeug. Zum Herunterklappen wird also eine Drehbewegung angetrieben. Beispielsweise ist ein rotatorischer Antrieb an der Drehgelenkachse vorsehbar. Alternativ ist ein Federelement eingesetzt, so dass nach Freigabe des Schutzmittels die Drehbewegung von dem Federelement bewirkt wird. Ein Aktor, beispielsweise ein Linearaktor, erzeugt die Rückstellkraft zum Heraufklappen nach Beendigung der Energieübertragung an das Fahrzeug.
In einer zweiten Ausführungsform ist das Schutzmittel elastisch verformbar und klappt durch seine somit integrierte Federkraft herunter. Ein Aktor, beispielsweise ein Linearaktor, erzeugt wiederum die Rückstellkraft zum Heraufklappen.
In den 4 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem statt der vier plattenförmigen Schutzmittel der 1 bis 3 ein rundes Schutzmittel 40 vorgesehen ist, insbesondere das als Faltenbalg ausgeführt ist. Dieser Faltenbalg ist zum Boden hin ausfahrbar und somit der Raumbereich um die Sekundärwicklung schätzbar gegen das Eindringen von Fremdkörpern. Das Ausfahren ist hierbei durch die Gewichtskraft ausführbar. Eine Federkraft kann zum Beschleunigen der Ausfahrbewegung vorgesehen werden.
Das einfahren, also die Rückstellbewegung ist wiederum von einem Aktor, beispielsweise Linearaktor, veranlasst und gesteuert.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind zusätzlich im von den Schutzmitteln (3, 40) geschützten Raumbereich Sensoren 50 vorgesehen zur Überwachung des Raumbereichs
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Rad
3: Schutzmittel
4: Boden
6: Sekundärspule
40: Schutzmittel, insbesondere Faltenbalg
50: Sensoren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10338852 A1 [0002]

Claims

Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug an seinem dem Boden zugewandten Oberflächenbereich eine Sekundärwicklung aufweist, die mit dem Primärleiter induktiv koppelbar ist, insbesondere durch Anfahren einer Fahrzeugposition mittels des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Oberflächenbereich Schutzmittel angeordnet sind, welche die Sekundärwicklung umgeben, insbesondere einfassen.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schutzmittel ausfahrbar ist, so dass der minimale Abstand zwischen Schutzmittel und Boden verringert ist, oder einfahrbar ist, so dass der minimale Abstand zwischen Schutzmittel und Boden vergrößert ist
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfahren passiv ausführbar ist, insbesondere bewirkt durch die Federkraft eines Federelements.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmittel und das Federelement einstückig ausgeführt sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einfahren aktiv ausführbar ist, insbesondere bewirkt durch die von einem Aktor erzeugte Kraft.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung als Flachwicklung, insbesondere mit nur einer einzigen Wicklungsebene, ausgeführt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzmittel plattenförmige Mittel oder runde Mittel, wie Faltenbalg, eingesetzt sind.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Schutzmittel drehbar gelagert ist am Fahrzeug.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Aktors eine Kraft auf das Schutzmittel einleitbar ist, die eine von einem Federelement erzeugte Federkraft übersteigt, insbesondere so dass bei ausgeschaltetem Aktor das Schutzmittel mittels der Federkraft ausgefahren ist, insbesondere so dass bei eingeschaltetem Aktor das Schutzmittel einfahrbar ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Linearaktor ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärleiter als Flachwicklung ausgeführt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwicklung des Fahrzeuges eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Frequenz eines in den Primärleiter eingeprägten Primärstromes im Wesentlichen gleicht, insbesondere wobei die Frequenz zwischen 10 und 500 kHz beträgt, insbesondere wobei der Primärstrom 10 Ampere übersteigt.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmittel als magnetische Abschirmung ausgebildet ist, insbesondere so dass bei ausgefahrenem Schutzmittel das von einer Primärwicklung des Primärleiters erzeugte, im vom Schutzmittel oder den Schutzmitteln sowie Boden und Oberflächenbereich des Fahrzeugs umfassten Raumbereich gar nicht oder nur abgeschwächt austritt in die Umgebung.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzmittel aus Kunststoff gefertigt ist, insbesondere mit einer Beimischung von metallischen Partikeln zur magnetischen Abschirmung, insbesondere wobei die metallischen Partikel Aluminium und/oder Eisen enthalten.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Fahrzeug Verriegelungsbolzen angeordnet sind zum Verriegeln der Schutzmittel im eingefahrenen Zustand.