DE102011106027A1

DE102011106027A1 - Transformatorteil für ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011106027A1
Application number: DE201110106027
Authority: DE
Inventors: Norbert Bendicks; Peter Berula; Rene Riedel
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-03

Abstract

Beschrieben wird ein Transformatorteil für ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die mindestens ein Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf mindestens ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, wobei das fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil eine elektrische Spulenanordnung aufweist, die von einem flexiblen Kunststoffmaterial umgeben ist, wobei die Drahtwindungen der Spulenanordnung an einem biegsamen Halterahmen angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Transformatorteil für ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die mindestens ein Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf mindestens ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, wobei das fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil eine elektrische Spulenanordnung aufweist, die von einem flexiblen Kunststoffmaterial umgeben ist.
Durch das Zusammenführen des Transformatorteils eines Kraftfahrzeugs und eines Transformatorteil einer Ladestation ergänzen sich die Transformatorteile zu einem vollständigen Transformator, über den elektrische Energie von der Ladestation auf das Kraftfahrzeug zum Laden von Traktionsbatterien übertragen werden kann. Die flexible Ausgestaltung wenigstens eines der Transformatorteile stellt sicher, dass dieses eng an das andere Transformatorteil anfügbar ist, wodurch eine gute induktive Kopplung erzielt wird und Übertragungsverluste gering gehalten werden.
Ein derartiges Transformatorteil für ein Übertragungssystem ist in der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2010 035 634 beschrieben. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, die elektrische Spulenanordnung, die beispielsweise als eine spiralförmige Drahtwindung ausgebildet ist, mit einem flexiblen Kunststoffmaterial zu umspritzen. Zur Verbesserung der induktiven Kopplung wird zudem vorgeschlagen, bei der Umspritzung eine Anordnung aus Ferritkörpern mit einzubeziehen. Das Transformatorteil bildet somit einen kompakten aber flexiblen Block aus, der die Drahtwindungen der Spulenanordnung sowie eine Anordnung aus Ferritkörpern im Inneren enthält. Durch die flexible Ausführung des so gebildeten Transformatorteils wird erreicht, dass dieses dicht an weiteres Transformatorteil anfügbar ist. Dabei wird die induktive Kopplung der Transformatorteile nicht merklich beeinträchtigt, wenn sich zwischen den Transformatorteilen ein flacher nichtleitender Körper, wie etwa eine Kunststoffplatte befindet. Das fahrzeugseitige Transformatorteil kann daher ohne weiteres hinter einem, vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden nichtleitenden Kennzeichenschild angeordnet sein.
Vorraussetzung zur Erzielung einer effizienten induktiven Übertragung ist, dass die elektrisch bzw. magnetisch wirksamen Komponenten der Transformatorteile innerhalb der Umspritzung präzise positioniert sind. Hierzu müssen vor dem Umspritzen geeignete Mittel zum positionsgenauen Anordnen dieser Komponenten relativ zueinander vorgesehen werden, die aber nach dem Umspritzungsvorgang die Flexibilität des Transformatorteils möglichst wenig beeinträchtigen sollen. In der Patentanmeldung DE 10 2010 035 634 finden sich zur Lösung dieses Problems keine näheren Angaben.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Transformatorteil zu schaffen, welches die vorgenannten Erfordernisse auf möglichst einfache und kostengünstige Weise erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Drahtwindungen der Spulenanordnung an einem biegsamen Halterahmen angeordnet sind.
Erfindungsgemäß ist ein biegsamer Halterahmen vorgesehen, der die Drahtwindungen der Spulenanordnung haltert. Zusätzlich kann der Halterahmen auch zur Halterung von Ferritelementen dienen, die am Halterahmen in einer definierten Position zur Spulenanordnung vormontiert und durch den Umspritzungsvorgang in dieser Position fixiert werden.
Die Möglichkeiten, die Spulenanordnung und vorzugsweise auch die Ferritelemente vor der Umspritzung an dem Halterahmen vorzumontieren, vereinfachen den Umspritzungsvorgang sowie allgemein die Montage des Transformatorteils.
Die flexiblen Eigenschaften des Transformatorteils werden durch den Halterahmen nicht beeinträchtigt, wenn dieser zumindest quer zu seiner Längserstreckung ausreichend biegsam ausgebildet ist. Eine ausreichende Biegsamkeit kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Halterahmen aus mehreren Teilen besteht, die in der Längsrichtung des Haltrahmens etwa über schmale Verbindungsstege mechanisch nur schwach aneinander gekoppelt sind.
Der Halterahmen kann beispielsweise als eine einstückig geformte Platte ausgebildet sein, die durch freigestanzte Ausnehmungen in mehrere gegeneinander biegsame Abschnitte unterteilt ist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Halterahmen nicht einstückig geformt ist, sondern aus einer Anzahl von vorgefertigten Trägerteilen zusammengesetzt ist. Die Vorfertigung von beispielsweise spritzgegossenen Trägerteilen, die anschließend zu einem Halterahmen zusammengefügt werden, ermöglicht die Ausformung komplexerer Anordnungen, als sie bei einer einstückigen Herstellung des Halterahmens möglich sind.
Darüber hinaus ermöglicht bereits eine relativ geringe Anzahl unterschiedlicher Trägerteile den baukastenartigen Aufbau einer größeren Anzahl von Fertigungsvarianten eines Halterahmens.
Vorteilhafte Einzelheiten eines erfindungsgemäßen Transformatorteils gehen aus der Zeichnung hervor, die nachfolgend erläutert werden soll. Es zeigen
1 die Vorderseite eines Halterahmens,
2 die Rückseite des Halterahmens,
3 einen ersten Spulenträger,
4 einen ersten Ferritträger,
5 einen zweiten Spulenträger,
6 einen zweiten Ferritträger,
7 einen Hauptträger,
8 einen umspritzten Halterahmen,
9 eine erste Ausführungsvariante eines Transformatorteils,
10 eine zweite Ausführungsvariante eines Transformatorteils.
Die 1 und 2 zeigen die Vorder- und die Rückseite eines biegsamen Halterahmens 1. Der Halterahmen 1 ist aus mehreren vorgefertigten Trägerteilen 3a, 3b, 4a, 4b, 5 zusammengesetzt, welche in den 3 bis 7 als Einzelteile dargestellt sind. In der 1 erkennbar sind zwei erste Spulenträger 3a, welche Endabschnitte des Halterahmens 1 ausbilden, sowie dazwischen angeordnet, eine parallele Anreihung von hier beispielhaft fünfzehn zweiten Spulenträgern 3b. Erste und zweite Spulenträger 3a, 3b sind über zwei zueinander parallel angeordnete leistenförmige Hauptträger 5 miteinander verbunden.
An der Rückseite des Halterrahmens 1, die in der 2 dargestellt ist, sind als weitere Trägerelemente erste und zweite Ferritträger 4a, 4b erkennbar, die mit den ersten und zweiten Spulenträgern 3a, 3b verrastet sind und dabei die Hauptträger 5 klemmend einschließen, wodurch sämtliche Trägerteile 3a, 3b, 4a, 4b, 5 miteinander verbunden sind.
Da sowohl die Spulenträger 3a, 3b als auch die Ferritträger 4a, 4b zueinander beabstandet angeordnet sind, wird die Biegsamkeit des Halterrahmens 1 im Wesentlichen durch die Flexibilität der leistenförmigen Hauptträger 5 bestimmt. Die 7 zeigt einen der beiden Hauptträger 5; erkennbar ist, dass dieser in Relation zu seiner Länge kleine Querschnittsabmessungen aufweist, und somit leicht biegsam ist.
Die 3 und 5 verdeutlichen den Aufbau des ersten und des zweiten Spulenträgers 3a, 3b. Beide Spulenträger 3a, 3b besitzen Gruppen von angeformten parallelen Stegen 6a, 6b, die an ihrer oberen Kante jeweils einen angeformten ein- oder zweiseitig abragenden Quersteg 8a, 8b aufweisen und so von der Seite entweder T- oder L-förmig erscheinen. Die Stege 6a, 6b sind dazu vorgesehen, die Drahtwindungen einer Spulenanordnung zu haltern. Hierzu wird, vorzugsweise durch eine automatische Vorrichtung, der in den 9 und 10 erkennbare Spulendraht 2 spiralförmig zwischen die Stege 6a, 6b der ersten und zweiten Spulenträger 3a, 3b gelegt. Vorzugweise halten jeweils zwei nebeneinander stehende Stege 6a bzw. 6b jeweils eine Ader des Spulendrahtes 2. Die Stege 6a, 6b können alternativ auch eine größere Höhe über der Grundfläche der Spulenträger 3a, 3b aufweisen, so dass die Stege 6a, 6b auch mehrere Lagen des Spulendrahtes 2 aufnehmen können.
Die ersten Spulenträger 3a weisen zusätzlich zwei kreissektorförmig angeordnete Gruppen von Stegen 7 auf, welche das Rundführen des Spulendrahtes 2 an den Endabschnitten des Halterahmens 1 erleichtern.
Die 4 und 6 zeigen Ausführungsformen eines ersten und eines zweiten Ferritträgers 4a, 4b, welche mit dem ersten bzw. dem zweiten Spulenträger 3a, 3b verbindbar sind. Die Ferritträger 4a, 4b weisen zudem mehrere Gruppen von Rastelementen 9a, 9b auf, in die, lediglich in den 9 angedeutete, quaderförmige Ferritelemente 13 einklipsbar sind. Am fertig montierten Halterahmen 1 sind dadurch über dessen gesamte Rückseite verteilt, Ferritelemente 13 angeordnet, welche die induktive Kopplung des Transformatorteils an ein weiteres Transformatorteil verbessern.
Die Herstellung eines Transformatorteils erfolgt in einem ersten Montageschritt durch das Zusammenfügen der Trägerteile 3a, 3b, 4a, 4b, 5, welche danach über angeformte Verbindungselemente 10a, 10b zusammengehalten werden, zu einem Halterahmen 1. Danach wird, vorzugsweise mittels eines Roboters, ein Spulendraht in die Stege 6a, 6b der Spulenträger 3a, 3b eingelegt. Anschließend werden Ferritelemente 13 mit den Rastelementen 9a, 9b der Ferritträger 4a, 4b verbunden. Abschließend erfolgt ein Umspritzen des montierten Halterahmens 1 mit einem flexiblen Kunststoffmaterial. Die soweit beschriebene Montage des Transformatorteils kann sich sowohl auf ein fahrzeugseitiges wie auch auf ladestationsseitiges Transformatorteil beziehen, da diese innerhalb der Umspritzung auf grundsätzlich gleiche Weise ausgeführt sein können und sich im allgemeinen lediglich durch ihre äußere Formgebung unterscheiden.
Die äußere Form eines speziell fahrzeugseitigen Transformatorteils ist in der 8 angedeutet. Das Transformatorteil weist an die Umspritzung angeformte Befestigungsschienen 16 für ein biegsames und vorzugsweise nichtleitendes Kennzeichenschild auf. Die Befestigungsschienen 16 besitzen Nuten 11, in die das nicht dargestellte Kennzeichenschild einschiebbar ist. Mehrere Abstandshalter 12 stützen das Kennzeichenschild klapperfrei ab.
In der 9 ist ein Transformatorteil in einer Längsschnittsansicht dargestellt. Erkennbar sind hier Ferritelemente 13 sowie der an ersten und zweiten Spulenträgern 3a, 3b befestigte Spulendraht 2.
Eine alternative Ausführung eines Transformatorteils zeigt die in der 10 dargestellte Schnittansicht. Diese Ausführung sieht keine Verwendung einzelner Ferritelemente vor und benötigt daher auch keine der beschriebenen Ferritträger. Neben dieser Einsparung vereinfacht sich auch die Montage, da keine Ferritelemente zu montieren sind. Als Ersatz für die Ferritelemente dient hier eine Kunststoffplatte 14, die mit einem Ferritmaterial gefüllt ist und die die Kopplungsfunktion der Ferritelemente erfüllt. Ergänzend ist hier noch ein Abschluss mit einer dünnen und daher ebenfalls flexiblen Aluminiumplatte 15 vorgesehen, welche Magnetfelder nach außen abschirmt.
Selbstverständlich sind neben den hier dargestellten noch weitere Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Transformatorteils realisierbar, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Halterahmen
2: Spulendraht (Drahtwindungen)
3a, 3b: (erster, zweiter) Spulenträger
4a, 4b: (erster, zweiter) Ferritträger
5: Hauptträger
3a, 3b, 4a, 4b, 5: Trägerteile
6a, 6b: Stege (Halteelemente)
7: Stege
8a, 8b: Querstege
9a, 9b: Rastelemente
10a, 10b: Verbindungselemente
11: Nuten
12: Abstandshalter
13: Ferritelemente
14: Kunststoffplatte
15: Aluminiumplatte
16: Befestigungsschienen (Befestigungselemente)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010035634 [0003, 0004]

Claims

Transformatorteil für ein Übertragungssystem zum Laden der Traktionsbatterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation, die mindestens ein Transformatorteil aufweist, durch das elektrische Energie induktiv auf mindestens ein Transformatorteil am Kraftfahrzeug übertragen werden kann, wobei das fahrzeugseitige Transformatorteil und/oder das ladestationsseitige Transformatorteil eine elektrische Spulenanordnung aufweist, die von einem flexiblen Kunststoffmaterial umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwindungen (2) der Spulenanordnung an einem biegsamen Halterahmen (1) angeordnet sind.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (1) aus mehreren miteinander verbundenen Spulenträgern (3a, 3b) besteht, wobei jeder Spulenträger (3a, 3b) angeformte Halteelemente (6a, 6b) zur Aufnahme eines Spulendrahtes (2) aufweisen.
Transformatorteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträger (3a, 3b) zueinander beabstandet angeordnet sind.
Transformatorteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträger (3a, 3b) einzeln vorgefertigt sind und über leistenförmige Hauptträger (5) miteinander verbunden sind.
Transformatorteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (6a, 6b) parallele Stege ausbilden.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der am Halterahmen (1) angeordnete Spulendraht (2) eine runde oder abgewinkelte Spiralbahn ausbildet.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Halterahmen (1) Ferritträger (4a, 4b) angeordnet sind, welche Rastelemente (9a, 9b) für Ferritelemente (13) aufweisen.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterahmen (1) mit dem flexiblen Kunststoffmaterial umspritzt oder umgossen ist.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das fahrzeugseitige Transformatorteil zur Anordnung hinter dem Kennzeichenschild des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem umspritzten oder umgossenen Halterahmen (1) Befestigungselemente (16) für ein Kennzeichenschild verbunden sind.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transformatorteil parallel zum Halterahmen (1) eine mit einem Ferritmaterial gefüllte Kunststoffplatte (14) aufweist.
Transformatorteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Transformatorteil parallel zum Halterahmen (1) eine Aluminiumplatte (15) aufweist.