DE102011116246A1

DE102011116246A1 - Sekundartransformatoreinheit zur Anbringung an einem Fahrzeug mit Elektroantrieb und Fahrzeug mit Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102011116246A1
Application number: DE102011116246A
Authority: DE
Inventors: Björn Elias; Anca Ebner; Christian Ohlen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: CN103890877B; EP2769392A2; WO2013056799A3; US20140240076A1; DE102011116246B4; CN103890877A; WO2013056799A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sekundärtransformatoreinheit (10) zur Anbringung an einem Fahrzeug (11) mit Elektroantrieb, umfassend – wenigstens einen Sekundärkern (12) mit einer Oberseite (14) und einer Unterseite (15), die den Sekundärkern (12) in einer z-Richtung begrenzen; – wenigstens eine Sekundärspule (13), die an dem Sekundärkern (12) angeordnet ist; wobei – der Sekundärkern (12) wenigstens ein Solldeformationsmittel (16) aufweist, das im Wesentlichen in z-Richtung zwischen der Oberseite (14) und der Unterseite (15) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sekundärtransformatoreinheit zur Anbringung an einem Fahrzeug mit Elektroantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit Elektroantrieb.
Im Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb, wie beispielsweise Hybridautos und reine Elektroautos bekannt, die Traktionsakkumulatoren für die elektrische Energieversorgung eines Elektromotors umfassen. Diese bekannten Kraftfahrzeuge sind mit einem System zur induktiven Energieübertragung ausgestattet, das auch ein häufiges Nachladen der Akkumulatoren mit hohem Bedienkomfort ermöglicht. Dieses System funktioniert nach Art eines Transformators und umfasst eine Primärtransformatoreinheit, die infrastrukturseitig, beispielsweise an der Rückwand einer Garage angebracht ist, und eine Sekundärtransformatoreinheit, die an der Front des Kraftfahrzeugs hinter dem vorderen Nummernschild integriert ist.
Die Druckschrift DE 10 2009 023 409 A1 betrifft ein System zur elektrischen Energieübertragung und bildet die Basis für den Oberbegriff des Anspruchs 1. Diese Druckschrift offenbart eine Sekundärtrafoeinheit oder Sekundärtransformatoreinheit, die am Bug oder an der Front eines Elektrofahrzeugs angebracht ist und einen U-förmigen Halbtrafokern und eine auf diesen schiefwinklig aufgewickelte Spulenwicklung enthält. Diese Sekundärtrafoeinheit ist an der vorderen Stoßstange des Elektrofahrzeugs montiert, und das vordere Nummernschild des Elektrofahrzeugs ist an der Sekundärtrafoeinheit montiert.
Da diese bekannte Sekundärtrafoeinheit am Bug des Fahrzeugs angebracht ist, muss sie in einem Bereich des Fahrzeugs integriert werden, der einen hohen Einfluss auf das Crashverhalten bei Fußgängerunfällen hat. Insbesondere wird der Frontbereich des Fahrzeugs durch die zusätzlich zu montierenden Bauteile, insbesondere den üblicherweise aus Elektroblechen oder Ferrit bestehenden Halbtrafokern, härter, jedoch ist eine möglichst gut definierte und weiche Fahrzeugfront notwendig, um das Verletzungsrisiko von Fußgängern minimal zu halten. Da die bekannte Sekundärtrafoeinheit hinter dem vorderen Nummernschild an der vorderen Stoßstange montiert wird, bleibt weniger Bautraum für Deformationselemente aus Schaumstoff, die zwischen Stoßstange und Fahrgastzelle angeordnet sind, übrig, sodass deren Dicke, also deren Ausdehnung in Fahrtrichtung, reduziert werden muss. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Härte der Fahrzeugfront.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sekundärtransformatoreinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit Elektroantrieb mit einer derartigen Sekundärtransformatoreinheit in Hinblick auf das Crashverhalten bei Fußgängerunfällen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Sekundärtransformatoreinheit gemäß Anspruch 1 und ein Fahrzeug mit Elektroantrieb gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Sekundärtransformatoreinheit zur Anbringung an einem Fahrzeug mit Elektroantrieb vor, umfassend

– wenigstens einen Sekundärkern mit einer Oberseite und einer Unterseite, die den Sekundärkern in einer z-Richtung begrenzen;
– wenigstens eine Sekundärspule, die an dem Sekundärkern angeordnet ist;

– der Sekundärkern wenigstens ein Solldeformationsmittel aufweist, das im Wesentlichen in z-Richtung zwischen der Oberseite und der Unterseite verläuft.

Da an den Solldeformationsmitteln bei einem Unfall mit einem Fußgänger eine Verformung des in der Regel harten Sekundärkerns auftritt, kann die Aufprallenergie des Fußgängers definiert abgeleitet werden. Die Dicke, also die Ausdehnung in Fahrtrichtung, und die Form der dem Fußgängerschutz dienenden Schaumstoff-Deformationselemente können einfach so optimiert werden, dass ein möglichst positiver Effekt im Crashverhalten entsteht, da an die Solldeformationsmittel angrenzenden Abschnitte des Sekundärkerns die Aufprallkräfte verteilen.
Da die Solldeformationsmittel im Wesentlichen in z-Richtung verlaufen, werden vor allem die Beine eines von der Front des Fahrzeugs erfassten Fußgängers geschont.
Der Sekundärkern kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und ist bevorzugt im Wesentlichen plattenförmig und hat beispielsweise eine Breite in einer y-Richtung, eine Höhe in der z-Richtung und eine Dicke in einer x-Richtung, die kleiner als die Breite und die Höhe ist. Dabei entspricht die x-Richtung der Fahrt- oder Längsrichtung des Fahrzeugs, an dem die Sekundärtransformatoreinheit angebracht werden soll, die y-Richtung der Querrichtung dieses Fahrzeugs und die z-Richtung der Vertikalrichtung dieses Fahrzeugs. Vorzugsweise ist die Dicke kleiner als die Höhe und die Hohe kleiner als die Breite.
Ein derartiger, im wesentlicher plattenförmiger Sekundärkern kann bei einem Aufprall in x-Richtung leicht deformiert werden und benötigt wenig Bauraum zwischen Stoßstange und Fahrgastzelle, sodass die in diesem, für das Frontalcrashverhalten wichtigen Bereich zu montierenden Schaumstoff-Deformationselemente eine größere Dicke, also Ausdehnung in Fahrtrichtung, haben können.
Das Solldeformationsmittel kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise verlaufen, beispielsweise zumindest teilweise gerade und/oder gebogen und/oder gewinkelt und/oder wellenförmig und/oder zickzackförmig und/oder nur auf wenigstens einer Teilstrecke zwischen der Oberseite und der Unterseite.
Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Solldeformationsmittel von der Oberseite bis zu der Unterseite verläuft oder die Oberseite mit der Unterseite verbindet.
Dieser Verlauf des Solldeformationsmittels ermöglicht eine besonders leichte Deformation des Sekundärkerns beim Aufprall auf einen im Wesentlichen in z-Richtung verlaufenden Gegenstand, wie zum Beispiel ein Bein eines Fußgängers.
Das Solldeformationsmittel kann nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise wenigstens eine Sollbruchlinie und/oder wenigstens eine Sollbiegelinie aufweisen. Die Sollbruchlinie und/oder die Sollbiegelinie weist bevorzugt wenigstens eine Perforationslinie und/oder wenigstens eine Nut auf.
Sowohl die Perforationslinie als auch die Nut bewirkt eine Schwächung des Materials, in dem sie ausgebildet ist, sodass es längs der entsprechenden Sollbruchlinie brechen oder längs der entsprechenden Sollbiegelinie verbogen werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann das Solldeformationsmittel wenigstens ein, insbesondere längliches, Verbindungselement aufweisen, das weicher und/oder elastischer als die angrenzenden Abschnitte des Sekundärkerns ist.
Dieses Verbindungselement ermöglicht somit eine Relativbewegung, insbesondere eine Klappbewegung, zwischen den angrenzenden Abschnitten des Sekundärkerns, beispielsweise nach Art eines Scharniers. Es kann nach Bedarf die oben beschriebenen Sollbruchlinien und/oder Sollbiegelinien aufweisen.
Das Material des Verbindungselements kann nach Bedarf beliebig gewählt werden und enthält bevorzugt ein weichmagnetisches Material.
So kann das Verbindungselement beispielsweise aus einem Gemisch aus einem Kunststoff, wie PE oder PP, oder einem Gummi und einem pulverförmigen weichmagnetischen Material, beispielsweise Ferritpulver hergestellt sein, insbesondere durch Spritzgießen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass

– das Verbindungselement wenigstens einen Draht und/oder wenigstens eine Folie und/oder wenigstens ein Gitter und/oder wenigstens ein Netz aufweist;
– der Draht und/oder die Folie und/oder das Gitter und/oder des Netz mit den an das Verbindungselement angrenzenden Abschnitten des Sekundärkerns verbunden ist.

Die Materialien für den Draht, die Folie, das Gitter und das Netz können nach Bedarf beliebig gewählt werden und enthalten beispielsweise wenigstens ein Metall und/oder einen Gummi und/oder wenigstens einen Kunststoff und/oder Kohlenstoff und/oder wenigstens ein Silikon und/oder wenigstens ein Glas und/oder wenigstens eine Keramik und/oder sind bevorzugt weichmagnetisch.
Es kann vorgesehen sein, dass das Solldeformationsmittel den Sekundärkern in y-Richtung in Abschnitte mit gleicher Breite unterteilt.
Diese Abschnitte sind bevorzugt baugleich, wodurch der Sekundärkern einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die Ränder der durch das Solldeformationsmittel verbundenen Abschnitte des Sekundärkerns abgerundet oder abgefast sind.
Hierdurch wird die Verletzungsgefahr durch einzelne Abschnitte, die sich bei einem Aufprall gelöst haben, verringert.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Fahrzeug mit Elektroantrieb vor, umfassend wenigstens eine der vorgeschlagenen Sekundärtransformatoreinheiten.
Es kann vorgesehen sein, dass eine der Sekundärtransformatoreinheiten an der Front des Fahrzeugs und/oder eine der Sekundärtransformatoreinheiten an dem Heck des Fahrzeugs und/oder eine der Sekundärtransformatoreinheiten an der linken Seite des Fahrzeugs und/oder eine der Sekundärtransformatoreinheiten an der rechten Seite des Fahrzeugs angeordnet ist.
Jedes vorgeschlagene Fahrzeug kann weiter umfassen ein vorderes Kennzeichenschild, das in Fahrtrichtung vor einer an der Front angeordneten Sekundärtransformatoreinheit angeordnet ist, und/oder ein hinteres Kennzeichenschild, das in Fahrtrichtung hinter einer an dem Heck angeordneten Sekundärtransformatoreinheit angeordnet ist.
Die Ausführungen zu einem der Aspekte der Erfindung, insbesondere zu einzelnen Merkmalen dieses Aspektes, gelten entsprechend auch analog für die anderen Aspekte der Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine Vorderansicht einer Sekundärtransformatoreinheit in einer ersten Ausführungsform, die an einer Front eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb angeordnet werden kann;
2 die Draufsicht zu der 1;
3 eine Draufsicht einer Sekundärtransformatoreinheit in einer zweiten Ausführungsform; und
4 eine Vorderansicht eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb in einer bevorzugten Ausführungsform.
In den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Sekundärtransformatoreinheit 10 in einer ersten Ausführungsform zur Anbringung an einem Fahrzeug 11 mit Elektroantrieb (4) schematisch dargestellt. Diese Sekundärtransformatoreinheit 10 umfasst einen Sekundärkern 12 und eine Sekundärspule 13, die an dem Sekundärkern 12 angeordnet ist. Der Sekundärkern 12 hat eine Oberseite 14 und eine Unterseite 15, die ihn in einer z-Richtung begrenzen, die in der 1 nach oben und in der 2 nach vorne aus der Papierebene heraus zeigt und der Vertikalrichtung des Fahrzeugs 11 entspricht.
Bei dieser ersten Ausführungsform weist der Sekundärkern 12 vier längliche oder langgestreckte oder stabförmige Solldeformationsmittel 16 auf, die jeweils in z-Richtung von der Oberseite 14 bis zu der Unterseite 15 verlaufen und derart angeordnet sind, dass sie den Sekundärkern 12 in einer y-Richtung, die in den 1 und 2 nach rechts zeigt und der Querrichtung des Fahrzeugs 11 entspricht, in fünf Abschnitte 12' mit gleicher Breite unterteilt.
Bei dieser ersten Ausführungsform weist jedes Solldeformationsmittel 16 ein Verbindungselement 17 auf. Jedes Verbindungselement 17 besteht aus einem Material, das Gummi und gleichmäßig darin verteiltes feines Ferritpulver enthält, und ist somit weicher und elastischer als die jeweils angrenzenden Abschnitte 12' des Sekundärkerns 12, die jeweils aus Ferrit bestehen. Jedes Verbindungselement 17 wurde durch Anvulkanisieren der Gummi-Ferritpulver-Mischung mit den beiden jeweils benachbarten Abschnitten 12' verbunden.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist der Sekundärkern 12 plattenförmig ausgebildet und hat eine linke Seite 18, eine rechte Seite 19, eine Vorderseite 20 und eine Rückseite 21. Die linke Seite 18 und die rechte Seite 19 begrenzen den Sekundärkern 12 in y-Richtung. Die Vorderseite 19 und die Rückseite 20 begrenzen den Sekundärkern 12 in einer x-Richtung, die in der 1 nach vorne aus der Papierebene heraus und in der 2 nach unten zeigt. Dabei entspricht die x-Richtung der Fahrt- oder Längsrichtung des Fahrzeugs 11. Außerdem hat der Sekundärkern 12 in y-Richtung eine Breite, die dem Abstand zwischen der linken Seite 18 und der rechten Seite 19 entspricht, in z-Richtung eine Höhe, die dem Abstand zwischen der Oberseite 14 und der Unterseite 15 entspricht und deutlich keiner als die Breite ist, und in x-Richtung eine Dicke, die dem Abstand zwischen der Vorderseite 20 und der Rückseite 21 entspricht und deutlich kleiner als die Höhe ist.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Sekundärspule 13 in drei im Wesentlichen rechteckigen Windungen an der Vorderseite 20 des Sekundärkerns 12 angeordnet. Eine nicht dargestellte Primärtransformatoreinheit, die einen Primärkern und eine an diesem angeordnete Primärspule umfasst, ist derart ausgebildet, dass sie, wenn sie mit geringem Abstand vor der Vorderseite 20 platziert wird und ihre Primärspule von einem Wechselstrom durchflossen wird, ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien in der 1 durch die Kreise mit Punkt und die Kreise mit Kreuz angedeutet ist. Feldlinien treten beispielsweise an den durch die Kreise mit Kreuz markierten Stellen auf der Vorderseite 20 in die Abschnitte 12' ein und an den durch die Kreise mit Punkt markierten Stellen aus den Abschnitten 12' heraus und verlaufen in den Abschnitten 12' von den Kreisen mit Kreuz zu den Kreisen mit Punkt. Somit umschließen diese Feldlinien die Windungen der Sekundärspule 13 und induzieren dort eine Wechselspannung, die an ein nicht dargestelltes Hochspannungsbordnetz des Fahrzeugs 11 zum Aufladen seiner Traktionsakkumulatoren angelegt wird.
In der 3 ist eine erfindungsgemäße Sekundärtransformatoreinheit 10 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Diese zweite Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich die Unterschiede ausführlicher beschrieben werden.
Bei dieser zweiten Ausführungsform weist der Sekundärkern 12 fünf Solldeformationsmittel 16 auf, die jeweils eine Sollbruchlinie 22 in Gestalt einer Perforationslinie aufweisen. Der Sekundärkern 12 ist einstückig und besteht aus Ferrit, und die Sollbruchlinien 22 umfassen in dem Material des Sekundärkerns 12 ausgebildete Perforationsöffnungen oder Durchbrüche.
In der 4 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 11 mit Elektroantrieb in einer bevorzugten Ausführungsform in Gestalt eines Hybridautos schematisch dargestellt. Dieses Fahrzeug 11 umfasst eine Sekundärtransformatoreinheit 10 in der ersten Ausführungsform, ein vorderes Kennzeichenschild 23 und eine vordere Stoßstange 24.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Sekundärtransformatoreinheit 10 an der Front des Fahrzeugs 11 angeordnet, indem sie mit ihrer Rückseite 21 an der in x-Richtung nach vorn weisenden Vorderseite der Stoßstange 24 befestigt ist. Außerdem ist das Kennzeichenschild 23 in x-Richtung vor der Sekundärtransformatoreinheit 10 angeordnet, indem es mit seiner, bezogen auf die Fahrtrichtung oder die x-Richtung, Rückseite an der Vorderseite 20 des Sekundärkerns 12 befestigt ist. Dabei ist das Kennzeichenschild 23 derart angeordnet und sind die Windungen der Sekundärspule 13 derart auf der Vorderseite 20 des Sekundärkerns 12 verlegt, dass das Kennzeichenschild 23 an der von der Sekundärspule 13 umschlossenen Teilfläche der Vorderseite 20 anliegt und die Sekundärspule 13 um das Kennzeichenschild 23 herumläuft ohne es zu berühren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009023409 A1 [0003]

Claims

Sekundärtransformatoreinheit (10) zur Anbringung an einem Fahrzeug (11) mit Elektroantrieb, umfassend – wenigstens einen Sekundärkern (12) mit einer Oberseite (14) und einer Unterseite (15), die den Sekundärkern (12) in einer z-Richtung begrenzen; – wenigstens eine Sekundärspule (13), die an dem Sekundärkern (12) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass – der Sekundärkern (12) wenigstens ein Solldeformationsmittel (16) aufweist, das im Wesentlichen in z-Richtung zwischen der Oberseite (14) und der Unterseite (15) verläuft.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach Anspruch 1, wobei – das Solldeformationsmittel (16) von der Oberseite (14) bis zu der Unterseite (15) verläuft.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Solldeformationsmittel (16) eine Sollbruchlinie (18) und/oder eine Sollbiegelinie aufweist.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach Anspruch 3, wobei – die Sollbruchlinie (18) und/oder die Sollbiegelinie eine Perforationslinie und/oder eine Nut aufweist.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei – das Solldeformationsmittel (16) ein Verbindungselement (17) aufweist, das weicher und/oder elastischer als die angrenzenden Abschnitte (12') des Sekundärkerns (12) ist.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach Anspruch 5, wobei – das Material des Verbindungselements (17) ein weichmagnetisches Material enthält.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei – das Verbindungselement (17) einen Draht und/oder eine Folie und/oder ein Gitter und/oder ein Netz aufweist; – der Draht und/oder die Folie und/oder das Gitter und/oder das Netz mit den an das Verbindungselement (17) angrenzenden Abschnitten (12') des Sekundärkerns verbunden ist.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Solldeformationsmittel (16) den Sekundärkern (12) in y-Richtung in Abschnitte (12') mit gleicher Breite unterteilt.
Sekundärtransformatoreinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die Ränder der durch das Solldeformationsmittel (16) verbundenen Abschnitte (12') des Sekundärkerns (12) abgerundet oder abgefast sind.
Fahrzeug (11) mit Elektroantrieb, umfassend wenigstens eine Sekundärtransformatoreinheit (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Fahrzeug (11) nach Anspruch 10, wobei – eine der Sekundärtransformatoreinheiten (10) an der Front des Fahrzeugs (11) und/oder eine der Sekundärtransformatoreinheiten (10) an dem Heck des Fahrzeugs (11) und/oder eine der Sekundärtransformatoreinheiten (10) an der linken Seite des Fahrzeugs (11) und/oder eine der Sekundärtransformatoreinheiten (10) an der rechten Seite des Fahrzeugs (11) angeordnet ist.
Fahrzeug (11) nach Anspruch 11, weiter umfassend – ein vorderes Kennzeichenschild (23), das in Fahrtrichtung vor einer an der Front angeordneten Sekundärtransformatoreinheit (10) angeordnet ist, und/oder ein hinteres Kennzeichenschild, das in Fahrtrichtung hinter einer an dem Heck angeordneten Sekundärtransformatoreinheit angeordnet ist.