DE102012103314A1

DE102012103314A1 - Spuleneinheit und Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102012103314A1
Application number: DE102012103314A
Authority: DE
Inventors: Mathias Wechlin
Original assignee: Conductix Wampfler GmbH
Current assignee: Enrx Ipt De GmbH
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: DE102012103314B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit von einem Gehäuse (4; 12) umgebenen Spulenwicklungen (5; 13) einer Spule (6; 14) sowie eine Vorrichtung (1) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Primärspule (6) einer ortsfesten Primärspuleneinheit (3) und einer Sekundärspule (14) einer an einem beweglichen Verbraucher, insbesondere einem Kraftfahrzeug (9) angeordneten Sekundärspuleneinheit (11). Die Erfindung löst die Aufgabe, den sicheren und gegen äußere Einwirkungen geschützten Einsatz der induktiven elektrischen Energieübertragung bei Fahrzeugen, insbesondere bei Landfahrzeugen wie Kraftfahrzeugen, zu ermöglichen, mit einer Spuleneinheit, bei der zwischen mindestens einer Außenseite (7; 15) des Gehäuses (4; 12) und den Spulenwicklungen (5; 13) ein Schutzelement (8; 16) gegen mechanische Beschädigungen der Spulenwicklungen (5; 13) angeordnet ist, mit einer Vorrichtung (1) zur induktiven Übertragung mit einer solchen Spuleneinheit als Primärspuleneinheit (3) und/oder Sekundärspuleneinheit (11) sowie mit einer Verwendung der Spuleneinheit (3; 11) als ortsfeste Primärspuleneinheit (3) und/oder Sekundärspuleneinheit (11) eines beweglichen Verbrauchers bei einer solchen Vorrichtung (1) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie sowie die Verwendung der Spuleneinheit.
Im Bereich der induktiven Energieübertragung zu beweglichen Verbrauchern, beispielsweise Elektro-Landfahrzeugen wie Automobilen oder Lastwagen, ist es bekannt, deren Fahrzeugbatterie über eine ortsfest installierte Primärspule einer Ladestation und eine am Fahrzeugboden angeordnete Sekundärspule zu laden. Zum Laden ist die Primärspule auf oder in der Fahrbahn angeordnet, beispielsweise auf öffentlich zugänglichen Parkplätzen, Ladebereichen von Tankstellen oder in der Garage des Fahrzeugbesitzers. Zum Laden wird das Fahrzeug über die Primärspule gefahren, so dass die im Fahrzeug angeordnete Sekundärspule auf die Primärspule ausgerichtet ist.
Ein Beispiel für eine solche Spulenanordnung mit in den Boden eingelassener Primärspule offenbart die DE 10 2009 033 236 A1 . Dort sind die Spulen gegen äußere mechanische Beschädigungen nur durch ein die Spulenwicklungen umgebendes Gehäuse geschützt.
Befindet sich über der Primärspule kein Fahrzeug, so kann die nach oben hin offene Sichtseite der Primärspule von oben beschädigt werden, beispielsweise durch herabfallende Gegenstände oder mutwillige Beschädigungen. Auch wenn ein Fahrzeug mit geringer Bodenfreiheit über die Primärspule fährt, kann deren Gehäuse und ggf. auch die darin enthaltenen Spulenwicklungen beschädigt werden. Die Sichtseite der Sekundärspule am Fahrzeugboden kann beispielsweise durch Steinschlag oder Überfahren von auf der Fahrbahn liegenden Gegenständen beschädigt werden.
Wegen der Gefahren, die bei einer Beschädigung insbesondere der Spulenwicklungen der Primärspule oder der Sekundärspule bestehen, beispielsweise wenn Spulenwicklungen kurzgeschlossen werden, besteht der Wunsch, die Spulen gegen Beschädigungen durch äußere, insbesondere mechanische Einwirkungen zu schützen. Gerade bei Beschädigungen durch Spitze Gegenstände kann das Gehäuse der Spulen leicht so stark zerstört werden, dass auch Spulenwicklungen beschädigt werden. Auch soll die Beschädigung der Spulen und insbesondere der Spulenwicklungen und ggf. anderer elektrischer Teile der Spulen wegen der hohen Reparaturkosten und der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Fahrzeugs verhindert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine eingangs genannte Spuleneinheit, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie sowie eine Verwendung der Spuleneinheit bereitzustellen, welche den sicheren und gegen äußere Einwirkungen geschützten Einsatz der induktiven elektrischen Energieübertragung bei Fahrzeugen, insbesondere bei Landfahrzeugen wie Kraftfahrzeugen, ermöglichen.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit einer Spuleneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie eine Verwendung der Spuleneinheit mit den Merkmalen des Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist die eingangs genannte Spuleneinheit dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Außenseite des Gehäuses und den Spulenwicklungen ein Schutzelement gegen mechanische Beschädigungen der Spulenwicklungen angeordnet ist. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Spulen und die empfindlichen Spulenwicklungen gegen kleinere mechanische Beschädigungen geschützt sind, wie sie u. a. beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs häufiger auftreten, beispielsweise beim Überfahren von auf der Fahrbahn liegenden Gegenständen. Bevorzugt kann dabei das Schutzelement näher an der Außenseite des Gehäuses angeordnet sein, wobei vorteilhaft auch mehrere Schutzelemente oder Lagen von Schutzelementen vorhanden sein können.
Bevorzugt kann das Schutzelement ein nicht ferromagnetisches, also ein nicht magnetisch leitendes und/oder nicht elektrisch leitfähiges Material umfassen, so dass die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Spule nicht nachteilig beeinflusst werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Schutzelement ein faseriges Material umfassen, welches kleinere Beschädigungen gut vermeiden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schutzelement flächig ausgebildet, so dass eine gute Abdeckung der zu schützenden Spulenwicklungen erreicht werden kann. Hierbei kann das Schutzelement bevorzugt ein Gewebe oder Geflecht sein, welches die Fertigung der Spule erleichtert. Weiter vorteilhaft kann das Schutzelement Kevlar, Aramid, Aramidpapier, Kohlefaser und/oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfassen, wobei Kevlar den Vorteil aufweist, dass es sehr stabil ist und dennoch die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Spule nicht nachteilig beeinflusst.
In einer vorteilhaften und kostengünstigen Ausgestaltung kann das Schutzelement nur auf einer Sichtseite des Gehäuses angeordnet sein, da es beim Einsatz in Fahrzeugen oder Ladestationen für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge grundsätzlich ausreicht, wenn die nach außen hin zugänglichen Teile, insbesondere die Sichtseite der Spuleneinheit, geschützt sind. Die zum Fahrzeug oder zum Fahrbahnboden weisenden Teile der Spuleneinheit werden bei kleineren Beanspruchungen in der Regel nicht beschädigt und benötigen deshalb keinen zusätzlichen Schutz.
In einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführung können das Schutzelement und/oder die Spulenwicklungen fest in das Gehäuse eingebettet, insbesondere mit dem Gehäuse vergossen sein.
In einer sicherheitstechnisch günstigen Ausgestaltung kann das Schutzelement oder Teile davon eine andere Farbe als das Gehäuse aufweisen, insbesondere eine zur Farbe des Gehäuses kontrastierende Farbe. Dadurch können Beschädigungen der Spuleneinheit bei einer Inspektion schnell erkannt werden. Insbesondere bei einem faserigen Material für das Schutzelement kann dann auch der Grad der Beschädigung einfach festgestellt werden. Liegen beispielsweise die Fasern blank, sind aber noch nicht zerschnitten oder zerrissen, so ist die Beschädigung als weniger schlimm anzusehen als wenn die Fasern zerschnitten sind, was u. a. auch an herausstehenden Faserenden erkennbar ist. In letzterem Fall besteht dann auch die Gefahr, dass die Beschädigung bis zu den Spulenwicklungen reicht, welche ggf. dann auch Kurzschlussgefährdet sind.
Erfindungsgemäß ist die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärspuleneinheit und/oder eine Sekundärspuleneinheit wie die oben und nachfolgend beschriebene Spuleneinheit ausgebildet sind.
Vorteilhaft kann die diese Spuleneinheit auch als ortsfeste Primärspuleneinheit einer Ladestation und/oder Sekundärspuleneinheit eines beweglichen Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Primärspule der Primärspuleneinheit und einer Sekundärspule Sekundärspuleneinheit des beweglichen Verbrauchers verwendet werden. Denn die Gefahren einer Beschädigung der Spuleneinheit treten vor allem bei dem Einsatz im Bereich der elektrisch betriebenen Fahrzeuge auf, welche induktiv mit elektrischer Energie versorgt werden. Denn da diese Fahrzeuge in großer Zahl von normalen Verbrauchern verwendet werden sollen, muss eine große Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Benutzung durch die fachlich nicht speziell ausgebildeten Verbraucher sichergestellt werden, auch beim unsachgemäßen Einsatz.
Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Spuleneinheit detailliert anhand von 1 beschrieben, welche eine schematische geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung 1 zeigt.
Die Energieübertragungsvorrichtung 1 weist in an sich bekannter Weise eine ortsfest am Fahrbahnboden 2 installierte Primärspuleneinheit 3 auf. Die Primärspuleneinheit 3 umfasst dabei als wesentliche Bestandteile ein Gehäuse 4 aus Kunststoff, in das eine Vielzahl von Spulenwicklungen 5 einer Primärspule 6 eingegossen sind. Das Gehäuse 4 weist die Form eines Kegelstumpfs auf, kann aber auch andere geeignete Formen haben. Zwischen einer nach außen hin zugänglichen, eine Außenseite des Gehäuses 4 bildende Sichtseite 7 und der Primärspule 6 respektive den Spulenwicklungen 5 ist im Kunststoff des Gehäuses 4 ein Schutzelement 8 in Form eines flächigen Gewebes aus Kevlar eingegossen. Kevlar weist hierbei den Vorteil auf, dass es weder elektrisch leitfähig noch ferromagnetisch ist. Das Schutzelement 8 beeinflusst deshalb die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Primärspule 6 und somit der Energieübertragungsvorrichtung 1 nicht.
Als weiteren Bestandteil weist die Energieübertragungsvorrichtung 1 in an sich bekannter Weise eine an einem Fahrzeugboden 9 eines Fahrzeugs 10 installierte Sekundärspuleneinheit 11 auf. Die Sekundärspuleneinheit 11 entspricht dabei in der vorliegenden Ausführung der Primärspuleneinheit 3 und weist wie diese ein kegelstumpfförmiges Gehäuse 12 aus Kunststoff auf, in das eine Vielzahl von Spulenwicklungen 13 einer Sekundärspule 14 eingegossen sind. Zwischen einer nach außen hin offenen Sichtseite 15 des Gehäuses 12 und den Spulenwicklungen 13 ist im Kunststoff des Gehäuses 4 ein Schutzelement 16 in Form eines flächigen Gewebes aus Kevlar eingegossen.
In der vorliegenden Ausführung ist das Schutzelement 8 bzw. 16 in weißer Farbe gehalten, während die Gehäuse 4 bzw. 12 aus schwarzem Kunststoff gegossen sind. Hierdurch können Beschädigungen, die bis zum Schutzelement 8 bzw. 16 reichen, leicht von außen erkannt werden. Gerade bei einer Inspektion des in der Regel im Dunklen liegenden Fahrzeugbodens 9 können Beschädigungen der Sekundärspule 14 auch bei schlechten Lichtverhältnissen gut und sicher erkannt werden. Insbesondere wenn das Gewebe aus einem faserigen Material besteht, können zerrissene oder anderweitig beschädigte Fasern leicht erkannt werden.
Bezugszeichenliste

1: Energieübertragungsvorrichtung
2: Fahrbahnboden
3: Primärspuleneinheit
4: Gehäuse der Primärspuleneinheit
5: Spulenwicklungen der Primärspulen
6: Primärspule
7: Sichtseite der Primärspuleneinheit
8: Schutzelement der Primärspuleneinheit
9: Fahrzeugboden
10: Kraftfahrzeug
11: Sekundärspuleneinheit
12: Gehäuse der Sekundärspuleneinheit
13: Spulenwicklungen der Sekundärspule
14: Sekundärspule
15: Sichtseite der Sekundärspuleneinheit
16: Schutzelement der Sekundärspuleneinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009033236 A1 [0003]

Claims

Spuleneinheit (3; 11) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit von einem Gehäuse (4; 12) umgebenen Spulenwicklungen (5; 13) einer Spule (6; 14), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Außenseite (7; 15) des Gehäuses (4; 12) und den Spulenwicklungen (5; 13) ein Schutzelement (8; 16) gegen mechanische Beschädigungen der Spulenwicklungen (5; 13) angeordnet ist.
Spuleneinheit (3; 11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) ein nicht ferromagnetisches und/oder nicht elektrisch leitfähiges Material umfasst.
Spuleneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) ein faseriges Material umfasst.
Spuleneinheit (3; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) flächig ausgebildet ist.
Spuleneinheit (3; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) ein Gewebe oder Geflecht ist.
Spuleneinheit (3; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) Kevlar, Aramid, Kohlefaser und/oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfasst.
Spuleneinheit (3; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) auf einer Sichtseite (7; 15) des Gehäuses (4; 12) angeordnet ist.
Spuleneinheit (3; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) und/oder die Spulenwicklungen (5; 13) fest in das Gehäuse (4; 12) eingebettet, insbesondere mit dem Gehäuse (4; 12) vergossen sind.
Spuleneinheit (3; 11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement (8; 16) oder Teile davon eine andere Farbe als das Gehäuse (4; 12), insbesondere eine zur Farbe des Gehäuses (4; 12) kontrastierende Farbe aufweisen.
Vorrichtung (1) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Primärspule (6) einer ortsfesten Primärspuleneinheit (3) und einer Sekundärspule (14) einer an einem beweglichen Verbraucher, insbesondere einem Kraftfahrzeug (9) angeordneten Sekundärspuleneinheit (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspuleneinheit (3) und/oder die Sekundärspuleneinheit (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind.
Verwendung einer Spuleneinheit (3; 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als ortsfeste Primärspuleneinheit (3) und/oder Sekundärspuleneinheit (11) eines beweglichen Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs (9), bei einer Vorrichtung (1) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Primärspule (6) der Primärspuleneinheit (3) und einer Sekundärspule (14) Sekundärspuleneinheit (10) des beweglichen Verbrauchers.