DE102013226228A1

DE102013226228A1 - Induktivladespulenvorrichtung

Info

Publication number: DE102013226228A1
Application number: DE201310226228
Authority: DE
Inventors: Marcin Rejman; Guenter Lohr; Juergen Mack; Dragan Krupezevic
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN104871266A; US20150340153A1; WO2014096039A1; EP2936514A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktivladespulenvorrichtung, insbesondere Handwerkzeuginduktivladespulenvorrichtung, mit wenigstens einer Spuleneinheit (12a–g, 12’c) mit zumindest einem Leiter (14a–g). Es wird vorgeschlagen, dass der Leiter (14a–f; 14g’; 14g’’; 14g’’’) zumindest zwei Hauptquerschnitte (16a; 16c; 16g’; 16g’’; 16g’’’) aufweist.

Description

Stand der Technik
Es sind bereits Induktivladespulenvorrichtungen, insbesondere Handwerkzeuginduktivladespulenvorrichtungen, mit wenigstens einer Spuleneinheit bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Induktivladespulenvorrichtung, insbesondere einer Handwerkzeuginduktivladespulenvorrichtung, mit wenigstens einer Spuleneinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Spuleneinheit zumindest einen Leiter mit zumindest zwei leitungstechnisch parallel angeordneten Hauptquerschnitten aufweist. Unter einer „Spuleneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest eine Leiterschleife mit zumindest einer von einem Leiter gebildeten Wicklung aufweist. Die Spuleneinheit ist dazu vorgesehen, in zumindest einem Betriebszustand eine elektrische Energie zu senden und/oder vorzugsweise zu empfangen. Bevorzugt weist die Spuleneinheit einen Wicklungsträger auf. Der Wicklungsträger kann insbesondere dazu vorgesehen sein, die zumindest eine Leiterschleife zu stützen. Bevorzugt ist die Spuleneinheit dazu vorgesehen, empfangene Energie, insbesondere über einen Spannungswandler und/oder eine Ladeelektronik, einem Verbraucher und/oder einer Akkueinheit zuzuführen. Alternativ kann die Induktivladespulenvorrichtung dazu vorgesehen sein, Energie an eine weitere Induktivladespulenvorrichtung zu senden. Vorzugsweise ist die Spuleneinheit dazu vorgesehen, einen elektrischen Wechselstrom in ein magnetisches Wechselfeld umzuwandeln und/oder umgekehrt. Bevorzugt weist das Wechselfeld eine Frequenz von 10–500 kHz, besonders bevorzugt von 100–120 kHz auf. Unter einer „Handwerkzeuginduktivladespulenvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Induktivladespulenvorrichtung einer Handwerkzeugmaschine, eines Handwerkzeugmaschinenakkupacks oder einer Handwerkzeugakkuladevorrichtung verstanden werden. Unter einer „Handwerkzeugmaschine“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein durch einen Benutzer handgeführtes Elektrogerät, wie insbesondere eine Bohrmaschine, ein Bohrhammer, eine Säge, ein Hobel, ein Schrauber, eine Fräse, ein Schleifer, ein Winkelschleifer und/oder ein Multifunktionswerkzeug oder ein Gartengerät wie eine Hecken-, Strauch- und/oder Grasschere verstanden werden. Unter einem „Hauptquerschnitt“ sollen in diesem Zusammenhang insbesondere Bereiche eines aus einem elektrisch leitenden Material gebildeten Leiterquerschnitts mit gegenüber Bereichen zwischen den Hauptquerschnitten vergrößerter Dicke verstanden werden. Unter einer „Dicke“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Richtung senkrecht zu einem Abstand von Hauptquerschnitten verstanden werden. Unter einer „vergrößerten“ Dicke soll in diesem Zusammenhang zumindest eine Zunahme um 50%, bevorzugt 75%, besonders bevorzugt mehr als 90%, verstanden werden. Bevorzugt sind die Hauptquerschnitte leitungstechnisch parallel angeordnet. Bevorzugt erstrecken sich die Hauptquerschnitte entlang eines überwiegenden Teils einer Leiterlänge, besonders bevorzugt entlang mehr als 90% der Leiterlänge. Unter „leitungstechnisch parallel“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere schaltungstechnisch parallel geschaltet verstanden werden. Bevorzugt weisen die Hauptquerschnitte des Leiters einen gemeinsamen Wicklungssinn auf. Bevorzugt sind die Hauptquerschnitte des Leiters im Bereich der Leiterschleife bezogen auf einen Wicklungsradius um eine Wicklungsachse nebeneinander angeordnet. Ein für einen gewünschten elektrischen Widerstand der Spuleneinheit benötigter Materialquerschnitt des Leiters kann vorteilhaft auf die leitungstechnisch parallel angeordneten Hauptquerschnitte aufgeteilt sein. Insbesondere kann ein Materialquerschnitt eines Hauptquerschnitts des Leiters insbesondere in Richtung des Wicklungsradius geringer sein als ein Materialquerschnitt eines Hauptquerschnitts einer Spuleneinheit, deren Wicklung von einem Leiter mit einem einzelnen Hauptquerschnitt gebildet wird. Eine Oberfläche des Leiters kann gegenüber einem Leiter mit einem einzelnen Hauptquerschnitt bei gleichem Gesamtquerschnitt vergrößert sein. Unter einer “Oberfläche” des Leiters soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Oberfläche des leitfähigen Materials des Leiters verstanden werden. Wirbelstromverluste im Leiter können wirksam reduziert werden. Ein Skin-Effekt kann bei einem Leiter, der mehrere Hauptquerschnitte aufweist, geringer sein. Unter einem „Skin-Effekt“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass bei einem von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossenen Leiter eine Stromdichte an der Oberfläche des Leiters höher ist als in seinem Inneren. Elektrische Verluste können reduziert werden. Eine Erwärmung der Spuleneinheit kann reduziert werden. Ein Wirkungsgrad kann vorteilhaft erhöht sein.
Es wird vorgeschlagen, dass der Leiter zumindest drei Hauptquerschnitte aufweist. Querschnittsflächen der einzelnen Hauptquerschnitte können weiter reduziert werden. Die Oberfläche des Leiters kann weiter vergrößert werden. Elektrische Verluste können besonders gering sein. Ein Wirkungsgrad der Induktivladespulenvorrichtung kann besonders hoch sein.
Weiter wird vorgeschlagen, dass benachbarte Hauptquerschnitte des zumindest einen Leiters sich berührend angeordnet sind und/oder benachbarte Hauptquerschnitte des zumindest einen Leiters miteinander verbunden sind. Unter „berühren“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zwischen benachbarten Hauptquerschnitten sich Oberflächen der Hauptquerschnitte so berühren, dass ein elektrischer Kontakt zwischen den Hauptquerschnitten besteht. Unter „verbunden“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Hauptquerschnitte eine insbesondere stoffschlüssige Verbindung aufweisen. Bevorzugt hat die stoffschlüssige Verbindung eine gegenüber der Dicke des Hauptquerschnitts reduzierte Dicke, insbesondere eine um mehr als 50%, bevorzugt mehr als 80%, reduzierte Dicke. Die Hauptquerschnitte können besonders platzsparend angeordnet sein. Der Leiter kann einen besonders großen Gesamtquerschnitt aufweisen.
Bevorzugt sind die Hauptquerschnitte im Bereich der Leiterschleife gegeneinander elektrisch isoliert. Unter „isoliert“ soll in diesem Zusammenhang bevorzugt ein Widerstand zwischen den Hauptquerschnitten im Bereich der Leiterschleife von mehr als 1 Kiloohm verstanden werden. Insbesondere können benachbarte Hauptquerschnitte in einem Abstand zueinander angeordnet sein. Die gesamte Oberfläche des Leiters kann besonders groß sein. Ein Stromfluss zwischen den Hauptquerschnitten kann vermieden werden. Verluste der Induktivladespulenvorrichtung können weiter reduziert sein.
Weiter wird ein Isolator vorgeschlagen, der zumindest teilweise zwischen benachbarten Hauptquerschnitten des Leiters angeordnet ist. Unter einem „Isolator“ soll insbesondere ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von weniger als 10^–3 S/m, bevorzugt weniger als 10^–8 S/m (Siemens/Meter) verstanden werden. Insbesondere kann der Isolator eine Luftschicht und/oder zumindest eine Lackschicht aufweisen. Ein Stromfluss zwischen Hauptquerschnitten des Leiters kann im Bereich der Wicklung wirksam reduziert werden. Verluste der Induktivladespulenvorrichtung können weiter reduziert sein.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Spuleneinheit zumindest teilweise von Leiterbahnen zumindest einer Leiterschicht einer Leiterplatte gebildet ist. Bevorzugt weist die Leiterplatte zumindest eine elektrisch isolierende Trägerschicht und zumindest eine an der Trägerschicht haftende Leiterschicht auf. Die Trägerschicht kann von einer flexiblen Folie oder bevorzugt einem biegesteifen Material, wie einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, gebildet sein. Es sind auch weitere, dem Fachmann bekannte Materialien möglich. Die Leiterschicht kann bevorzugt von einer Kupferlegierung oder einem anderen elektrisch leitenden Material, insbesondere einem Metall, gebildet sein. Bevorzugt bilden Leiterbahnen der Leiterschicht Hauptquerschnitte des Leiters zumindest einer Wicklung der Spuleneinheit. Ein Wickeln der Wicklung der Spuleneinheit kann entfallen. Ein Wicklungsträger, um den Wicklungen der Spuleneinheit gewickelt werden, kann entfallen. Die Trägerschicht der Leiterplatte kann die Wicklungen stützen. Die Trägerschicht der Leiterplatte kann die Funktion eines Wicklungsträgers der Spuleneinheit erfüllen. Eine Dicke der Spuleneinheit in Richtung der Wicklungsachse kann besonders gering sein. Die Spuleneinheit kann besonders kostengünstig hergestellt werden. Die Trägerschicht der Leiterplatte kann die Hauptquerschnitte des Leiters besonders gut stützen. Die Spuleneinheit kann besonders robust sein.
Besonders vorteilhaft ist die Spuleneinheit zumindest teilweise auf zwei Leiterschichten der Leiterplatte angeordnet. Insbesondere kann die Spuleneinheit zumindest teilweise auf zwei gegenüberliegenden Seiten der zumindest einen Trägerschicht der Leiterplatte angeordnet sein. Bevorzugt können auf den gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht Leiterschichten angeordnet sein, die Leiterschleifen der Spuleneinheit bilden. Es ist ebenfalls möglich, dass mehrere Leiterschichten durch eine Isolationsschicht getrennt auf einer Seite einer Trägerschicht angeordnet sind. Besonders vorteilhaft weist die Leiterplatte einen mehrlagigen Aufbau mit einer Mehrzahl von Trägerschichten auf. Auf den Trägerschichten können jeweils einseitig und/oder bevorzugt beidseitig Leiterschichten angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass mehrere Leiterschichten durch Isolationsschichten getrennt auf einer Seite einer Trägerschicht angeordnet sind. Es kann eine besonders große Anzahl an Leiterschichten zur Verfügung stehen. Die Leiterschleifen der Spuleneinheit können besonders flexibel angeordnet werden. Die Induktivladespulenvorrichtung kann eine besonders große Anzahl an Leiterschleifen aufweisen. Die Leiterschleifen können in Summe eine besonders große Wicklungszahl aufweisen. Es wird vorgeschlagen, dass die Spuleneinheit zumindest drei Leiterschleifen aufweist. Bevorzugt sind die Leiterschleifen auf zumindest drei Seiten von Trägerschichten der Leiterplatte angeordnet. Bevorzugt kann eine doppellagige Leiterplatte mit zwei Trägerschichten auf drei Seiten der Trägerschichten Leiterschleifen aufweisen, und auf einer vierten Seite Leiterbahnen, die für weitere Anwendungen vorgesehen sind, insbesondere zu einer Aufnahme und/oder einem Anschluss von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen.
Bevorzugt weisen die Leiterschleifen Wicklungen mit demselben Wicklungssinn auf. Unter einem „Wicklungssinn“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Wickelrichtung um die Wicklungsachse verstanden werden. Die Leiterschleifen der Spuleneinheit können elektromagnetisch zumindest im Wesentlichen die Eigenschaften einer Spule mit einer durchgehenden Leiterschleife mit einer Wicklungszahl, die der Summe der Wicklungszahlen der Leiterschleifen der Spuleneinheit entspricht, aufweisen. Eine für die Spuleneinheit erforderliche Anzahl Wicklungen kann vorteilhaft auf mehreren Leiterschichten angeordnet werden. Eine Wicklungszahl der einzelnen Leiterschleifen kann reduziert werden.
Es wird vorgeschlagen, dass die Leiterplatte zumindest eine Durchführung aufweist, durch die zumindest ein Verbindungsleiter der Spuleneinheit durchgeführt ist. Der Verbindungsleiter kann zumindest zwei Leiterschleifen der Spuleneinheit verbinden. Bevorzugt ist der Verbindungsleiter durch eine Ausnehmung zumindest einer Trägerschicht der Leiterplatte geführt. Die Leiterschleifen können wirksam elektrisch verbunden werden.
Bevorzugt ist eine Wicklungszahl zweier Leiterschleifen in Summe ungerade. Besonders bevorzugt ist die Wicklungszahl zweier auf einer Trägerschicht angeordneter Leiterschleifen in Summe ungerade. Eine Wicklung kann auf die beiden Leiterschleifen aufgeteilt sein. Bevorzugt können die beiden Leiterschleifen jeweils eine halbe Wicklung aufweisen. Die beiden durch den Verbindungsleiter verbundenen Enden der Leiterschleifen können vorteilhaft räumlich getrennt von den weiteren, freien Enden der Leiterschleifen angeordnet werden. Bevorzugt können die durch den Verbindungsleiter verbundenen Enden auf der Leiterplatte bezogen auf die Wicklungsachse gegenüber den weiteren Enden angeordnet sein.
Bevorzugt wird eine in einer Dickenrichtung der Leiterplatte zumindest weitgehend deckungsgleiche Anordnung der Anschlussbereiche der Spuleneinheit vorgeschlagen. Unter „Anschlussbereichen“ der Spuleneinheit sollen Bereiche verstanden werden, die Anschlussmittel aufnehmen, die dazu vorgesehen sind, die Leiterschleifen elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt sind die Anschlussbereiche mit den freien Enden der Leiterschleifen verbunden. Unter „freien Enden“ sollen in diesem Zusammenhang diejenigen Enden der Leiterschleifen verstanden werden, die den Anfang und/oder das Ende der durch die Leiterschleifen gebildeten Spule der Spuleneinheit bilden. Insbesondere können in den Anschlussbereichen Kontaktmittel wie insbesondere Steckverbinder und/oder Lötflächen vorgesehen sein. Anschlussmittel können besonders vorteilhaft angeordnet werden. Ein Aufbau der Induktivladespulenvorrichtung kann besonders einfach sein.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Induktivladespulenvorrichtung eine Elektronikeinheit und/oder eine Kerneinheit und eine Kontaktierungseinheit zur Kontaktierung der Spuleneinheit aufweist und dass die Kontaktierungseinheit durch eine Ausnehmung der Elektronikeinheit und/oder der Kerneinheit geführt ist. Unter einer „Elektronikeinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil aufweist. Insbesondere kann die Elektronikeinheit eine Leiterplatte aufweisen. Unter einer „Kerneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, ein elektromagnetisches Feld zu bündeln. Insbesondere kann die Kerneinheit zumindest teilweise von einem Magnetwerkstoff gebildet sein. Unter einem „Magnetwerkstoff“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein ferrimagnetischer, insbesondere weichmagnetischer, Werkstoff verstanden werden. Alternativ ist es auch denkbar, ferromagnetische und/oder antiferromagnetische Werkstoffe zu verwenden. Insbesondere kann der Magnetwerkstoff von einem Ferritmaterial gebildet sein. Unter einem „Ferrit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Werkstoff verstanden werden, der zu mindestens 70 %, vorteilhaft zu mindestens 80 %, vorzugsweise zu mindestens 90 %, aus Eisenoxid (Fe₂O₃ und/oder Fe₃O₄) gebildet ist. Bevorzugt weist der Magnetwerkstoff eine Permeabilitätszahl µ größer als 100, bevorzugt größer als 1000, besonders bevorzugt größer als 5000, auf. Die Kerneinheit kann ein Sinterbauteil sein. Bevorzugt kann die Kerneinheit ein Verbundbauteil sein. Insbesondere kann die Kerneinheit ein Verbundbauteil sein, das von einem Matrixmaterial gebildet wird, in das Elemente aus dem Magnetwerkstoff eingebettet sind. Die Elemente können bevorzugt von einem keramischen, insbesondere ferromagnetischen Werkstoff gebildet sein, wodurch vorteilhaft ein besonders hoher Wirkungsgrad bei einer Energieübertragung erreicht werden kann. Insbesondere soll unter einem „keramischen“ Werkstoff ein anorganischer polykristalliner Werkstoff verstanden werden, der durch einen Sintervorgang hergestellt wurde. Bevorzugt ist die Kerneinheit zumindest teilweise zwischen der Elektronikeinheit und der Spuleneinheit angeordnet. Unter einer „Kontaktierungseinheit“ soll in diesem Zusammenhang bevorzugt eine Vorrichtung verstanden werden, die zu einer lösbaren Kontaktierung der Spuleneinheit vorgesehen ist. Insbesondere kann die Kontaktierungseinheit als Steckverbindung mit zwei Steckverbindungselementen ausgebildet sein. Die Steckverbindung kann bevorzugt einen Stecker und eine Kupplung aufweisen. Es sind aber auch alternative Ausbildungen der Kontaktierungseinheit denkbar, insbesondere Zuleitungen, die mittels einer Lötverbindung einen Kontakt herstellen. Bevorzugt kann eines der Steckverbindungselemente, bevorzugt der Stecker, fest mit der Spuleneinheit verbunden sein. Bevorzugt kann das Steckverbindungselement mit der Spuleneinheit verlötet sein. Bevorzugt kann das weitere Steckverbindungselement mit der Elektronikeinheit verbunden sein, bevorzugt verlötet. Bevorzugt kann das weitere Steckverbindungselement als Kupplung ausgebildet sein. Bevorzugt können in einem montierten Zustand der Induktivladespulenvorrichtung, in dem die Kontaktierungseinheit die Spuleneinheit mit der Elektronikeinheit kontaktiert, die Steckverbindungselemente zumindest zu einem Großteil innerhalb der Ausnehmungen der Kerneinheit und/oder der Elektronikeinheit angeordnet sein. Unter „zu einem Großteil“ sollen in diesem Zusammenhang mehr als 50%, bevorzugt mehr als 60%, besonders bevorzugt mehr als 80%, eines äußeren Volumens der Steckverbindung verstanden werden. Die Induktivladespulenvorrichtung kann besonders kompakt sein. Insbesondere kann die Induktivladespulenvorrichtung in einer Dickenrichtung in Richtung einer Wicklungsachse besonders dünn sein. Eine besonders platzsparende Unterbringung der Induktivladespulenvorrichtung kann möglich sein. Eine die Induktivladespulenvorrichtung aufweisende Vorrichtung kann besonders kompakt sein. Eine Montage der Induktivladespulenvorrichtung kann besonders einfach sein. Insbesondere kann die Kontaktierungseinheit bei einem Zusammenfügen der Spuleneinheit mit der Kerneinheit und der Elektronikeinheit in einer Montagebewegung die Kontaktierung der Spuleneinheit mit der Elektronikeinheit bilden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Spuleneinheit zumindest eine Wicklung mit einer von einer Kreisform abweichenden Wicklungsform aufweist. Unter einer „Wicklungsform“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere die Form einer gemittelten Wicklungsbahn der Wicklungen einer Leiterschleife verstanden werden. Unter „von einer Kreisform abweichend“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine von einer Kreisform abweichende Wicklungsform verstanden werden, bei der eine Länge der Wicklungsbahn zumindest um 10% länger, bevorzugt um mehr als 20% länger, besonders bevorzugt um mehr als 30% länger, als ein Umfang eines größten in die Wicklungsbahn eingeschriebenen Kreises ist. Insbesondere kann die Wicklungsform an eine Form eines Bauraums eines Gehäuses angepasst sein, in dem die Induktivladespulenvorrichtung angeordnet ist. Die Induktivladespulenvorrichtung kann einen Bauraum besonders gut nutzen. Die Induktivladespulenvorrichtung kann besonders leistungsfähig sein. Eine elektrische Leistung der Spuleneinheit kann besonders hoch sein.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Leiterschleife eine einem Rechteck zumindest angenäherte Wicklungsform aufweist. Unter „einem Rechteck zumindest angenähert“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Wicklungsbahn entlang mehr als 50%, bevorzugt mehr als 75%, ihres Umfangs von einem Rechteck um weniger als 10%, bevorzugt weniger als 5%, bezogen auf einen kleinsten Wicklungsdurchmesser abweicht. Bevorzugt können Ecken der Wicklungsform der Leiterschleife einen Radius aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Wicklungsform der Leiterschleife einem Quadrat angenähert sein. Neben quadratischen und rechteckigen Wicklungsformen sind auch weitere Wicklungsformen denkbar, insbesondere eine elliptische Wicklungsform. Die Induktivladespulenvorrichtung kann besonders flexibel an einen vorhandenen Bauraum angepasst werden. Die Spuleneinheit kann besonders gut elektromagnetische Felder aussenden und/oder empfangen, die von einer Kreissymmetrie abweichen. Ein Wirkungsgrad und/oder eine Leistungsfähigkeit der Induktivladespulenvorrichtung kann abhängig von einer Ausrichtung sein. Der Wirkungsgrad und/oder die Leistungsfähigkeit der Induktivladespulenvorrichtung kann einstellbar sein.
Weiter wird eine Spulenlagereinheit vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, die zumindest eine Spuleneinheit um zumindest eine Achse drehbar zu lagern. Bevorzugt ist die Spulenlagereinheit dazu vorgesehen, die zumindest eine Spuleneinheit um ihre Wicklungsachse drehbar zu lagern. Es ist ebenfalls möglich, dass die Spulenlagereinheit die Induktivladespulenvorrichtung drehbar lagert. Insbesondere kann die Spulenlagereinheit die Induktivladespulenvorrichtung an einer Gehäuseeinheit, insbesondere an einer Gehäuseeinheit einer Handwerkzeugmaschine oder eines Handwerkzeugakkupacks, drehbar lagern. Eine Orientierung der Spuleneinheit kann vorteilhaft an eine Orientierung einer Spuleneinheit einer weiteren Induktivladespulenvorrichtung angepasst werden. Insbesondere kann die Orientierung der Spuleneinheit verändert werden, während eine Handwerkzeugmaschine und/oder ein Handwerkzeugakkupack, welche die Spuleneinheit aufweisen, ortsfest bleiben.
Weiter wird eine Ausrichteeinheit vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, die Spuleneinheit in einer Orientierung um zumindest eine Achse auszurichten. Bevorzugt ist die Ausrichteeinheit dazu vorgesehen, die Spuleneinheit in ihrer Orientierung um ihre Wicklungsachse auszurichten. Die Ausrichteeinheit kann insbesondere eine Vorrichtung sein, die zumindest teilweise eine selbsttätige Ausrichtung der Spuleneinheit vornimmt. Die Ausrichtung kann entsprechend einer definierten Ausrichtung vorgenommen werden, insbesondere entsprechend einer Ausrichtung einer weiteren Induktivladespulenvorrichtung. Die Ausrichtung kann abhängig von einer Leistungsfähigkeit der Induktivladespulenvorrichtung sein, insbesondere kann die Ausrichtung so erfolgen, dass eine elektrische Leistung und/oder ein Wirkungsgrad der Induktivladespulenvorrichtung einen gewünschten Wert erreicht, insbesondere maximiert wird. Die Ausrichteeinheit kann insbesondere zumindest ein aktives Ausrichtmittel wie insbesondere einen Aktuator enthalten. Die Ausrichteeinheit kann mechanische Ausrichtmittel enthalten, insbesondere Mittel zu einer Ausrichtung mittels eines Formschlusses, wie zum Beispiel Führungen und/oder Kulissen. Die Spuleneinheit kann besonders wirksam vorteilhaft ausgerichtet werden.
Besonders vorteilhaft weist die Induktivladespulenvorrichtung eine Anzeigeeinheit auf, die in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, einem Benutzer eine Güte einer Ausrichtung der Spuleneinheit um die Achse zu signalisieren. Insbesondere kann die Anzeigeeinheit dazu vorgesehen sein, dem Benutzer die Güte einer Ausrichtung der Spuleneinheit um ihre Wicklungsachse zu signalisieren. Die Anzeigeeinheit kann insbesondere Signalmittel aufweisen wie Lampen und/oder LEDs, die die Güte der Ausrichtung farblich und/oder symbolisch anzeigen. Insbesondere kann die Anzeigeeinheit eine gute und/oder ausreichende Ausrichtung signalisieren, insbesondere durch eine grüne Signalfarbe und/oder ein Piktogramm. Die Anzeigeeinheit kann eine ungenaue und/oder insbesondere ungeeignete Ausrichtung durch eine gelbe oder rote Signalfarbe und/oder ein Piktogramm anzeigen. Es sind auch graphische und/oder numerische Anzeigen denkbar, die zum Beispiel die Güte der Ausrichtung als Prozentsatz einer optimalen Ausrichtung anzeigen. Auch akustische Anzeigen und weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Formen einer Anzeige der Ausrichtung sind denkbar.
Weiter werden eine Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit und eine zwischen der Spuleneinheit und der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit angeordnete Abschirmeinheit vorgeschlagen, die eine elektrisch leitende Materialschicht mit einer Projektionsfläche aufweist, die bei einer Projektion in Richtung der Wicklungsachse der Spuleneinheit zumindest im Wesentlichen die Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit überdeckt. Unter einer „Elektronikeinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die zumindest ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil aufweist. Insbesondere kann die Elektronikeinheit eine Leiterplatte aufweisen. Bevorzugt kann die Ladeelektronik Teil der Elektronikeinheit sein. Unter einer „Zelleneinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Energiespeichereinheit verstanden werden, die zumindest eine Akkuzelle aufweist, die insbesondere zu einer elektrochemischen Speicherung elektrischer Energie vorgesehen ist. Die Akkuzelle kann eine Bleiakkuzelle, eine NiCd-Akkuzelle, eine NiMH-Akkuzelle, insbesondere jedoch eine lithiumbasierte Akkuzelle sein. Es sind auch weitere, dem Fachmann bekannte Typen von Akkuzellen denkbar. Unter „abschirmen“ soll in diesem Fall insbesondere eine Reduktion eines sich in Richtung von der Spuleneinheit zur abzuschirmenden Baugruppe ausbreitenden elektromagnetischen Wechselfelds im Bereich der abgeschirmten Baugruppe verstanden werden. Bevorzugt wird das elektromagnetische Wechselfeld um wenigstens 50%, besonders bevorzugt um wenigstens 80%, reduziert. Bevorzugt wird das elektromagnetische Wechselfeld durch einen Betrieb der Induktivladespulenvorrichtung verursacht. Unter einer „Projektionsfläche“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Fläche eines Schattenwurfs eines Körpers bei einer Parallelprojektion in Projektionsrichtung verstanden werden. Unter „zumindest im Wesentlichen überdecken“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Projektionsfläche der Abschirmeinheit in Projektionsrichtung eine Außenkontur der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit, bevorzugt der Elektronikeinheit und Zelleneinheit, zu wenigstens 90%, bevorzugt zu mehr als 95%, besonders bevorzugt zu wenigstens 100% überdeckt. Die elektrisch leitende Materialschicht kann das elektromagnetische Feld insbesondere abschirmen, indem sie dieses reflektiert und zurückwirft. Die abzuschirmende Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit kann vor dem elektromagnetischen Feld geschützt werden. Ein Einfluss des elektromagnetischen Felds auf die Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit kann reduziert werden. Verlustströme, die in der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit durch das elektromagnetische Wechselfeld hervorgerufen werden, können reduziert sein. Eine Erwärmung der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit durch Verlustströme kann reduziert sein. Eine Beschädigung der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit und/oder eine reduzierte Lebensdauer der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit und/oder eine Fehlfunktion der Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit durch Einflüsse des elektromagnetischen Wechselfelds auf die Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit kann vermieden werden. Ein Wirkungsgrad der Induktivladespulenvorrichtung kann erhöht sein.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird eine Kerneinheit vorgeschlagen, deren Projektionsfläche bei einer Projektion in Richtung einer Wicklungsachse der Spuleneinheit zumindest im Wesentlichen die Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit überdeckt. Bevorzugt kann die Kerneinheit Feldlinien des elektromagnetischen Wechselfelds bündeln und im Bereich der Spuleneinheit konzentrieren und/oder in Richtung einer weiteren Induktivladespulenvorrichtung lenken. Eine im elektromagnetischen Wechselfeld enthaltene Energie kann von der Spuleneinheit zumindest teilweise aufgenommen werden und einen elektrischen Strom verstärken. Die Kerneinheit kann als Abschirmeinheit die Elektronikeinheit und/oder Zelleneinheit vor dem elektromagnetischen Feld abschirmen. Die Kerneinheit kann die genannten Vorteile einer Abschirmeinheit aufweisen.
Weiter wird eine Handwerkzeugvorrichtung mit einer Induktivladespulenvorrichtung mit den beschriebenen Merkmalen vorgeschlagen. Hierbei kann die Handwerkzeugvorrichtung von einer Handwerkzeugmaschine, einem Handwerkzeugakkupack, einem Handwerkzeugkoffer oder von einer Handwerkzeugakkuladevorrichtung gebildet sein. Die Handwerkzeugvorrichtung kann die genannten Vorteile der Induktivladespulenvorrichtung aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind sieben Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Spuleneinheit einer Induktivladespulenvorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Handwerkzeugakkuladevorrichtung und eines Handwerkzeugakkupacks mit erfindungsgemäßen Induktivladespulenvorrichtungen,
3 eine schematische Darstellung eines Schnitts der Induktivladespulenvorrichtung des Handwerkzeugakkupacks,
4 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugakkupacks mit einer Induktivladespulenvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung einer Spuleneinheit einer Induktivladespulenvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Schnittdarstellung eines Handwerkzeugakkupacks mit der Induktivladespulenvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels und einer Handwerkzeugakkuladevorrichtung mit einer weiteren Induktivladespulenvorrichtung,
7 eine schematische Schnittdarstellung der Spuleneinheit des Handwerkzeugakkupacks in einer zweiten Schnittebene,
8 schematische Darstellungen weiterer möglicher Wicklungsformen,
9 eine schematische Darstellung eines Systems mit zwei Induktivladespulenvorrichtungen in einem vierten Ausführungsbeispiel,
10 eine schematische Darstellung eines Handwerkzeugakkupacks mit einer Induktivladespulenvorrichtung in einem fünften Ausführungsbeispiel.
11 eine schematische Schnittdarstellung einer Spuleneinheit einer Induktivladespulenvorrichtung in einem sechsten Ausführungsbeispiel und
12 eine schematische Darstellung vom möglichen Hauptquerschnitten eines Leiters von weiteren Spuleneinheiten weiterer Induktivladespulenvorrichtungen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Spuleneinheit 12a einer Induktivladespulenvorrichtung 10a mit zwei Leiterschleifen 60a mit je einer spiralförmigen Wicklung 34a. Die Spuleneinheit 12a wird von einer rechteckigen Leiterplatte 24a gebildet (2). Die Leiterplatte 24a weist Leiterschichten 22a auf, die Leiterbahnen 20a bilden. Die Leiterbahnen 20a bilden Wicklungen 34a der Spuleneinheit 12a (2). Die Leiterschichten 22a sind auf zwei Seiten 26a einer Trägerschicht 28a der Leiterplatte 24a angeordnet. Die Trägerschicht 28a der Leiterplatte 24a erfüllt so die Funktion eines Wicklungsträgers der Wicklungen 34a der Spuleneinheit 12a. Die Wicklungen 34a weisen jeweils einen Leiter 14a mit drei Hauptquerschnitten 16a auf. Die Hauptquerschnitte 16a sind leitungstechnisch parallel angeordnet und werden von den Leiterbahnen 20a gebildet. Zwischenräume 62a in Richtung eines Radius um eine Wicklungsachse 46a zwischen den benachbarten Hauptquerschnitten 16a bilden Isolatoren 18a. Die Hauptquerschnitte 16a sind zusätzlich mit einer nicht näher dargestellten Lackschicht isoliert und versiegelt. Die Hauptquerschnitte 16a enden nach 4½ Wicklungen um die Wicklungsachse 46a in einem Anschlussbereich 66a auf, bezogen auf die Wicklungsachse 46a, einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 24a. Durch eine Durchführung 30a der Leiterplatte 24a ist ein mit den Hauptquerschnitten 16a verbundener Verbindungsleiter 32a geführt. Der Verbindungsleiter 32a verbindet die Wicklungen 34a auf den beiden Seiten 26a der Leiterplatte 24a. Die Wicklungen 34a weisen denselben Wicklungssinn um die Wicklungsachse 46a auf. Beide Leiterschleifen 60a weisen dieselbe Wicklungszahl von 4½ Wicklungen auf, so dass die Spuleneinheit 12a eine ungerade Wicklungszahl von 9 aufweist. Da jede Leiterschleife 60a eine halbe Wicklung aufweist und die Durchführung 30a dem Anschlussbereich 66a gegenüberliegt, enden beide Wicklungen 34a im Bereich des auf den beiden Seiten 26a der Leiterplatte 24a angeordneten Anschlussbereichs 66a. Durch die drei leitungstechnisch parallel angeordneten Hauptquerschnitte 16a weist die Leiterschleife 60a, wenn die Hauptquerschnitte 16a von einem hochfrequenten Strom durchflossen werden, nur geringe Wirbelstromverluste auf.
Die Induktivladespulenvorrichtung 10a ist Bestandteil einer Handwerkzeugvorrichtung 58a (2). Die Handwerkzeugvorrichtung 58a ist als Handwerkzeugakkupack 82a ausgebildet. In einer Gehäuseeinheit 84a ist eine Zelleneinheit 38a angeordnet, die dazu vorgesehen ist, eine Handwerkzeugmaschine mit Energie zu versorgen. Die Induktivladespulenvorrichtung 10a ist zu einer drahtlosen Energieübertragung für einen Ladevorgang der Zelleneinheit 38a vorgesehen. Die Induktivladespulenvorrichtung 10a ist zwischen der Zelleneinheit 38a und einer Gehäusewand 86a der Gehäuseeinheit 84a angeordnet. Ausgehend von der Gehäusewand 86a in Richtung der Zelleneinheit 38a folgen zunächst die Spuleneinheit 12a, eine Kerneinheit 48a und eine Elektronikeinheit 36a. Die Elektronikeinheit 36a ist mittels eines Verbindungsleiters 68a mit der Zelleneinheit 38a verbunden und beinhaltet eine Ladeelektronik, die dazu vorgesehen ist, die Zelleneinheit 38a aufzuladen. Eine durch Ausnehmungen 54a, 56a der Elektronikeinheit 36a und der Kerneinheit 48a geführte Kontaktierungseinheit 52a (3) verbindet die Elektronikeinheit 36a und die Spuleneinheit 12a. Die Kontaktierungseinheit 52a weist einen Stecker 100a mit Anschlussstiften 98a auf, die durch Ausnehmungen 102a durch die Spuleneinheit 12a geführt sind und Anschlussbereiche 96a kontaktieren. Eine Buchse 104a ragt in die Ausnehmung 54a der Elektronikeinheit 36a. In einem betriebsbereiten Zustand der Induktivladespulenvorrichtung 10a ragt der Stecker 100a in die Buchse 104a. Stecker 100a und Buchse 104a bilden die Kontaktierungseinheit 52a. An der der Kerneinheit 48a zugewandten Seite der Elektronikeinheit 36a ist eine von einer leitenden Materialschicht 42a gebildete Abschirmeinheit 40a angeordnet, die eine Projektionsfläche 44a aufweist, die bei einer Projektion in Richtung der Wicklungsachse 46a der Spuleneinheit 12a die Elektronikeinheit 36a und die Zelleneinheit 38a überdeckt. Ein magnetisches Wechselfeld in dem Bereich der Spuleneinheit 12a wird von der Abschirmeinheit 40a zu einem Großteil in Richtung der Spuleneinheit 12a zurückgeworfen, so dass eine Feldstärke im Bereich der Zelleneinheit 38a und der Elektronikeinheit 36a reduziert ist.
Um die Zelleneinheit 38a aufzuladen, wird der Handwerkzeugakkupack 82a auf eine als Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88a’ ausgebildete Handwerkzeugvorrichtung 58a’ aufgesetzt, die eine analog aufgebaute Induktivladespulenvorrichtung 10a‘ aufweist. Die Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88a’ verfügt über eine Stromversorgung 70a’. Wird die Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88a’ mit Strom versorgt, wird die Induktivladespulenvorrichtung 10a’ von einem hochfrequenten Wechselstrom von 100 kHz durchflossen, der von einer auf einer Elektronikeinheit 36a’ angeordneten Ladeelektronik erzeugt wird. In einer Spuleneinheit 12a‘ wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches von einer Kerneinheit 48a‘ gebündelt und im Wesentlichen in Richtung der Induktivladespulenvorrichtung 10a abgegeben wird. In der Spuleneinheit 12a der Induktivladespulenvorrichtung 10a wird ein Strom induziert, mit dem die Zelleneinheit 38a geladen werden kann.
Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnung sechs weiterer Ausführungsbeispiele beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnung und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind anstelle des Buchstabens a des ersten Ausführungsbeispiels die Buchstaben b–g den Bezugszeichen der weiteren Ausführungsbeispiele nachgestellt.
4 zeigt einen Handwerkzeugakkupack 82b mit einer Spuleneinheit 12b einer Induktivladespulenvorrichtung 10b in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Induktivladespulenvorrichtung 10b unterscheidet sich von der Induktivladespulenvorrichtung 10a des ersten Ausführungsbeispiels insbesondere dadurch, dass eine Kerneinheit 48b wannenförmig ausgebildet ist und eine Projektionsfläche 50b in Richtung einer Wicklungsachse 46b der Spuleneinheit 12b aufweist, die eine Elektronikeinheit 36b und eine Zelleneinheit 38b überdeckt. Durch die wannenförmige Ausbildung umgibt die Kerneinheit 48b die Elektronikeinheit 36b um die Wicklungsachse 46b vollständig und die Zelleneinheit 38b teilweise. Die Kerneinheit 48b bündelt ein magnetisches Wechselfeld, welches aus Richtung der Spuleneinheit 12b auf die Kerneinheit 48b auftrifft, und lenkt es in Richtung der Kerneinheit 48b. Auf einer der Elektronikeinheit 36b und der Zelleneinheit 38b zugewandten Seite der Kerneinheit 48b ist eine Feldstärke des magnetisches Wechselfelds besonders gering. Die Elektronikeinheit 36b und die Zelleneinheit 38b können vor einem Einfluss des magnetischen Wechselfelds geschützt werden. Die Spuleneinheit 12b wird von einer Leiterplatte 24b mit Leiterbahnen 20b gebildet.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Spuleneinheit 12c einer Induktivladespulenvorrichtung 10c in einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 12c weist zwei Leiterschleifen 60c mit Wicklungen 34c mit einer von einer Kreisform abweichenden, einem Quadrat mit abgerundeten Ecken 118c angenäherten Wicklungsform auf.
Die Wicklungen 34c der Leiterschleifen 60c werden von Leiterbahnen 20c gebildet, die von Leiterschichten 22c (6) einer quadratischen Leiterplatte 24c gebildet werden. Die Leiterschichten 22c sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten 26c einer Trägerschicht 28c der Leiterplatte 24c angeordnet. Die Wicklungen 34c weisen jeweils einen Leiter 14c auf, der zur Verminderung von Wirbelstromverlusten die je drei leitungstechnisch parallel angeordneten Hauptquerschnitte 16c aufweist, die von den Leiterbahnen 20c gebildet werden. Die Hauptquerschnitte 16c sind mit einer nicht näher dargestellten Lackschicht isoliert und versiegelt. Die Hauptquerschnitte 16c enden nach 5½ Wicklungen um eine Wicklungsachse 46c auf, bezogen auf eine Wicklungsachse 46c, einander gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte 24c.
Anschlussbereiche 96c sind in Dickenrichtung 94c der Leiterplatte 24c deckungsgleich angeordnet. Durch eine Durchführung 30c der Leiterplatte 24c ist ein mit den Hauptquerschnitten 16c verbundener Verbindungsleiter 32c geführt. Der Verbindungsleiter 32c verbindet Enden der Wicklungen 34c auf den beiden Seiten 26c der Leiterplatte 24c. Die Wicklungen 34c der Leiterschleifen 60c weisen denselben Wicklungssinn um die Wicklungsachse 46c auf. Beide Leiterschleifen 60c weisen dieselbe Wicklungszahl von 5½ Wicklungen auf, so dass die Spuleneinheit 12c in Summe eine ungerade Wicklungszahl von 11 aufweist.
Die Induktivladespulenvorrichtung 10c ist Bestandteil einer Handwerkzeugvorrichtung 58c (6). Die Handwerkzeugvorrichtung 58c ist als Handwerkzeugakkupack 82c ausgebildet. In einer Gehäuseeinheit 84c ist eine Zelleneinheit 38c angeordnet, die dazu vorgesehen ist, eine Handwerkzeugmaschine mit Energie zu versorgen. Die Form der Leiterplatte 24c und die Wicklungsform der Leiterschleifen 60c sind einer senkrecht zur Wicklungsachse 46c stehenden Grundfläche einer Gehäusewand 86c der Gehäuseeinheit 84c angepasst und nutzen die Grundfläche zu mehr als 94% aus.
Die Induktivladespulenvorrichtung 10c ist zu einer drahtlosen Energieübertragung für einen Ladevorgang der Zelleneinheit 38c vorgesehen. Die Induktivladespulenvorrichtung 10c ist zwischen der Zelleneinheit 38c und der Gehäusewand 86c der Gehäuseeinheit 84c angeordnet. Ausgehend von der Gehäusewand 86c in Richtung der Zelleneinheit 38c folgen zunächst die Spuleneinheit 12c, eine Kerneinheit 48c und eine Elektronikeinheit 36c. Die Elektronikeinheit 36c ist mittels eines Verbindungsleiters 68c mit der Zelleneinheit 38c verbunden und beinhaltet eine Ladeelektronik, die dazu vorgesehen ist, die Zelleneinheit 38c aufzuladen. Eine durch Ausnehmungen 54c, 56c der Elektronikeinheit 36c und der Kerneinheit 48c geführte Kontaktierungseinheit 52c (7) verbindet die Elektronikeinheit 36c und die Spuleneinheit 12c. Die Kontaktierungseinheit 52c weist einen Stecker 100c mit Anschlussstiften 98c auf, die durch Ausnehmungen 102c durch die Spuleneinheit 12c geführt sind und die Anschlussbereiche 96c kontaktieren. Eine Buchse 104c ragt in die Ausnehmung 54c der Elektronikeinheit 36c. In einem betriebsbereiten Zustand der Induktivladespulenvorrichtung 10c ragt der Stecker 100c in die Buchse 104c. Stecker 100c und Buchse 104c bilden die Kontaktierungseinheit 52c. An der der Kerneinheit 48c zugewandten Seite der Elektronikeinheit 36c ist eine von einer leitenden Materialschicht 42c gebildete Abschirmeinheit 40c angeordnet, die eine Projektionsfläche 44c aufweist, die bei einer Projektion in Richtung der Wicklungsachse 46c der Spuleneinheit 12c die Elektronikeinheit 36c und die Zelleneinheit 38c überdeckt. Ein magnetisches Wechselfeld in dem Bereich der Spuleneinheit 12c wird von der Abschirmeinheit 40c zu einem Großteil in Richtung der Spuleneinheit 12c zurückgeworfen, so dass eine Feldstärke im Bereich der Zelleneinheit 38c und der Elektronikeinheit 36c reduziert ist.
Um die Zelleneinheit 38c aufzuladen, wird der Handwerkzeugakkupack 82c auf eine als Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88’c ausgebildete Handwerkzeugvorrichtung 58’c aufgesetzt, die eine analog aufgebaute Induktivladespulenvorrichtung 10’c aufweist. Die Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88’c verfügt über eine Stromversorgung 70’c. Wird die Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88’c mit Strom versorgt, wird eine Spuleneinheit 12’c von einem hochfrequenten Wechselstrom von 100 kHz durchflossen, der von einer auf einer Elektronikeinheit 36’c angeordneten Ladeelektronik erzeugt wird. In der Spuleneinheit 12’c wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches von einer Kerneinheit 48’c gebündelt, im Wesentlichen in Richtung der Induktivladespulenvorrichtung 10c abgegeben und dort durch die Kerneinheit 48c im Bereich der Spuleneinheit 12c gebündelt wird. Die Kerneinheiten 48c und 48’c weisen zu diesem Zweck in ein Matrixmaterial eingegossene, von einem Ferritmaterial gebildete weichmagnetische Kernelemente auf. In der Spuleneinheit 12c der Induktivladespulenvorrichtung 10c wird ein Strom induziert, mit dem die Zelleneinheit 38c geladen werden kann. Leiterschleifen 60’c der Induktivladespulenvorrichtung 10’c überdecken die Leiterschleifen 60c der Induktivladespulenvorrichtung 10c vollständig, unabhängig von ihrer Orientierung um die Wicklungsachse 46c, indem eine kleinste Wicklung der Leiterschleife 60’c in ihrem gesamten Umfang um eine Wicklungsachse 46’c einen kleinsten Radius aufweist, der kleiner ist als ein kleinster Radius der Leiterschleife 60c, und eine größte Wicklung der Leiterschleife 60’c in ihrem gesamten Umfang um die Wicklungsachse 46’c einen größten Radius aufweist, der größer ist als ein größter Radius der Leiterschleife 60c. Die Orientierung der Induktivladespulenvorrichtung 10c um die Wicklungsachse 46c bezogen auf die Induktivladespulenvorrichtung 10’c hat nur einen geringen Einfluss auf eine Energieübertragung.
8 zeigt Beispiele weiterer alternativer Wicklungsformen, die anstelle der einem Quadrat angenäherten Wicklungsform der Spuleneinheit 12c eingesetzt werden können. Der Fachmann wird entsprechend einer Geometrie einer Gehäuseeinheit eine passende Wicklungsform auswählen. 8-I zeigt eine Leiterschleife 60c’ mit einer einem Rechteck angenäherte Wicklungsform. 8-II zeigt eine Leiterschleife 60c’’ mit einer Wicklungsform, die zwei Halbkreisen mit zwei geraden Seitenkanten angenähert ist. 8-III zeigt eine Leiterschleife 60c’’’ mit einer einem Oval angenäherten Wicklungsform. 8-IV zeigt eine Leiterschleife 60c’’’’ mit einer einem Trapez angenäherten Wicklungsform.
9 zeigt ein System mit zwei als Handwerkzeugmaschinenakku 82d und als Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88’d mit in ihrem Inneren angeordneten, Spuleneinheiten 12d und 12’d aufweisenden Induktivladespulenvorrichtungen 10d und 10’d ausgebildeten Handwerkzeugvorrichtungen 58d und 58’d in einem vierten Ausführungsbeispiel. Die Handwerkzeugvorrichtungen 58d und 58’d unterscheiden sich vom dritten Ausführungsbeispiel insbesondere durch eine Ausrichteeinheit 114d, die dazu vorgesehen ist, eine Spuleneinheit 12d der Induktivladespulenvorrichtung 10d in einer Orientierung um zumindest eine Achse 112d auszurichten. Der Handwerkzeugakkupack 82d weist Führungsrillen 120d auf, mit denen er zum Laden einer hier nicht näher dargestellten Zelleneinheit der Handwerkzeugvorrichtungen 58d in Führungsschienen 122’d der Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88‘d eingeschoben wird. Die Führungsrillen 120d und die Führungsschienen 122’d bilden die Ausrichteeinheit 114d, die dazu vorgesehen ist, die Induktivladespulenvorrichtungen 10d und 10’d in einer Orientierung um die von Wicklungsachsen 46d und 46’d gebildete Achse 112d zueinander auszurichten. Die Ausrichteeinheit 114d legt ebenfalls die Orientierung des Handwerkzeugakkupacks 82d bezüglich der Handwerkzeugakkuladevorrichtung 88’d um die weiteren rotativen Freiheitsgrade sowie zwei translatorische Freiheitsgrade fest. Die Spuleneinheiten 12d, 12’d weisen analog zum dritten Ausführungsbeispiel von Leiterschleifen 60d, 60’d gebildete Wicklungen 34d, 34’d sowie Elektronikeinheiten 36d, 36’d auf.
10 zeigt eine als Handwerkzeugakkupack 82e ausgebildete, eine Induktivladespulenvorrichtung 10e aufweisende Handwerkzeugvorrichtung 58e in einem fünften Ausführungsbeispiel. Die Induktivladespulenvorrichtung 10e unterscheidet sich von der Induktivladespulenvorrichtung 10c des dritten Ausführungsbeispiels insbesondere durch eine Spulenlagereinheit 110e, die dazu vorgesehen ist, die Induktivladespulenvorrichtung 10d mit einer Spuleneinheit 12e um eine als Wicklungsachse 46e von von Leiterschleifen 60e gebildeten Wicklungen 34e ausgebildete Achse 112e drehbar zu lagern. Die Induktivladespulenvorrichtung 10e weist ein Spulengehäuse 124e auf, in dem die Spuleneinheit 12e und eine Kerneinheit 48e angeordnet sind. Das Spulengehäuse 124e ist mit der Spulenlagereinheit 110e an einer Gehäuseeinheit 84e des Handwerkzeugakkupacks 82e um die Wicklungsachse 46e der Spuleneinheit 12e drehbar gelagert. Ein Verriegelungselement 126e dient einer Festlegung des Spulengehäuses 124e in einer Grundstellung. Am Handwerkzeugakkupack 82e ist eine Anzeigeeinheit 116e angeordnet, die einem Benutzer in einem Ladebetrieb eine Güte einer Ausrichtung der Spuleneinheit 12e um die Achse 112e signalisiert. Die Anzeigeeinheit 116e bildet damit eine Ausrichteeinheit 114e. Die Anzeigeeinheit 116e zeigt die Güte in Schritten zwischen 0% und 100% an. Der Benutzer kann das Verriegelungselement 126e entriegeln und das Spulengehäuse 124e so lange drehen, bis eine optimale Güte erreicht wird. Wird der Handwerkzeugakkupack 82e zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine genutzt, zeigt die Anzeigeeinheit 116e dem Benutzer alternativ einen Ladezustand einer Zelleneinheit 38e des Handwerkzeugakkupacks 82e an.
11 zeigt eine Spuleneinheit 12f einer Induktivladespulenvorrichtung 10f in einem sechsten Ausführungsbeispiel. Die Spuleneinheit 12f wird von einer Leiterplatte 24f gebildet. Die Induktivladespulenvorrichtung 10f unterscheidet sich von der Induktivladespulenvorrichtung 10a des ersten Ausführungsbeispiels insbesondere dadurch, dass die Leiterplatte 24f einen mehrlagigen Aufbau mit zwei Trägerschichten 28f aufweist. Die Leiterplatte 24f weist drei an den Seiten 26f der Trägerschichten 28f angeordnete Leiterschleifen 60f auf. Zwei Leiterschleifen 60f sind auf Außenseiten 106f bildenden Seiten 26f der Trägerschichten 28f der Leiterplatte 24f angeordnet, eine dritte Leiterschleife 60f ist zwischen zwei Innenseiten 108f bildenden Seiten 26f der Trägerschichten 28f angeordnet. Die drei Leiterschleifen 60f werden von drei Leiterschichten 22f der Leiterplatte 24f gebildet. Zwei hier nicht näher dargestellte Durchführungen mit Verbindungsleitern verbinden die Leiterschleifen 60f. Ein Stecker 100f ist zu einer Kontaktierung der Spuleneinheit 12f wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel vorgesehen. Die Spuleneinheit 12f besitzt im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel eine größere Anzahl Leiterschleifen 60f und kann somit in Summe eine größere Anzahl Wicklungen 34f um eine Wicklungsachse 46f aufweisen. Die Spuleneinheit 12f wird in der Induktivladespulenvorrichtung 10f analog dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet.
12 zeigt weitere mögliche Hauptquerschnitte 16g’–g’’’ von Leitern 14g’–g’’’ weiterer, in diesem Beispiel nicht näher dargestellter Spuleneinheiten weiterer Induktivladespulenvorrichtungen. Die gezeigten Hauptquerschnitte 16g’–g’’’ können sinngemäß bei allen Ausführungsbeispielen zur Anwendung kommen. Die Hauptquerschnitte 16g’–g’’’ werden von Leiterbahnen 20g’–g’’’ einer Leiterplatte 24g’–g’’’ gebildet und weisen eine trapezförmige Gestalt auf, wobei eine Trapezbasis 90g’–g‘‘‘ in Richtung einer Trägerschicht 28g’–g’’’ der Leiterplatte 24g’–g’’’ orientiert ist. 12-I zeigt einen Leiter 14g’, dessen Hauptquerschnitte 16g’ in Richtung eines Radius um eine Wicklungsachse 46g’ von Wicklungen 34g’ in einem Abstand von Zwischenräumen 62g’ getrennt angeordnet sind. Die Hauptquerschnitte 16g’ sind entlang der Zwischenräume 62g’ vollständig getrennt und zueinander elektrisch isoliert. Dies entspricht den im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten Leitern 14a, 14b.
12-II zeigt einen Leiter 14g’’, dessen Hauptquerschnitte 16g’’ im Gegensatz zu den Hauptquerschnitten 16g’ berührend angeordnet sind. Die Hauptquerschnitte 16g’ berühren sich jeweils an Außenkanten ihrer Trapezbasis 90g’’. Die Hauptquerschnitte 16g’’ lassen sich so besonders kompakt anordnen. In Richtung eines Radius um eine Wicklungsachse 46g’’ benachbarte Hauptquerschnitte 16g’’ weisen entlang von Wicklungen 34g’’ keine gemeinsamen Materialquerschnitte auf. Zwischen benachbarten Hauptquerschnitten 16g’’ finden daher keine oder nur geringe Stromflüsse statt. Der Leiter 14g’’ weist bei einem identischen Gesamtquerschnitt eine besonders kompakte Anordnung der Hauptquerschnitte 16g’’ auf.
12-III zeigt einen Leiter 14g’’’, dessen trapezförmige Hauptquerschnitte 16g’’’ in Richtung eines Radius um eine Wicklungsachse 46g’’’ von Wicklungen 34g’’’ so nahe angeordnet sind, dass sie in einem Verbindungsbereich 92g’’’ an ihren Trapezbasen 90g’’’ miteinander verbunden sind. Aufgrund des Skin-Effekts, der hochfrequente Ströme an die Leiteroberfläche drängt, sind Stromflüsse zwischen den benachbarten Hauptquerschnitten 16g’’’ im Falle von hochfrequenten Strömen gering. Der Leiter 14g’’’ weist bei einem identischen Gesamtquerschnitt eine nochmals kompaktere Anordnung der Hauptquerschnitte 16g’’’ auf.

Claims

Induktivladespulenvorrichtung, insbesondere Handwerkzeuginduktivladespulenvorrichtung, mit wenigstens einer Spuleneinheit (12a–g, 12’c) mit zumindest einem Leiter (14a–g), dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (14a–f; 14g’; 14g’’; 14g’’’) zumindest zwei Hauptquerschnitte (16a; 16c; 16g’; 16g’’; 16g’’’) aufweist.
Induktivladespulenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Hauptquerschnitte (16g’’) des zumindest einen Leiters (14g’’) sich berührend angeordnet sind und/oder benachbarte Hauptquerschnitte (16g’’’) des zumindest einen Leiters (14g’’’) miteinander verbunden sind.
Induktivladespulenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Hauptquerschnitte (16a; 16c; 16g’) des zumindest einen Leiters (14a–f, 14g’) durch Isolatoren getrennt angeordnet sind.
Induktivladespulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit (12a–f) zumindest teilweise von Leiterbahnen (20a; 20c; 20g’; 20g’’; 20g’’’) zumindest einer Leiterschicht (22a; 22c; 22f) einer Leiterplatte (24a; 24c; 24f; 24g’; 24g’’; 24g’’’) gebildet ist.
Induktivladespulenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit (12a–f) zumindest teilweise auf zwei Leiterschichten (22a; 22c; 22f) der Leiterplatte (24a; 24c; 24f; 24g’; 24g’’; 24g’’’) angeordnet ist.
Induktivladespulenvorrichtung zumindest nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (24a; 24c) zumindest eine Durchführung (30a; 30c) aufweist, durch die zumindest ein Verbindungsleiter (32a; 32c) der Spuleneinheit (12a; 12c) durchgeführt ist.
Induktivladespulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in Summe ungerade Wicklungszahl zweier Leiterschleifen (60a; 60f; 60e).
Induktivladespulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in einer Dickenrichtung (94a; 94c) der Leiterplatte (14a; 14c) zumindest weitgehend deckungsgleich angeordnete Anschlussbereiche (96a; 96c) der Spuleneinheit (12a; 12c).
Induktivladespulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Elektronikeinheit (36a, c) und/oder eine Kerneinheit (48a, c) und eine Kontaktierungseinheit (52a, c) zur Kontaktierung der Spuleneinheit (12a, c), wobei die Kontaktierungseinheit (52a, c) durch eine Ausnehmung (54a, c; 56a, c) der Elektronikeinheit (36a, c) und/oder der Kerneinheit (48a, c) geführt ist.
Induktivladespulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit (12c) zumindest eine Wicklung (34c) mit einer von einer Kreisform abweichenden Wicklungsform aufweist.
Handwerkzeugvorrichtung mit einer Induktivladespulenvorrichtung (10a–f) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.