DE102014200935A1 - Energy supply clutch - Google Patents

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Wolfgang Langhoff
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Leoni Bordnetz Systeme GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungskupplung (2) für ein Kraftfahrzeug (4,6) mit einer Fahrzeugbasis (4) und mit einem Anbauteil (6), wobei die Fahrzeugbasis (4) und das Anbauteil (6) über ein Scharniergelenk (8) miteinander verbunden sind und wobei zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Fahrzeugbasis (4) und dem Anbauteil (6) eine Übertragungs-Schnittstelle (12) ausgebildet ist, bei der zur induktiven Koppelung eine erste Zylinderspule (26) in einer zweiten Zylinderspule (28) einliegt.The invention relates to a power supply coupling (2) for a motor vehicle (4,6) having a vehicle base (4) and an attachment (6), the vehicle base (4) and the attachment (6) being connected to one another via a hinge joint (8) are and wherein for the transmission of electrical energy between the vehicle base (4) and the attachment (6) a transmission interface (12) is formed, wherein for inductive coupling, a first cylindrical coil (26) in a second cylindrical coil (28) rests.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungskupplung für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbasis und mit einem Anbauteil. The invention relates to a power supply coupling for a motor vehicle with a vehicle base and with an attachment.

Die Karosserie eines Kraftfahrzeuges weist typischerweise eine Fahrzeugbasis sowie mehrere beweglich mit der Fahrzeugbasis verbundene Anbauteile auf, wie beispielsweise Türen, Schiebetüren, Heckklappen oder auch bewegliche Komponenten im Innenraum wie beispielsweise ausfahr- oder ausklappbare Displays. In den Anbauteilen sind dabei häufig elektrische Verbraucher, wie zum Beispiel elektrische Fensterheber, verbaut, die über das Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt werden. The body of a motor vehicle typically has a vehicle base and a plurality of attachments movably connected to the vehicle base, such as doors, sliding doors, tailgates or movable components in the interior such as extendable or foldable displays. In the attachments are often electrical consumers, such as electric windows, installed, which are supplied via the electrical system of the motor vehicle with electrical energy.

Dabei erfolgt die Übertragung von elektrischer Energie von der Fahrzeugbasis in die Anbauteile in der Regel über Kabelverbindungen. Entsprechende Kabelverbindungen sind im Betrieb des Kraftfahrzeuges immer wieder mechanischen Belastungen ausgesetzt, da diese bei jeder Bewegung der Anbauteile, also beispielsweise bei jedem Öffnen oder Schließen einer Kraftfahrzeugtür, mitbewegt werden, was zum Beispiel zu Ermüdungsbrüchen in den Kabelverbindungen oder zu Undichtigkeiten in den Isolierungen der Kabelverbindungen führen kann. In this case, the transmission of electrical energy from the vehicle base in the attachments is usually done via cable connections. Corresponding cable connections are repeatedly exposed to mechanical stresses during operation of the motor vehicle, since these are moved with each movement of the attachments, for example, every time you open or close a motor vehicle door, resulting in fatigue fractures in the cable connections or leaks in the insulation of the cable connections can lead.

Aus der DE 10 2004 017 341 B4 ist weiter ein Scharnier bekannt, in welches für eine drahtlose Energieübertragung ein Transformator integriert ist. Dieser weist zwei Spulen auf, die im Scharnier übereinander angeordnet sind und jeweils einen Teilbereich eines als Metallkern wirkenden Scharnierbolzens umgreifen. Dabei wird unter anderem auch eine Verwendung eines solchen Scharniers im KFZ-Bereich vorgeschlagen, um beispielsweise Energie für eine Zentralverriegelung von einem Chassis an eine Tür zu übertragen. From the DE 10 2004 017 341 B4 Furthermore, a hinge is known in which a transformer for wireless energy transmission is integrated. This has two coils which are arranged one above the other in the hinge and each engage around a portion of a metal core acting as a hinge pin. Among other things, a use of such a hinge in the automotive field is proposed, for example, to transfer energy for a central locking of a chassis to a door.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Energieversorgungskupplung für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Proceeding from this, the object of the invention is to specify an alternative energy supply coupling for a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Energieversorgungskupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten. This object is achieved by a power supply coupling with the features of claim 1. Preferred developments are contained in the dependent claims.

Eine entsprechende Energieversorgungskoppelung ist dabei für ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbasis und mit einem Anbauteil ausgelegt, bei dem die Fahrzeugbasis und das Anbauteil über ein Scharniergelenk miteinander verbunden sind. Sie dient zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Fahrzeugbasis und dem Anbauteil und weist hierfür eine Übertragungs-Schnittstelle auf, bei der zur induktiven Koppelung eine erste Zylinderspule in einer zweiten Zylinderspule einliegt. Die beiden Zylinderspulen bilden somit eine Art Tauchspulen-System, bei dem die Zylinderspule mit den kleineren Abmessungen in der Zylinderspule mit den größeren Abmessungen eingetaucht angeordnet oder versenkt angeordnet ist. Hierdurch umgreifen beide Zylinderspulen einen gemeinsamen Raumbereich, so dass allein durch die Positionierung der Zylinderspulen relativ zueinander eine sehr effektive induktive Koppelung erreicht wird. Zudem erlaubt eine solche Anordnung der Zylinderspulen eine recht kompakte Bauweise für die Übertragungs-Schnittstelle. A corresponding power supply coupling is designed for a motor vehicle with a vehicle base and with an attachment, in which the vehicle base and the attachment are connected to each other via a hinge joint. It is used for the contactless transmission of electrical energy between the vehicle base and the attachment and for this purpose has a transmission interface in which a first cylindrical coil rests in a second cylindrical coil for inductive coupling. The two cylindrical coils thus form a kind of plunger coil system, in which the cylindrical coil is arranged immersed with the smaller dimensions immersed in the solenoid with the larger dimensions or sunk. As a result, both cylindrical coils embrace a common spatial area, so that only by positioning the cylindrical coils relative to one another a very effective inductive coupling is achieved. In addition, such an arrangement of the cylindrical coils allows a fairly compact design for the transmission interface.

Weiter weist das Scharniergelenk zwei Scharnierflügel auf, von denen einer mit der Fahrzeugbasis und einer mit dem Anbauteil starr verbunden ist. Dabei lassen sich die beiden Scharnierflügel um eine Rotationsachse gegeneinander verdrehen, so dass letzten Endes hierüber auch das Anbauteil relativ zur Fahrzeugbasis verschwenkbar ist. In dieses Scharniergelenk ist zudem die Übertragungs-Schnittstelle mit den beiden Zylinderspulen integriert, wobei jede der beiden Zylinderspulen starr relativ zu einem der beiden Scharnierflügel angeordnet ist, so dass bei einer Verschwenkung der beiden Scharnierflügel gegeneinander um die Rotationsachse auch die beiden Zylinderspulen gegeneinander um diese Rotationsachse verdreht werden. Die induktive Koppelung bleibt dabei unabhängig von einer möglichen Drehbewegung der beiden Zylinderspulen gegeneinander erhalten, sodass eine Übertragung von elektrischer Energie von der Fahrzeugbasis an das Anbauteil unabhängig von der Dreh- oder Schwenkstellung des Anbauteils bezogen auf die Fahrzeugbasis mit nahezu identischer Effektivität erfolgt. Further, the hinge joint on two hinge wings, one of which is rigidly connected to the vehicle base and one with the attachment. In this case, the two hinge wings can be rotated about an axis of rotation against each other, so that in the end over this, the attachment relative to the vehicle base is pivotable. In this hinge joint also the transmission interface with the two cylindrical coils is integrated, wherein each of the two cylindrical coils is arranged rigidly relative to one of the two hinge wings, so that when pivoting the two hinge wings against each other about the axis of rotation and the two cylindrical coils against each other about this axis of rotation to be twisted. The inductive coupling is maintained regardless of a possible rotational movement of the two cylindrical coils against each other, so that a transfer of electrical energy from the vehicle base to the attachment is independent of the rotational or pivotal position of the attachment relative to the vehicle base with almost identical effectiveness.

Einer bevorzugten Ausgestaltung entsprechend sind die beiden Scharnierflügel über einen Bolzen oder Stift gegeneinander verschwenkbar miteinander verbunden, der zudem die beiden Zylinderspulen durchsetzt und somit als Spulenkern wirkt. Dementsprechend ist der Bolzen oder Stift zweckmäßigerweise zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Werkstoff gefertigt, so dass auf diese Weise eine noch effektivere induktive Koppelung erreicht wird. Zudem erfolgt bevorzugt eine Rückführung der Magnetfeld-Feldlinien nach dem Prinzip eines Transformators, beispielsweise durch weitere Baugruppen aus einem ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Werkstoff. According to a preferred embodiment, the two hinge wings are pivotally connected to each other via a bolt or pin, which also passes through the two cylindrical coils and thus acts as a coil core. Accordingly, the pin or pin is expediently at least partially made of a ferromagnetic or ferrimagnetic material, so that in this way an even more effective inductive coupling is achieved. In addition, preferably, a return of the magnetic field lines according to the principle of a transformer, for example by further assemblies of a ferromagnetic or ferrimagnetic material.

Zweckdienlicherweise werden die Abmessungen der Zylinderspulen an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst. Einer Ausgestaltungsvariante entsprechend weist die erste Zylinderspule dabei einen Außendurchmesser mit einem Wert zwischen 20 mm und 60 mm, insbesondere zwischen 30 mm und 50 mm, auf. Zudem ist für die Länge der ersten Zylinderspule ein Wert zwischen 50 mm und 90 mm, insbesondere zwischen 60 mm und 80 mm, bevorzugt. Die Werte der zweiten Zylinderspule sind dann entsprechend angepasst, sodass die erste Zylinderspule in der zweiten Zylinderspule einliegend positioniert werden kann. Conveniently, the dimensions of the cylindrical coils are adapted to the particular application. According to a design variant, the first cylindrical coil has an outer diameter with a value between 20 mm and 60 mm, in particular between 30 mm and 50 mm. In addition, for the length of the first cylindrical coil is a value between 50 mm and 90 mm, in particular between 60 mm and 80 mm, preferred. The values of the second solenoid are then adjusted accordingly so that the first solenoid can be positioned in-line in the second solenoid.

Von Vorteil ist dabei insbesondere eine Anpassung der Abmessungen der zweiten Zylinderspule an die Abmessungen der ersten Zylinderspule derart, dass die zweite Zylinderspule die erste Zylinderspule vollständig umhüllt, also insbesondere auch länger ausgeführt ist, als die erste Zylinderspule. Auf diese Weise wirkt die zweite Zylinderspule zusätzlich als Abschirmelement, aufgrund dessen sich elektromagnetische Strahlung, die im aktiven Betrieb der Energieversorgungskupplung im Bereich der Übertragungs-Schnittstelle generiert wird, nicht ungehindert aus dem Bereich der Übertragungs-Schnittstelle hinaus ausbreiten kann. Infolgedessen kann dann auf ein zusätzliches Abschirmelement verzichtet werden, ohne dass dadurch die elektromagnetische Verträglichkeit der Energieversorgungskupplung negativ beeinflusst wird. In this case, it is particularly advantageous to adapt the dimensions of the second cylindrical coil to the dimensions of the first cylindrical coil in such a way that the second cylindrical coil completely envelops the first cylindrical coil, that is to say it also has a longer lead than the first cylindrical coil. In this way, the second cylindrical coil additionally acts as a shielding element, as a result of which electromagnetic radiation which is generated during active operation of the power supply coupling in the region of the transmission interface can not propagate unhindered out of the area of the transmission interface. As a result, can be dispensed with an additional shielding, without thereby affecting the electromagnetic compatibility of the power supply coupling is adversely affected.

Insbesondere in den Fällen, in denen kein zusätzliches Abschirmelement vorgesehen ist, sind die beiden Zylinderspulen vorzugsweise in einem gemeinsamen Kunststoff-Gehäuse untergebracht oder in ein solches eingekapselt. Ein entsprechendes Kunststoff-Gehäuse dient dabei zum Beispiel als Berührungsschutz, durch welchen eine versehentliche Berührung der elektrisch leitenden Bauteile ausgeschlossen ist, und / oder als Schutz vor Spritzwasser oder Verschmutzung. Soll durch das Kunststoff-Gehäuse jedoch auch eine Schirmung erfolgen, so wird beispielsweise ein Kunststoff-Gehäuse mit Metallpartikeln eingesetzt. In particular, in the cases where no additional shielding is provided, the two cylindrical coils are preferably housed in a common plastic housing or encapsulated in such. A corresponding plastic housing serves, for example, as protection against contact, by which an accidental contact of the electrically conductive components is excluded, and / or as protection against splash water or contamination. If, however, shielding is to take place through the plastic housing, a plastic housing with metal particles is used, for example.

Da die Energieversorgungskupplung, wie eingangs dargelegt, vorgesehen ist, um elektrische Verbraucher in Anbauteilen eines Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise elektrische Fensterheber, Leseleuchten, Bedienelemente für eine Sitzverstellung oder Lautsprecher, mit elektrischer Energie zu versorgen, ist die Energieversorgungskupplung und insbesondere die Übertragungs-Schnittstelle zweckmäßigerweise ausgelegt, um Leistungen im Bereich von etwa 10 W bis etwa 500 W zu übertragen. Since the power supply coupling, as set forth above, is provided to electrical consumers in attachments of a motor vehicle, such as electric windows, reading lights, controls for seat adjustment or speakers, with electrical energy, the power supply coupling and in particular the transmission interface is expediently designed to transmit power in the range of about 10 W to about 500 W.

Dabei erfolgt die Speisung der Energieversorgungskupplung typischerweise über das sogenannte Bordnetz des Kraftfahrzeuges, über welches zunächst einmal eine Gleichspannung bereitgestellt wird. Die Energieversorgungskupplung weist daher zweckdienlicherweise eine der Übertragungs-Schnittstelle vorgeschaltete und in der Fahrzeugbasis untergebrachte Wandlerbaugruppe auf, mit deren Hilfe im Betrieb aus der Gleichspannung des Bordnetzes, also der Bordnetz-Gleichspannung, eine Speisewechselspannung für die Übertragungs-Schnittstelle generiert wird. The power supply coupling is typically supplied via the so-called on-board network of the motor vehicle, via which a direct current voltage is initially provided. The power supply coupling therefore expediently has a converter module connected upstream of the transmission interface and accommodated in the vehicle base, with the aid of which a supply AC voltage for the transmission interface is generated during operation from the DC voltage of the electrical system, that is to say the vehicle electrical system DC voltage.

Die Speisewechselspannung weist dabei bevorzugt eine Spannungsamplitude mit einem Wert zwischen etwa 150 V und etwa 250 V und insbesondere eine Spannungsamplitude mit einem Wert zwischen 180 V und 220 V auf. The AC supply voltage preferably has a voltage amplitude with a value between about 150 V and about 250 V and in particular a voltage amplitude with a value between 180 V and 220 V.

Zudem wird vorzugsweise eine Speisewechselspannung generiert, deren Basisfrequenz einen Wert zwischen etwa 100 kHz und etwa 200 kHz und insbesondere einen Wert zwischen 140 kHz und 160 kHz hat. In addition, an AC supply voltage is preferably generated whose base frequency has a value between about 100 kHz and about 200 kHz and in particular a value between 140 kHz and 160 kHz.

Je nach Anwendungsfall entspricht die Frequenz der Speisewechselspannung im Betrieb dann der Basisfrequenz und ist im Betrieb im Wesentlichen konstant oder aber die Frequenz der Speisewechselspannung wird im Betrieb variiert und entspricht beispielsweise im zeitlichen Mittel der Basisfrequenz. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Energieversorgungskupplung wird eine frequenzmodulierte Speisewechselspannung generiert, bei der die Frequenz der Speisewechselspannung in einem Regelbereich von etwa 40 kHz um die Basisfrequenz in Abhängigkeit eines Regelsignals variiert wird. Depending on the application, the frequency of the AC supply voltage during operation then corresponds to the base frequency and is substantially constant during operation or else the frequency of the AC supply voltage is varied during operation and corresponds for example in the time average of the base frequency. According to a preferred embodiment variant of the power supply coupling, a frequency-modulated AC power supply voltage is generated in which the frequency of the AC supply voltage is varied in a control range of approximately 40 kHz around the base frequency as a function of a control signal.

Darüber hinaus umfasst die Energieversorgungskupplung bevorzugt eine Signalverarbeitungseinheit, wobei diese derart eingerichtet ist, dass bei Bedarf über die Übertragungs-Schnittstelle zusätzliche Informationssignale oder Daten übertragen werden. Entsprechende Informationen, die zum Beispiel über das Bordnetz des Kraftfahrzeuges in die Signalverarbeitungseinheit eingespeist werden, werden dann zum Beispiel auf die Speisewechselspannung, die zur Übertragung von elektrischer Leistung zur Versorgung der elektrischen Verbraucher im entsprechenden Anbauteil vorgesehen ist, aufmoduliert. Hierbei wird eine Frequenzmodulation, wie die zuvor genannte Frequenzmodulation mit Hilfe des Regelsignals, bevorzugt. Auf diese Weise lassen sich dann zum Beispiel Steuersignale für einen Lautsprecher übertragen. Alternativ sind auch eine Phasen- oder eine Amplitudenmodulation vorgesehen oder aber es wird ein separater, paralleler Datenkanal genutzt. Im Falle eines zusätzlichen Datenkanals ist in einigen Anwendungsfällen auch ein anweichender Übertragunsstandard vorgesehen, wie zum Beispiel WLAN oder Bluetooth. In addition, the power supply coupling preferably comprises a signal processing unit, wherein it is set up such that, if required, additional information signals or data are transmitted via the transmission interface. Corresponding information that is fed to the signal processing unit, for example, via the electrical system of the motor vehicle, are then modulated, for example, to the AC supply voltage which is provided for the transmission of electrical power to supply the electrical consumers in the corresponding attachment. In this case, a frequency modulation, such as the aforementioned frequency modulation with the aid of the control signal, is preferred. In this way, for example, control signals for a speaker can be transmitted. Alternatively, a phase or an amplitude modulation are provided or else a separate, parallel data channel is used. In the case of an additional data channel, an approaching transmission standard is also provided in some cases, such as WLAN or Bluetooth.

Von Vorteil ist es außerdem, eine Steuer- und Auswerteeinheit vorzusehen, mit deren Hilfe der aktuelle Betriebszustand insbesondere der elektrischen Verbraucher im entsprechenden Anbauteil ermittelt wird und dann basierend auf diesen Informationen stets gerade so viel Leistung über die Energieversorgungskupplung an das Anbauteil zu übertragen, dass der aktuelle Bedarf der elektrischen Verbraucher gedeckt wird. Hierdurch lässt sich eine Art resonante Abstimmung erreichen, wodurch der Wirkungsgrad der Energieversorgungskupplung erhöht werden kann. Die Anpassung der Leistungsübertragung erfolgt dabei bevorzugt durch eine Variation der Frequenz der Speisewechselspannung, bei der die Frequenz der Speisewechselspannung an den aktuellen Lastzustand angepasst wird. Es wird also zum Beispiel der aktuelle Lastzustand messtechnisch erfasst und aus den so ermittelten Messdaten wird ein Regelsignal generiert, welches dann für eine Frequenzmodulation nach dem zuvor genannten Prinzip genutzt wird. It is also advantageous to provide a control and evaluation unit, with the aid of which the current operating state, in particular of the electrical consumers in the corresponding attachment is determined and then based on this information always transfer just as much power via the power supply coupling to the attachment, that the current demand of electrical consumers is covered. This can achieve a kind of resonant tuning, whereby the efficiency of the power supply coupling can be increased. The adjustment of the power transmission is preferably carried out by a variation of the frequency of the AC supply voltage, in which the frequency of the AC supply voltage is adapted to the current load condition. Thus, for example, the current load state is detected by measurement and from the measurement data thus determined, a control signal is generated, which is then used for a frequency modulation according to the aforementioned principle.

Alternativ oder ergänzend hierzu erfolgt eine Berücksichtigung der Drehstellung der Zylinderspulen relativ zueinander, also beispielsweise eine Anpassung der Leistungsübertragung in Abhängigkeit davon, wie weit und ob eine Heckklappe an einem Kraftfahrzeug geöffnet ist. Die Detektion der Drehstellung erfolgt dabei beispielsweise durch Verwendung einer RFID-ähnlichen Technik. Im einfachsten Fall wird dabei im Betrieb lediglich unterschieden, ob die Heckklappe vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen ist, wobei im vollständig geschlossenen Zustand ein RFID-Tag lesbar oder auslesbar ist, wohingegen beim vollständig geöffneten Zustand das Tag nicht lesbar ist. In Abhängigkeit der Lesbarkeit des Tags erfolgt dann eine Steuerung der Energieübertragung, wobei beispielsweise die Energieübertragung bei geöffneter Heckklappe unterbrochen wird. Auf diese Weise lässt sich dann eine Art Powermanagement realisieren. Alternatively or additionally, taking into account the rotational position of the cylindrical coils relative to each other, so for example an adjustment of the power transmission depending on how far and whether a tailgate is open on a motor vehicle. The detection of the rotational position takes place, for example, by using an RFID-like technology. In the simplest case, only a distinction is made during operation as to whether the tailgate is fully open or completely closed, wherein in the fully closed state an RFID tag is readable or readable, whereas in the fully opened state the tag is unreadable. Depending on the readability of the tag then takes place a control of the energy transfer, for example, the energy transfer is interrupted when the tailgate open. In this way a kind of power management can be realized.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. Show:

1 in einer Querschnittsdarstellung ein Scharniergelenk mit einer Übertragungs-Schnittstelle einer Energieversorgungskupplung, 1 in a cross-sectional view of a hinge joint with a transmission interface of a power supply coupling,

2 in einer Seitenansicht eines der beiden Formteile des Scharniergelenks, 2 in a side view of one of the two molded parts of the hinge joint,

3 in der Seitenansicht das Formteil zusammen mit einer der beiden Zylinderspulen der Übertragungs-Schnittstelle, 3 in the side view of the molded part together with one of the two cylindrical coils of the transmission interface,

4 in der Seitenansicht das Formteile zusammen mit den beiden Zylinderspulen der Übertragungs-Schnittstelle, 4 in the side view of the molded parts together with the two cylindrical coils of the transmission interface,

5 in der Seitenansicht die beiden Formteile des Scharniergelenks zusammen mit den beiden Zylinderspulen der Übertragungs-Schnittstelle sowie 5 in the side view, the two molded parts of the hinge joint together with the two cylindrical coils of the transmission interface and

6 in einer Blockschaltbilddarstellung die Energieversorgungskupplung. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. 6 in a block diagram representation of the power supply coupling. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene Energieversorgungskupplung 2 ist für ein Kraftfahrzeug ausgelegt und dient zur kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie von einer Fahrzeugbasis 4 an ein Anbauteil, im Ausführungsbeispiel ein Kofferraumdeckel oder eine Heckklappe 6. Dabei ist die Heckklappe 6 über zwei Scharniergelenke 8 mit der Fahrzeugbasis 4, also der übrigen Karosserie des Kraftfahrzeuges, verbunden und dementsprechend lässt sich die Heckklappe 6 relativ zur Fahrzeugbasis 4 verschwenken. A power supply coupling described below by way of example 2 is designed for a motor vehicle and serves for contactless transmission of electrical energy from a vehicle base 4 to an attachment, in the embodiment, a trunk lid or a tailgate 6 , Here is the tailgate 6 over two hinge joints 8th with the vehicle base 4 , So the rest of the bodywork of the motor vehicle, connected and accordingly leaves the tailgate 6 relative to the vehicle base 4 pivot.

In die Heckklappe 6 sind mehrere elektrische Verbraucher 10, wie ein Scheibenwischer für eine in die Heckklappe 6 integrierte Heckscheibe, eine Heckscheibenheizung sowie eine Leuchte, integriert und diese elektrischen Verbraucher 10, insbesondere die Leuchte, sind unabhängig von der Schwenkposition der Heckklappe 6, also unabhängig davon, ob die Heckklappe 6 geöffnet oder geschlossen ist, aktivierbar oder in Betrieb. In the tailgate 6 are several electrical consumers 10 like a windshield wiper for one in the tailgate 6 integrated rear window, a rear window heating and a lamp, integrated and these electrical consumers 10 , in particular the lamp, are independent of the pivoting position of the tailgate 6 So regardless of whether the tailgate 6 is open or closed, activatable or in operation.

Zur bedarfsweisen Versorgung der elektrischen Verbraucher 10 mit elektrischer Energie ist in eines der beiden Scharniergelenke 8 eine Übertragungs-Schnittstelle 12 integriert, über welche die für die elektrischen Verbraucher 10 benötigte elektrische Leistung von der Fahrzeugbasis 4 an die Heckklappe 6 durch induktive Koppelung kontaktlos übertragen wird. For on-demand supply of electrical consumers 10 with electrical energy is in one of the two hinge joints 8th a transmission interface 12 integrated, over which the for the electrical consumers 10 required electrical power from the vehicle base 4 to the tailgate 6 is transmitted contactlessly by inductive coupling.

Das entsprechende Scharniergelenk 8 mit der Übertragungs-Schnittstelle 12 ist in 1 in einer Schnittdarstellung skizziert. Gemäß der Darstellung umfasst das Scharniergelenk 8 zwei sich ergänzende Formteile 14, die beide endseitig eine Montageplatte 16 aufweisen, über die die Formteile 14 an der Fahrzeugbasis 4 einerseits und der Heckklappe 6 andererseits mittels Schrauben befestigt werden. The corresponding hinge joint 8th with the transmission interface 12 is in 1 sketched in a sectional view. As shown, the hinge joint comprises 8th two complementary moldings 14 , both end a mounting plate 16 have over which the moldings 14 at the vehicle base 4 on the one hand and the tailgate 6 on the other hand be fastened by means of screws.

An die Montageplatte 16 des an der Fahrzeugbasis 4 befestigten Formteils 14 schließt sich ein nachfolgend als Gelenkstift 18 bezeichnetes Funktionselement mit stiftförmiger oder bolzenförmiger Geometrie an, welches in drei Bereichen unterschiedliche Durchmesser aufweist. Dabei ist in einem Mittenbereich 20 ein im Vergleich zu den anderen beiden Abschnitten vergrößerter Durchmesser realisiert und zudem ist dieser Mittenbereich 20 einseitig durch einen scheibenförmigen Anschlag 22 begrenzt. To the mounting plate 16 at the vehicle base 4 attached molding 14 closes below as a hinge pin 18 designated functional element with pin-shaped or bolt-shaped geometry, which has different diameters in three areas. It is in a middle area 20 realized in comparison to the other two sections enlarged diameter and also this center area 20 on one side by a disk-shaped stop 22 limited.

Ergänzend schließt sich an die Montageplatte 16, welche an der Heckklappe 6 montiert ist, ein nachfolgend als Gelenkhülse 24 bezeichnetes hohlzylinderförmiges Funktionselement an, in welchem im Montageendzustand der Gelenkstift 18 einliegt. Auch die Gelenkhülse 24 weist hierbei verschiedene Abschnitte auf, die sich hinsichtlich des Durchmessers, insbesondere des Innendurchmessers, unterscheiden. Complementing closes to the mounting plate 16 , which on the tailgate 6 is mounted, a subsequent as a joint sleeve 24 designated hollow cylindrical functional element, in which in the final assembled state of the hinge pin 18 rests. Also the joint sleeve 24 here is different Sections which differ in terms of the diameter, in particular the inner diameter.

In das so gestaltete Scharniergelenk 8 ist nun die Übertragungs-Schnittstelle 12 integriert, welche eine erste Zylinderspule 26 und eine zweite Zylinderspule 28 umfasst. Beide Zylinderspulen 26, 28 sind dabei im Mittenbereich 20 des Scharniergelenks 8 positioniert und beide Zylinderspulen 26, 28 werden einerseits vom Gelenkstift 18 durchsetzt und liegen andererseits in der Gelenkhülse 24 ein. Sie sind somit beide in einem hohlzylinderförmigen Zwischenraum zwischen dem Gelenkstift 18 und der Gelenkhülse 24 platziert. Zudem sind die beiden Zylinderspulen 26, 28 derart relativ zueinander positioniert, dass die erste Zylinderspule 26 zumindest teilweise in der zweiten Zylinderspule 28 einliegt, sodass hierdurch eine Art Tauchspulen-System realisiert ist. Beide Zylinderspulen 26, 28 umschließen somit einen gemeinsamen Raumbereich, in dem, sofern die Energieversorgungskupplung 2 aktiv ist und elektrische Energie von der Fahrzeugbasis 4 an die Heckklappe 6 übertragen wird, ein elektromagnetisches Wechselfeld wirkt, über welches die beiden Zylinderspulen 26, 28 induktiv miteinander gekoppelt sind. In the thus designed hinge joint 8th is now the transmission interface 12 integrated, which is a first cylindrical coil 26 and a second solenoid 28 includes. Both solenoids 26 . 28 are in the middle area 20 of the hinge joint 8th positioned and both cylin- ders 26 . 28 on the one hand from the hinge pin 18 interspersed and lie on the other hand in the joint sleeve 24 one. They are thus both in a hollow cylindrical space between the hinge pin 18 and the joint sleeve 24 placed. In addition, the two cylindrical coils 26 . 28 positioned so relative to each other that the first solenoid 26 at least partially in the second solenoid 28 rests, so that thereby a kind of diving coil system is realized. Both solenoids 26 . 28 thus enclose a common space area in which, provided the power supply coupling 2 is active and electrical energy from the vehicle base 4 to the tailgate 6 is transmitted, an alternating electromagnetic field acts, over which the two cylindrical coils 26 . 28 inductively coupled together.

Dabei wird die Effektivität der induktiven Koppelung durch den Gelenkstift 18 verstärkt. Dieser wirkt aufgrund der koaxialen Anordnung von Gelenkstift 18, erster Zylinderspule 26 und zweiter Zylinderspule 28 als Eisenkern oder Spulenkern und ist hierfür aus einer ferromagnetischen Metalllegierung gefertigt. Außerdem wird durch die Integration der beiden Zylinderspulen 26, 28 in das Scharniergelenk 8 erreicht, dass die bei aktivierter Energieversorgungskupplung 2 generierte elektromagnetische Strahlung im wesentlichen auf den Bereich innerhalb der Gelenkhülse 24 begrenzt bleibt und sich nicht nach außen hin ausbreitet. Die Gelenkhülse 24 und der Anschlag 22, die die beiden Zylinderspulen 26, 28 quasi einrahmen oder umhüllen, wirken dabei als Abschirmelemente für die Übertragungs-Schnittstelle 12 der Energieversorgungskupplung 2. The effectiveness of the inductive coupling by the hinge pin 18 strengthened. This works due to the coaxial arrangement of hinge pin 18 , first solenoid 26 and second solenoid 28 as iron core or coil core and is made of a ferromagnetic metal alloy for this purpose. Moreover, by integrating the two solenoids 26 . 28 in the hinge joint 8th achieved that with activated power supply clutch 2 generated electromagnetic radiation substantially to the area within the joint sleeve 24 remains limited and does not spread outwards. The joint sleeve 24 and the stop 22 holding the two cylindrical coils 26 . 28 virtually frame or envelop, thereby acting as shielding for the transmission interface 12 the power supply coupling 2 ,

Mit Hilfe der so gestalteten Baugruppe aus den beiden Formteilen 14 und den beiden Zylinderspulen 26, 28 ist eine drehinvariante Energieversorgungskupplung 2 realisiert, wodurch sich die Heckklappe 6 gegen die Fahrzeugbasis 4 um eine Rotationsachse 30 verschwenken lässt, ohne dass hierdurch die Effektivität der induktiven Koppelung zwischen den beiden Zylinderspulen 26, 28 reduziert wird. Die Übertragung von elektrischer Leistung von der Fahrzeugbasis 4 an die Heckklappe 6 erfolgt somit unabhängig von der Schwenkposition der Heckklappe 6 mit nahezu identischer Effektivität. Dabei verdrehen sich die beiden Formteile 14 im Falle einer Verschwenkung der Heckklappe 6 gegen die Fahrzeugbasis 4 gegeneinander und im gleichen Maße verdrehen sich auch die erste Zylinderspule 26 und die zweite Zylinderspule 28 gegeneinander um die Rotationsachse 30. Hingegen sind die erste Zylinderspule 26 und der Gelenkstift 18 ebenso wie die zweite Zylinderspule 28 und die Gelenkhülse 24 relativ zueinander verdrehfest im Scharniergelenk 8 verbaut. With the help of the so-designed assembly of the two moldings 14 and the two cylindrical coils 26 . 28 is a three-variant power supply coupling 2 realized, thereby increasing the tailgate 6 against the vehicle base 4 around a rotation axis 30 can pivot, without thereby affecting the effectiveness of the inductive coupling between the two cylindrical coils 26 . 28 is reduced. The transmission of electrical power from the vehicle base 4 to the tailgate 6 thus takes place independently of the pivot position of the tailgate 6 with almost identical effectiveness. The two moldings twist 14 in the case of a pivoting of the tailgate 6 against the vehicle base 4 against each other and to the same extent twist also the first cylindrical coil 26 and the second solenoid 28 against each other about the axis of rotation 30 , On the other hand, the first cylinder coil 26 and the hinge pin 18 as well as the second solenoid 28 and the joint sleeve 24 relative to each other against rotation in the hinge joint 8th installed.

Außer der Übertragungs-Schnittstelle 12 weist die Energieversorgungskupplung 2, wie in der Blockschaltbilddarstellung in 6 angedeutet, im Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Wandlerbaugruppe 32 auf, die über das Bordnetz 34 des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt wird und die eine vom Bordnetz 34 zur Verfügung gestellte Gleichspannung in eine Speisewechselspannung wandelt. Except for the transmission interface 12 indicates the power supply coupling 2 as in the block diagram representation in FIG 6 indicated, in the embodiment additionally a transducer assembly 32 on, over the electrical system 34 of the motor vehicle is supplied with electrical energy and the one from the electrical system 34 provided DC voltage converts into an AC supply voltage.

Diese Speisewechselspannung wird dann an die erste Zylinderspule 26 angelegt, so dass über die induktive Koppelung elektrische Energie in die zweite Zylinderspule 28 eingekoppelt und infolge dessen an die Heckklappe 6 übertragen wird. Diese elektrische Energie dient dann zur Versorgung der elektrischen Verbraucher 10 in der Heckklappe 6. Üblicherweise ist auch in die Heckklappe 6 eine weitere hier nicht dargestellte Wandlerbaugruppe integriert, die die in die zweite Zylinderspule 28 induktiv eingekoppelte Wechselspannung wieder in eine Gleichspannung, häufig vergleichbar mit der Gleichspannung des Bordnetzes 34, umwandelt. This AC supply voltage is then applied to the first solenoid 26 applied, so that via the inductive coupling electrical energy into the second cylindrical coil 28 coupled and as a result to the tailgate 6 is transmitted. This electrical energy then serves to supply the electrical consumers 10 in the tailgate 6 , Usually also in the tailgate 6 integrated another converter assembly, not shown here, which in the second solenoid 28 inductively coupled AC voltage back into a DC voltage, often comparable to the DC voltage of the electrical system 34 , converts.

Die Wandlerbaugruppe 20 weist zudem eine nicht näher dargestellte Signalverarbeitungseinheit auf, mit deren Hilfe bei Bedarf Daten aus dem Bordnetz 34 aufbereitet werden für eine Übertragung an einen ebenfalls nicht näher dargestellten Empfänger in der Heckklappe 6 über die Übertragungs-Schnittstelle 12. Hierzu erfolgt eine Aufmodulierung eines Datensignals auf die Speisewechselspannung. The converter module 20 also has a signal processing unit, not shown, with their help, if necessary, data from the electrical system 34 be prepared for transmission to a receiver, also not shown in the tailgate 6 via the transmission interface 12 , For this purpose, a Aufmodulation of a data signal to the AC supply voltage.

Desweiteren umfasst die Energieversorgungskupplung 2 eine Messeinrichtung 36, mit deren Hilfe die Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher 10 messtechnisch erfasst und überwacht wird. Die entsprechenden Informationen werden per Funkübertragung an eine Steuer- und Auswerteeinheit 38, die auf Seiten der Fahrzeugbasis 4 in die Energieversorgungskupplung 2 integriert ist, übermittelt und basierend auf diesen Informationen steuert die Steuer- und Auswerteeinheit 38 die Wandlerbaugruppe 32 an, um die zugeführte elektrische Leistung anzupassen. Auf diese Weise wird über die Energieversorgungskupplung 2 stets gerade soviel elektrische Leistung zur Verfügung gestellt, dass der Bedarf der elektrischen Verbraucher 10 gedeckt wird. Alternativ wird mittels der Messeinrichtung 36 und der Steuer- und Auswerteeinheit 38 keine Leistungs- sondern eine Impedanzanpassung vorgenommen, um die Schwingkreise, die auf Seiten der Fahrzeugbasis 4 einerseits und auf Seiten der Heckklappe 6 andererseits wirken, resonant aufeinander abzustimmen. Furthermore, the power supply clutch comprises 2 a measuring device 36 , with the help of which the power consumption of electrical consumers 10 metrologically recorded and monitored. The corresponding information is transmitted by radio transmission to a control and evaluation unit 38 on the side of the vehicle base 4 in the power supply coupling 2 is integrated, transmitted and based on this information controls the control and evaluation unit 38 the transducer assembly 32 to adjust the supplied electrical power. This way is via the power supply coupling 2 always just as much electrical power provided that the need of electrical consumers 10 is covered. Alternatively, by means of the measuring device 36 and the control and evaluation unit 38 no power but an impedance adjustment made to the resonant circuits on the side of the vehicle base 4 on the one hand and on the side of the tailgate 6 on the other hand act to resonate with each other.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

2 2
Energieversorgungskupplung Energy supply clutch
4 4
Fahrzeugbasis vehicle base
6 6
Heckklappe tailgate
8 8th
Scharniergelenk hinge
10 10
elektrischer Verbraucher electrical consumer
12 12
Übertragungs-Schnittstelle Transmission interface
14 14
Formteil molding
16 16
Montageplatte mounting plate
18 18
Gelenkstift pintle
20 20
Mittenbereich mid-range
22 22
Anschlag attack
24 24
Gelenkhülse joint sleeve
26 26
erste Zylinderspule first solenoid
28 28
zweite Zylinderspule second cylindrical coil
30 30
Rotationsachse axis of rotation
32 32
Wandlerbaugruppe converter module
34 34
Bordnetz board network
36 36
Messeinrichtung measuring device
38 38
Steuer- und Auswerteeinheit Control and evaluation unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004017341 B4 [0004] DE 102004017341 B4 [0004]

Claims (12)

Energieversorgungskupplung (2) für ein Kraftfahrzeug (4, 6) mit einer Fahrzeugbasis (4) und mit einem Anbauteil (6), wobei die Fahrzeugbasis (4) und das Anbauteil (6) über ein Scharniergelenk (8) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Fahrzeugbasis (4) und dem Anbauteil (6) eine Übertragungs-Schnittstelle (12) ausgebildet ist, bei der zur induktiven Koppelung eine erste Zylinderspule (26) in einer zweiten Zylinderspule (28) einliegt. Power supply coupling ( 2 ) for a motor vehicle ( 4 . 6 ) with a vehicle base ( 4 ) and with an attachment ( 6 ), the vehicle base ( 4 ) and the attachment ( 6 ) via a hinge joint ( 8th ), characterized in that for transmission of electrical energy between the vehicle base ( 4 ) and the attachment ( 6 ) a transmission interface ( 12 ) is formed, in which for inductive coupling a first cylindrical coil ( 26 ) in a second cylindrical coil ( 28 ) is present. Energieversorgungskupplung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Scharniergelenk (8) einen Bolzen (18) aufweist, der in der ersten Zylinderspule (26) einliegt und so als Spulenkern (18) wirkt. Power supply coupling ( 2 ) according to claim 1, characterized in that the hinge joint ( 8th ) a bolt ( 18 ), which in the first cylindrical coil ( 26 ) and so as a coil core ( 18 ) acts. Energieversorgungskupplung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zylinderspule (26) einen Außendurchmesser mit einem Wert zwischen 20 mm und 60 mm aufweist. Power supply coupling ( 2 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the first cylindrical coil ( 26 ) has an outer diameter with a value between 20 mm and 60 mm. Energieversorgungskupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zylinderspule (26) eine Länge mit einem Wert zwischen 50 mm und 90 mm aufweist. Power supply coupling ( 2 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first cylindrical coil ( 26 ) has a length with a value between 50 mm and 90 mm. Energieversorgungskupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zylinderspule (28) die erste Zylinderspule (26) vollständig umhüllt, so dass die zweite Zylinderspule (28) als Abschirmelement (28) wirkt. Power supply coupling ( 2 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second cylindrical coil ( 28 ) the first cylindrical coil ( 26 ) completely enveloped, so that the second cylindrical coil ( 28 ) as a shielding element ( 28 ) acts. Energieversorgungskupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspulen (26, 28) in einem gemeinsamen Kunststoff-Gehäuse eingekapselt sind. Power supply coupling ( 2 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cylindrical coils ( 26 . 28 ) are encapsulated in a common plastic housing. Energieversorgungskupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungs-Schnittstelle (12) ausgelegt ist, um Leistungen im Bereich 10 W bis 500 W zu übertragen. Power supply coupling ( 2 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmission interface ( 12 ) is designed to transmit power in the range 10 W to 500 W. Energieversorgungskupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragungs-Schnittstelle (12) eine Wandlerbaugruppe (32) vorgeschaltet ist, die eingerichtet ist, um aus einer Bordnetz-Gleichspannung eine Speisewechselspannung für die Übertragungs-Schnittstelle (12) zu generieren. Power supply coupling ( 2 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the transmission interface ( 12 ) a transducer assembly ( 32 ) is arranged upstream, which is adapted to a supply voltage for the transmission interface from a vehicle electrical system DC voltage ( 12 ) to generate. Energieversorgungskupplung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisewechselspannung eine Amplitude mit einem Wert zwischen 150 V und 250 V aufweist. Power supply coupling ( 2 ) according to claim 8, characterized in that the AC supply voltage has an amplitude with a value between 150 V and 250V. Energieversorgungskupplung (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speisewechselspannung eine Basisfrequenz mit einem Wert zwischen 100 kHz und 200 kHz aufweist. Power supply coupling ( 2 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the AC supply voltage has a base frequency with a value between 100 kHz and 200 kHz. Energieversorgungskupplung (2) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Steuer- und Auswerteeinheit (38) umfasst, die eingerichtet ist zur Steuerung der Wandlerbaugruppe (32). Power supply coupling ( 2 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that it comprises a control and evaluation unit ( 38 ) arranged to control the transducer assembly ( 32 ). Energieversorgungskupplung (2) nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (38) derart eigerichtet ist, dass diese die Frequenz der Speisewechselspannung innerhalb eines Regelbereiches von 40 kHz um die Basisfrequenz in Abhängigkeit des aktuellen Lastzustandes variiert, so dass unabhängig vom aktuellen Lastzustand eine resonante Abstimmung vorliegt. Power supply coupling ( 2 ) according to claim 10 and 11, characterized in that the control and evaluation unit ( 38 ) is eigerichtet such that it varies the frequency of the AC supply voltage within a control range of 40 kHz to the base frequency in dependence of the current load state, so that there is a resonant vote regardless of the current load condition.
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