DE102015200847A1

DE102015200847A1 - Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung zur induktiven Energieübertragung

Info

Publication number: DE102015200847A1
Application number: DE102015200847.9A
Authority: DE
Inventors: Peter Maisel; Wilhelm Berg; Martin Saliternig; Hans Biehringer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-06-16
Also published as: CN105702441B; US10290420B2; US20160172105A1; CN105702441A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung (31) zur induktiven Energieübertragung, insbesondere zwischen einer Ladestation (32) mit einer stationären Primärspule und einem Kraftwagen (34) mit einer kraftwagenseitigen Sekundärspule, wobei die Spuleneinheit zumindest eine Spule (1) aufweisend einen elektrischen Leiter (2) sowie eine Flussführungseinheit (3) zur Führung eines im Betrieb der zumindest einen Spule (1) auftretenden magnetischen Flusses aufweist, wobei die Flussführungseinheit (3), entlang einer Spulenachse (4) der zumindest einen Spule (1) betrachtet, in einer ersten Ebene hinter der Spule (1) angeordnet ist, wobei die Flussführungseinheit (3) zumindest zwei Flussführungssektoren (5) sowie zumindest einen Kanal (6) zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren (5) aufweist. Um die Alltagstauglichkeit einer Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung (31) zur induktiven Energieübertragung zu erhöhen, werden ein Gehäuse aufweisend einen Gehäuseboden (7) und einen Gehäusedeckel (8), wobei das Gehäuse die zumindest eine Spule (1) und die Flussführungseinheit (3) einhaust, sowie zumindest ein Stützelement (9) vorgeschlagen, welches jeweils zwischen dem Gehäuseboden (7) und dem Gehäusedeckel (8) angeordnet ist, wobei eine Projektion des zumindest einen Stützelementes (9) entlang der Spulenachse (4) gleich oder innerhalb der Erstreckung der Flussführungseinheit (3) ist, wobei das jeweilige Stützelement (9) derart ausgestaltet ist, dass eine auf den Gehäusedeckel (8) wirkende Kraft (10) mittels des jeweiligen Stützelementes (9) an der zumindest einen Spule (1) und den zumindest zwei Flussführungssektoren (5) vorbei an den Gehäuseboden (7) ableitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung zur induktiven Energieübertragung, insbesondere zwischen einer Ladestation mit einer stationären Primärspule und einem Kraftwagen mit einer kraftwagenseitigen Sekundärspule, wobei die Spuleneinheit zumindest eine Spule aufweisend einen elektrischen Leiter sowie eine Flussführungseinheit zur Führung eines im Betrieb der zumindest einen Spule auftretenden magnetischen Flusses aufweist, wobei die Flussführungseinheit, entlang einer Spulenachse der zumindest einen Spule betrachtet, in einer ersten Ebene hinter der Spule angeordnet ist, wobei die Flussführungseinheit zumindest zwei Flussführungssektoren sowie zumindest einen Kanal zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine derartige Ladestation, einen derartigen Kraftwagen sowie eine derartige Übertragungsanordnung.
Eine derartige Spuleneinheit kommt beispielsweise bei induktiven Ladesystemen zum Einsatz. Induktive Ladesysteme oder resonante Wandler basieren auf LC-Schwingkreisen. Diese Schwingkreise werden durch eine Kombination von Spulen und Kondensatoren gebildet. Bei induktiven Ladesystemen für Elektro- oder Hybrid-Fahrzeuge findet die Energieübertragung zwischen einer Bodenplatte und dem Fahrzeug über im jeweiligen Gerät untergebrachte Spulen statt.
Die in der Bodenplatte untergebrachte Spule besteht meist aus einer Ferritplatte und einem darauf befindlichen Kupferwickel.
Aus der DE 10 2012 211 151 A1 ist eine Ladeanordnung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftwagens mit einer kraftwagenseitigen und einer fahrbahnseitigen Spule bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die Alltagstauglichkeit einer Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung zur induktiven Energieübertragung zu erhöhen.
Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich für eine Spuleneinheit der eingangs genannten Art durch ein Gehäuse aufweisend einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel, wobei das Gehäuse die zumindest eine Spule und die Flussführungseinheit zumindest teilweise einhaust, sowie durch zumindest ein Stützelement, welches jeweils zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel angeordnet ist, wobei eine Projektion des zumindest einen Stützelementes entlang der Spulenachse gleich oder innerhalb der Erstreckung der Flussführungseinheit ist, wobei das jeweilige Stützelement derart ausgestaltet ist, dass eine auf den Gehäusedeckel wirkende Kraft mittels des jeweiligen Stützelementes an der zumindest einen Spule und den zumindest zwei Flussführungssektoren vorbei an den Gehäuseboden ableitbar ist.
Eine weitere Lösung der Aufgabe ergibt sich für eine Ladestation der eingangs genannten Art dadurch, dass die Ladestation zumindest eine derartige Spule aufweist, wobei die zumindest eine Spule als stationäre Primärspule ausgestaltet ist.
Ferner ergibt sich eine Lösung der Aufgabe für einen Kraftwagen der eingangs genannten Art dadurch, dass der Kraftwagen zumindest eine derartige Spuleneinheit aufweist, wobei die zumindest eine Spule als kraftwagenseitige Sekundärspule ausgestaltet ist.
Schließlich ergibt sich eine Lösung der Aufgabe für eine Übertragungsanordnung der eingangs genannten Art dadurch, dass sie zumindest eine derartige Ladestation sowie zumindest einen derartigen Kraftwagen aufweist.
Beispielsweise kann die zumindest eine Spule den elektrischen Leiter in Form von Litzen oder von Drähten aufweisen. Der elektrische Leiter kann beispielsweise parallel geführte Teilleiter umfassen. Je nach Anforderung kann der elektrische Leiter derart geführt werden, dass eine jeweilige, im Wesentlichen runde oder beispielsweise quadratische Spule gebildet wird.
Die Flussführungseinheit weist vorzugsweise eine Grundfläche auf, welche zumindest so groß ist wie die Grundfläche der jeweiligen Spule. Wird die Spuleneinheit als Primärspule der Ladestation bzw. als Sekundärspule des Kraftwagens verwendet, so liegt die Flussführungseinheit unterhalb bzw. oberhalb der jeweiligen Spule. Die Flussführungseinheit weist zumindest zwei Flussführungssektoren, welche vorzugsweise in etwa gleich groß sind und die Grundfläche der Flussführungseinheit in etwa gleich große Stücke unterteilt. Zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren weist die Flussführungseinheit einen Kanal auf, welcher entlang der Spulenachse durch die Flussführungseinheit durchgehend ausgeführt ist.
Vorzugsweise sind dabei zumindest drei oder vier Flussführungssektoren vorgesehen, welche bei einer kreisförmigen Grundfläche der Flussführungseinheit vorzugsweise jeweils die Grundfläche eines entsprechenden Kreissektors aufweisen. Sind vier Flussführungssektoren und eine quadratische Grundfläche der Flussführungseinheit vorgesehen, weisen die Flussführungssektoren vorzugsweise jeweils die Grundfläche eines Quadrats auf. Somit weist die Spuleneinheit in der Regel Kanäle auf, welche von ihrer Mitte strahlenförmig nach außen führen. Prinzipiell können auch mehr Flussführungssektoren als Kanäle vorgesehen sein, so dass zwischen einigen benachbarten Flussführungssektoren jeweils einen Kanal angeordnet ist und die restlichen benachbarten Flussführungssektoren im Wesentlichen aneinander anliegen.
Die vorgeschlagene Spuleneinheit weist ferner ein Gehäuse mit einem Gehäuseboden und einem Gehäusedeckel auf, in welchem die zumindest eine Spule und die Flussführungseinheit eingehaust sind.
Ferner ist zumindest ein Stützelement zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel vorgesehen, wobei das jeweilige Stützelement derart angeordnet ist, dass eine Projektion des jeweiligen Stützelement des entlang der Spulenachse deckungsgleich mit der Erstreckung bzw. Grundfläche der Flussführungseinheit ist oder innerhalb der Erstreckung bzw. Grundfläche der Führungseinheit liegt. Außerdem ist das jeweilige Stützelement derart ausgestaltet, dass eine auf den Gehäusedeckel wirkende Kraft mittels des jeweiligen Stützelementes an der zumindest einen Spule und den zumindest zwei Flussführungssektoren vorbei an den Gehäuseboden ableitbar ist.
Die auf den Gehäusedeckel wirkende Kraft kann für den Fall der Verwendung der Spuleneinheit als Primärspule der Ladestation beispielsweise durch das Überfahren der Spuleneinheit durch ein Fahrzeug auftreten. Für diesen Fall belastet der Fahrzeugreifen die Spuleneinheit mit einem gewissen Anteil des Gewichtes des Fahrzeuges. Für den Fall der Verwendung der Spuleneinheit als Sekundärspule des Kraftwagens kann die auf dem Gehäusedeckel wirkende Kraft beispielsweise durch das Aufsetzen des Kraftwagens auf dem Boden, beispielsweise auf einem Bordstein, auf der Ladestation oder dergleichen, auftreten. Denkbar ist auch, dass ein großer Fremdkörper, welcher sich zwischen dem Boden und dem Kraftfahrzeug befindet, die Kraft auf den Gehäusedeckel ausübt.
Insbesondere durch das Gehäuse und das zumindest eine Stützelement wird die Stabilität und somit die Alltagstauglichkeit der Spuleneinheit verbessert, so dass insbesondere ein Überfahren der Spuleneinheit von Fahrzeugen direkt mit ihren Reifen keinen Schaden anrichten kann. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass das jeweilige Stützelement die auftretende Kraft an der jeweiligen Spule und dem jeweiligen Flussführungssektoren vorbei an den Gehäuseboden ableitet. Somit werden die sensibleren Bauteile der Spuleneinheit, insbesondere die jeweilige Spule und die jeweiligen Flussführungssektoren, besonders gut geschützt. Dies wird auch dadurch erreicht, dass die auftretende Kraft nicht nur über die Ränder des Gehäuses, sondern auch innerhalb der Flussführungseinheit an den Gehäuse Boden übertragen wird.
Dadurch wird beispielsweise ein Durchbiegen des Gehäusedeckels zuverlässig vermieden, was von Vorteil ist, da ein durch gebogener Gehäusedeckel bei ausreichender Biegung auf die jeweilige Spule und/oder den jeweiligen Flussführungssektoren drücken könnte und diese bzw. diesen beschädigen könnte.
Von Vorteil ist bei der vorgeschlagenen Spuleneinheit weiterhin Ihr vergleichsweise einfacher Aufbau. Das Gehäuse und das zumindest eine Stützelement erlauben, vergleichsweise dünne bzw. leichte Elemente für den Gehäusedeckel und für das jeweilige Stützelement zu verwenden. Insbesondere kann somit auf zusätzliche und insbesondere dickere Schutzplatten werden.
Beispielsweise können für den Gehäuseboden Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen und für die Flussführungssektoren Ferrit-Werkstoffe zum Einsatz kommen. Für das jeweilige Stützelement können beispielsweise ein entsprechend stabiler Kunststoff, ein Glasfaser- und/oder Karbonfasermaterial bzw. Gemische davon verwendet werden.
Die vorgeschlagene Spuleneinheit bzw. Übertragungsanordnung ist vorzugsweise für eine induktive Energieübertragung in der Größenordnung von mehreren Kilowatt ausgelegt.
Der vorgeschlagene Kraftwagen kann beispielsweise als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, wobei das jeweilige Fahrzeug beispielsweise ein PKW, Bus oder LKW sein kann. Vorzugsweise ist die kraftwagenseitige Sekundärspule mit einer Leistungselektronik verbunden, welche beispielsweise einen Gleichrichter, einen Zwischenkreiskondensator und einen Wechselrichter aufweist. Vorzugsweise ist die Leistungselektronik am Gleichrichter mit einem Energiespeicher, wie beispielsweise einen Akku oder Ultra-Caps, und am Wechselrichtern mit zumindest einem Elektromotor, wie beispielsweise einem Synchronmotor oder einem Asynchronmotor, zum Antrieb des Kraftwagens verbunden. Vorteilhafterweise ist die Leistungselektronik dabei für eine Energierückgewinnung während eines Bremsvorgangs des Kraftwagens, insbesondere für einen Vier-Quadranten-Betrieb, ausgelegt. Beispielsweise ist die Leistungselektronik bzw. der jeweilige Elektromotor für eine Dauerleistung von mehreren 10 kW ausgelegt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Flussführungseinheit in ihrer Mitte eine entlang der Spulenachse durchgehende Aussparung auf, wobei das zumindest eine Stützelement einen Stützzylinder umfasst, welcher zumindest abschnittsweise in der Aussparung angeordnet ist.
Der Stützzylinder kann dabei beispielsweise hohl ausgeführt sein, um Material und Gewicht zu sparen und gleichzeitig die Belastbarkeit bzw. Biegesteifigkeit des Stützzylinders zu erhöhen. Durch die Anordnung des Stützzylinders in der durchgehenden Aussparung in der Mitte der Flussführungseinheit wird besonders wirkungsvoll ein Durchbiegen des Gehäusedeckels vermieden, da auf den Gehäusedeckel einwirkende Kräfte oftmals direkt in der Nähe des Einwirkungspunktes vom Gehäusedeckel durch den Stützzylinder aufgenommen werden und an den Gehäuseboden abgeleitet werden. Der Stützzylinder dient somit der Erhöhung der mechanischen Stabilität der Spuleneinheit.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zumindest eine Stützelement zumindest einen Stützquader, welcher jeweils zumindest abschnittsweise in dem zumindest einen Kanal angeordnet ist.
Wie schon erläutert, weist die Spuleneinheit in der Regel strahlenförmig von der Mitte nach außen führende Kanäle auf. Die Anordnung eines jeweiligen Stützquaders in einem jeweiligen Kanal unterstützt die Ableitung einer auf den Gehäusedeckel einwirkenden Kraft an den Gehäuseboden, wobei die Kraft an der jeweiligen Spule und den jeweiligen Flussführungssektoren vorbeigeleitet wird. Somit erhöht der jeweilige Stützquader die mechanische Stabilität der Spuleneinheit.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zumindest eine Stützelement eine Stützplatte, welche zwischen dem Gehäuseboden und der Flussführungseinheit angeordnet ist.
Die Stützplatte dient der Ableitung einer auf den Gehäusedeckel einwirkenden Kraft an den Gehäuseboden und erhöht somit die mechanische Stabilität der Spuleneinheit. Beispielsweise kann die Stützplatte aus einem Kunststoff gefertigt sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind dabei die Stützplatte sowie der zumindest eine Stützquader und/oder der Stützzylinder einstückig ausgeführt.
Durch die einstückige Ausführung der Stützplatte und des zumindest einen Stützquaders und/oder des Stützzylinders ergibt sich neben der erhöhten Stabilität bzw. verbesserten Ableitung einer auf den Gehäusedeckel einwirkenden Kraft an die Bodenplatte ein weiterer Vorteil. Denn gleichzeitig wird eine besonders zuverlässige Positionierung der jeweiligen Flussführungssektoren gewährleistet.
Vorzugsweise sind dabei die Stützplatte, der zumindest eine Stützquader und der Stützzylinder einstückig ausgeführt, wobei auch vorgesehen sein kann, lediglich die Stützplatte und den zumindest einen Stützquader bzw. die Stützplatte und den Stützzylinder einstückig auszuführen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das zumindest eine Stützelement zumindest eine Stützhaube, wobei die zumindest eine Stützhaube, insbesondere zusammen mit dem Gehäuseboden oder der Stützplatte, zumindest einen der Flussführungssektoren zumindest teilweise einhaust.
Die jeweilige Stützhaube gewährleistet somit besonders wirkungsvoll das Vorbeileiten einer auf den Gehäusedeckel und anschließend auf die jeweilige Stützhaube einwirkenden Kraft an dem jeweiligen Flussführungssektor vorbei. Dazu kann die jeweilige Stützhaube einen oder mehrere der jeweiligen Flussführungssektoren, insbesondere im Zusammenspiel mit dem Gehäuseboden oder gegebenenfalls der Stützplatte, ganz oder teilweise einhausen.
Neben der Ableitung der Kraft bewirkt die jeweilige Stützhaube außerdem einen guten Schutz des jeweiligen Flussführungssektors, beispielsweise vor Schmutz oder Nässe.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die jeweilige Spule dabei zumindest zwei Windungen auf, wobei die zumindest zwei Windungen im Wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet sind, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene ist, wobei zwischen zwei benachbarten Windungen zumindest abschnittsweise ein gewundener Stützquader angeordnet ist, wobei der gewundene Stützquader zwischen der zumindest einen Stützhaube und dem Gehäusedeckel angeordnet ist, wobei, jeweils entlang der jeweiligen Spulenachse betrachtet, eine Dicke des gewundenen Stützquaders größer als eine Dicke der jeweiligen Windung ist.
Die jeweilige, derart ausgestaltete Spule ist somit im Wesentlichen flach ausgeführt. Insbesondere sind die Windungen der jeweiligen Spule somit spiralförmig vom Spuleninneren zum Spulenäußeren angeordnet. Zwischen zwei benachbarten Windungen ist dabei zumindest abschnittsweise ein gewundener Stützquader angeordnet, der somit insbesondere bei spiralförmigen Formspulen vom Spuleninneren zum Spulenäußeren verläuft.
Der jeweilige, gewundene Stützquader erhöht zusätzlich die mechanische Stabilität der Spuleneinheit, indem er auf den Gehäusedeckel einwirkende Kräfte besonders großflächig vom Gehäusedeckel aufnimmt und ableitet. Hierzu ist der jeweilige, gewundene Stützquader zwischen dem Gehäusedeckel und der jeweiligen Stützhaube angeordnet und dabei entlang der jeweiligen Spulenachse betrachtet dicker als die jeweilige Windung. Dadurch wird erreicht, dass die vom jeweiligen, gewundenen Stützquader aufgenommenen Kräfte an der jeweiligen Spule und dem jeweiligen Flussführungssektor vorbei an den Gehäuseboden ableitbar ist. Durch die großflächige Aufnahme, Weiterleitung und Abgabe der einwirkenden Kräfte werden dabei Druckspitzen vermieden, so dass eine besonders stabile Spuleneinheit realisiert werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das zumindest eine Stützelement zumindest teilweise einstückig mit dem Gehäuseboden oder dem Gehäusedeckel ausgeführt.
Das jeweilige Stützelement bzw. die weiter oben erläuterten, vom jeweiligen Stützelement umfassten Bauteile, wie zum Beispiel der Stützzylinder, der Stützquader, die Stützplatte, die Stützhaube und/oder der gewundene Stützquader, können dabei ganz oder teilweise einstückig mit dem Gehäuseboden und/oder dem Gehäusedeckel ausgeführt werden.
Dadurch wird die Stabilität der Spuleneinheit weiter erhöht und gleichzeitig eine gute Positionierung beispielsweise der jeweiligen Spule oder des jeweiligen Flussführungssektors gewährleistet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der jeweilige elektrische Leiter zumindest abschnittsweise von einem jeweiligen Spuleninneren zu einem jeweiligen Spulenäußeren in dem zumindest einen Kanal angeordnet.
Die Rückführung des jeweiligen elektrischen Leiters über den zumindest einen Kanal ermöglicht einen kompakten Aufbau der vorgeschlagenen Spuleneinheit, da diese Rückführung im Vergleich zu herkömmlichen Ausgestaltungen Bauraum einspart. Durch die vergleichsweise niedrigen Ansprüche bezüglich Bauraum weist die vorgeschlagene Spuleneinheit somit eine erhöhte Alltagstauglichkeit auf.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Flussführungseinheit vorzugsweise zwei bzw. drei bzw. vier Flussführungssektoren sowie vorzugsweise zwei bzw. drei bzw. vier Kanäle zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren auf, wobei zumindest eine Positionierspule zumindest abschnittsweise in dem zumindest einen Kanal angeordnet ist.
Die zumindest eine Positionierspule wird dazu verwendet, die Sekundärspule bezüglich der Primärspule der vorgeschlagenen Übertragungsanordnung zu lokalisieren bzw. positionieren. Vorzugsweise sind hierzu zwei um 180° bzw. drei um 120° bzw. vier um 90° zu einander versetzt angeordnete Kanäle vorgesehen, wobei in jedem dieser Kanäle zumindest abschnittsweise jeweils eine Positionierspule untergebracht ist. Dadurch wird eine ausreichend präzise Lokalisierung bzw. Positionierung ermöglicht und somit letztendlich der Wirkungsgrad der induktiven Energieübertragung erhöht.
Die vorgeschlagene zumindest abschnittsweise Anordnung der jeweiligen Positionierspule in dem jeweiligen Kanal ermöglicht einen kompakten Aufbau der vorgeschlagenen Spuleneinheit, da dadurch Bauraum eingespart werden kann. Somit kann eine Vergrößerung des Gehäuses oder ein Zusatzgehäuse für die jeweilige Positionsspule und damit oftmals einhergehend eine Bauraumverletzung vermieden werden.
Zusätzlich kann die jeweilige Positionierspule dadurch zuverlässig vor Beschädigungen, beispielsweise durch ein Überfahren der Spuleneinheit oder dergleichen, geschützt werden. Vorzugsweise ist hierzu in dem jeweiligen Kanal ein jeweiliger Stützquader vorgesehen, wobei der jeweilige Stützquader vorteilhafterweise einen ausreichenden Hohlraum für die Unterbringung der jeweiligen Positionierspule aufweist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass auftretende Kräfte über den Stützquader an der jeweiligen Positionierspule vorbei an dem Gehäuse Boden übertragen werden können.
Vorzugsweise ist die Spuleneinheit mit zumindest einer derartigen Positionierspule als kraftwagenzeitige Sekundärspule in dem vorgeschlagenen Kraftwagen ausgestaltet. Prinzipiell kann die Spuleneinheit mit zumindest einer derartigen Positionierspule allerdings auch als stationäre Primärspule in der vorgeschlagenen Ladestation ausgestaltet sein.
Insgesamt wird durch die vorgeschlagene Anordnung der jeweiligen Positionierspule somit die Alltagstauglichkeit der Spuleneinheit erhöht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Positionierspule dabei zumindest innerhalb der Flussführungseinheit zumindest teilweise von einem jeweiligen Schutzschirm umgeben.
Der jeweilige Schutzschirm schützt die jeweilige Positionierspule vor einer Beeinflussung durch das Magnetfeld der zur induktiven Energieübertragung vorgesehenen Spule. Dadurch wird die Lokalisierung bzw. Positionierung der Sekundärspule bezüglich der Primärspule zuverlässiger.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umgibt der jeweilige Schutzschirm dabei bei einem Querschnitt durch den jeweiligen Kanal die zumindest eine Positionierspule im Wesentlichen U-förmig, wobei die Öffnung des U zur zumindest einen Spule weist.
Die erläuterte Ausgestaltung des jeweiligen Schutzschirmes stellt zum einen eine ausreichende Genauigkeit bezüglich der Lokalisierung bzw. Positionierung der Sekundärspule in Bezug auf die Primärspule sicher und gewährleistet andererseits einen ausreichenden Schutz der jeweiligen Positionierspule vor einer Beeinflussung durch das Magnetfeld der zur induktiven Energieübertragung vorgesehenen Spule.
Dabei wird der Schutz insbesondere dadurch erreicht, dass der Schutzschirm in einem Querschnitt durch den jeweiligen Kanal betrachtet die jeweilige Positionierspule beinahe entlang des gesamten Umfangs umgibt. Die ausreichende Genauigkeit bezüglich der Lokalisierung bzw. Positionierung wird insbesondere dadurch gewährleistet, dass der Schutzschirm in dem betrachteten Querschnitt noch eine Öffnung aufweist, welche zur zumindest einen Spule und somit zur jeweils anderen Spule der Übertragungsanordnung weist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1–9 einige Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Spuleneinheit, und
10 ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Übertragungsanordnung.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit, wobei eine Draufsicht entlang einer Spulenachse 4 dargestellt ist. Die Spuleneinheit weist eine Spule 1 mit einem elektrischen Leiter 2 auf. Die Spule 1 verfügt über mehrere Windungen 16, von welchen aufgrund einer besseren Übersichtlichkeit in 1 lediglich einige wenige angedeutet sind.
Die Spuleneinheit weist weiterhin eine Flussführungseinheit 3 zur Führung eines im Betrieb der Spule 1 auftretenden magnetischen Flusses, wobei die Flussführungseinheit 3 entlang der Spulenachse 4 betrachtet in einer ersten Ebene hinter der Spule 1 angeordnet ist. Die Flussführungseinheit 3 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel acht Flussführungssektoren 5 sowie acht Kanäle 6 zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren 5 auf.
Die Spule 1 sowie die Flussführungseinheit 3 sind in einem Gehäuse untergebracht, wobei in der vorliegenden Figur der Gehäuseboden 7 dargestellt ist.
Ferner weist die Spuleneinheit ein Stützelement 9 auf, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Form eines Stützzylinders 12 vorliegt. Hierzu weist die Flussführungseinheit 3 in ihrer Mitte eine entlang der Spulenachse 4 durchgehende Aussparung 11 auf, wobei der Stützzylinder 12 zumindest abschnittsweise in der Aussparung 11 angeordnet ist. Somit ist die Projektion des Stützzylinders 12 entlang der Spulenachse 4 innerhalb der Erstreckung der Flussführungseinheit 3. Das Stützelement 9 in Form des Stützzylinders 12 ist dabei derart ausgestaltet, dass eine auf einen in den weiteren Figuren dargestellten Gehäusedeckel 8 wirkende Kraft 10 mittels des jeweiligen Stützelementes 9 an der Spule 1 und den Flussführungssektoren 5 vorbei an den Gehäuseboden 7 ableitbar ist.
2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt entlang der Spulenachse 4, wobei zwei der Flussführungssektoren 5 geschnitten werden. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen dabei gleiche Gegenstände.
Das Gehäuse weist einen Gehäuseboden 7 und einen Gehäusedeckel 8 auf, wobei die Spule 1 und die Flussführungseinheit 3 von dem Gehäuse eingehaust werden. Wirkt eine Kraft 10 auf den Gehäusedeckel 8, so wird diese Kraft 10 über den Stützzylinder 12 an der Spule 1 und der Flussführungseinheit 3 vorbei an den Gehäuseboden 7 abgeleitet.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit, wobei wie bei 1 eine Draufsicht entlang der Spulenachse 4 dargestellt ist. Da Ähnlichkeiten zum ersten Ausführungsbeispiel vorliegen, werden einige Unterschiede erläutert.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Gehäuseboden 7 und der Flussführungseinheit 3 eine Stützplatte 14 vorgesehen. Zusätzlich ist in den Kanälen 6 jeweils ein Stützquader 13 angeordnet, welcher Teil des Stützelements 9 ist. Außerdem ist zwischen zwei benachbarten Windungen 16 ein gewundener Stützquader 17 angeordnet. Hinzu kommt eine jeweilige Stützhaube 15, welche ebenfalls Teil des Stützelements 9 ist und lediglich für einen der Flussführungssektoren 5 angedeutet ist. Die jeweilige Stützhaube 15 haust jeweils einen der Flussführungssektoren 5 zumindest teilweise ein. Der gewundene Stützquader 17 ist dabei zwischen der Stützhaube 15 und dem Gehäusedeckel 8 angeordnet, wobei entlang der Spulenachse 4 betrachtet eine Dicke 18 des gewundenen Stützquaders 17 größer als eine Dicke 19 der jeweiligen Windung 16 ist, wie in 4 dargestellt.
4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt entlang der Spulenachse 4, wobei zwei der Flussführungssektoren 5 geschnitten werden.
Dargestellt sind unter anderem die Stützhaube 15 sowie der gewundene Stützquader 17. Die Dicke 18 des gewundenen Stützquaders 17 ist dabei größer als die Dicke 19 der jeweiligen Windung 16. Ferner ist die Stützplatte 14 dargestellt.
5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit in einem Querschnitt entlang der Spulenachse 4, wobei zwei der Flussführungssektoren 5 geschnitten werden.
Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Stützzylinder 12 vorgesehen, welcher allerdings mit der Stützhaube 15 einstückig ausgeführt ist. Ferner weist das dritte Ausführungsbeispiel keine Stützplatte 14 auf, was jedoch als optional anzusehen ist.
6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit, wobei eine Draufsicht entlang einer Spulenachse 4 dargestellt ist. Da Ähnlichkeiten zum zweiten Ausführungsbeispiel vorliegen, werden einige Unterschiede erläutert.
Auch das vierte Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit weist eine Spule 1 und gegebenenfalls einen gewundenen Stützquader 17 auf, wie sie im Zusammenhang mit dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel dargestellt wurden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Spule 1 bzw. der gewundene Stützquader 17 bei 6 jedoch nicht dargestellt.
Im Unterschied zu dem zweiten Ausführungsbeispiel sind bei dem vierten Ausführungsbeispiel vier Positionierspulen 20 vorgesehen, wobei jeweils eine der Positionierspulen 20 in einem der Kanäle 6 angeordnet ist.
7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit, wobei eine Draufsicht entlang einer Spulenachse 4 dargestellt ist. Da Ähnlichkeiten zum vierten Ausführungsbeispiel vorliegen, werden einige Unterschiede erläutert.
Die jeweilige Positionierspule 20 ist teilweise von einem jeweiligen Schutzschirm 21 umgeben. Der jeweilige Schutzschirm 21 umgibt die jeweilige Positionierspule 20 dabei im Wesentlichen U-förmig, wobei die Öffnung des U zur Spule 1 weist.
Weiterhin ist die Stützplatte 14 und eine jeweilige Stützhaube 15 vorgesehen, wobei die Stützhauben 15 in der 7 nicht dargestellt sind.
8 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel, wobei ein Querschnitt quer durch einen der Kanäle 6 dargestellt ist.
Dargestellt sind unter anderem die Stützhaube 15 sowie der geschnittene Kanal 6, in welchem zum Beispiel ein Stützzylinder 12 untergebracht werden kann.
Angedeutet ist dabei die Spule 1 mit ihrem elektrischen Leiter 2, wobei ein gegebenenfalls vorhandener gewundener Stützquader 17 nicht dargestellt ist.
9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Spuleneinheit, wobei ein Querschnitt quer durch einen der Kanäle 6 dargestellt ist. Da Ähnlichkeiten zum fünften Ausführungsbeispiel vorliegen, werden einige Unterschiede erläutert.
Im Unterschied zum fünften Ausführungsbeispiel ist beim sechsten Ausführungsbeispiel keine separate Stützplatte 14 vorgesehen, sondern vielmehr erstreckt sich der Gehäuseboden 7 in den jeweiligen Kanal 6 hinein und bildet dort gleichzeitig den Stützquader 12.
Angedeutet ist dabei die Spule 1 mit ihrem elektrischen Leiter 2, wobei ein gegebenenfalls vorhandener gewundener Stützquader 17 nicht dargestellt ist.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Übertragungsanordnung 31 zur induktiven Energieübertragung aufweisend eine Ladestation 32 sowie einen Kraftwagen 33.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung zur induktiven Energieübertragung, insbesondere zwischen einer Ladestation mit einer stationären Primärspule und einem Kraftwagen mit einer kraftwagenseitigen Sekundärspule, wobei die Spuleneinheit zumindest eine Spule aufweisend einen elektrischen Leiter sowie eine Flussführungseinheit zur Führung eines im Betrieb der zumindest einen Spule auftretenden magnetischen Flusses aufweist, wobei die Flussführungseinheit, entlang einer Spulenachse der zumindest einen Spule betrachtet, in einer ersten Ebene hinter der Spule angeordnet ist, wobei die Flussführungseinheit zumindest zwei Flussführungssektoren sowie zumindest einen Kanal zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine derartige Ladestation, einen derartigen Kraftwagen sowie eine derartige Übertragungsanordnung. Um die Alltagstauglichkeit einer Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung zur induktiven Energieübertragung zu erhöhen, werden ein Gehäuse aufweisend einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel, wobei das Gehäuse die zumindest eine Spule und die Flussführungseinheit zumindest teilweise einhaust, sowie zumindest ein Stützelement vorgeschlagen, welches jeweils zwischen dem Gehäuseboden und dem Gehäusedeckel angeordnet ist, wobei eine Projektion des zumindest einen Stützelementes entlang der Spulenachse gleich oder innerhalb der Erstreckung der Flussführungseinheit ist, wobei das jeweilige Stützelement derart ausgestaltet ist, dass eine auf den Gehäusedeckel wirkende Kraft mittels des jeweiligen Stützelementes an der zumindest einen Spule und den zumindest zwei Flussführungssektoren vorbei an den Gehäuseboden ableitbar ist. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ladestation zumindest eine derartige Spule aufweist, wobei die zumindest eine Spule als stationäre Primärspule ausgestaltet ist. Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Kraftwagen zumindest eine derartige Spuleneinheit aufweist, wobei die zumindest eine Spule als kraftwagenseitige Sekundärspule ausgestaltet ist. Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Übertragungsanordnung zumindest eine derartige Ladestation sowie zumindest einen derartigen Kraftwagen aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012211151 A1 [0005]

Claims

Spuleneinheit für eine Übertragungsanordnung (31) zur induktiven Energieübertragung, insbesondere zwischen einer Ladestation (32) mit einer stationären Primärspule und einem Kraftwagen (33) mit einer kraftwagenseitigen Sekundärspule, wobei die Spuleneinheit aufweist: – zumindest eine Spule (1) aufweisend einen elektrischen Leiter (2) sowie – eine Flussführungseinheit (3) zur Führung eines im Betrieb der zumindest einen Spule (1) auftretenden magnetischen Flusses, wobei die Flussführungseinheit (3), entlang einer Spulenachse (4) der zumindest einen Spule (1) betrachtet, in einer ersten Ebene hinter der Spule (1) angeordnet ist, wobei die Flussführungseinheit (3) zumindest zwei Flussführungssektoren (5) sowie zumindest einen Kanal (6) zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren (5) aufweist, gekennzeichnet durch – ein Gehäuse aufweisend einen Gehäuseboden (7) und einen Gehäusedeckel (8), wobei das Gehäuse die zumindest eine Spule (1) und die Flussführungseinheit (3) zumindest teilweise einhaust, – zumindest ein Stützelement (9), welches jeweils zwischen dem Gehäuseboden (7) und dem Gehäusedeckel (8) angeordnet ist, wobei eine Projektion des zumindest einen Stützelementes (9) entlang der Spulenachse (4) gleich oder innerhalb der Erstreckung der Flussführungseinheit (3) ist, wobei das jeweilige Stützelement (9) derart ausgestaltet ist, dass eine auf den Gehäusedeckel (8) wirkende Kraft (10) mittels des jeweiligen Stützelementes (9) an der zumindest einen Spule (1) und den zumindest zwei Flussführungssektoren (5) vorbei an den Gehäuseboden (8) ableitbar ist.
Spuleneinheit nach Anspruch 1, wobei die Flussführungseinheit (3) in ihrer Mitte eine entlang der Spulenachse (4) durchgehende Aussparung (11) aufweist, wobei das zumindest eine Stützelement (9) einen Stützzylinder (12) umfasst, welcher zumindest abschnittsweise in der Aussparung (11) angeordnet ist.
Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Stützelement (9) zumindest einen Stützquader (13) umfasst, welcher jeweils zumindest abschnittsweise in dem zumindest einen Kanal (6) angeordnet ist.
Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Stützelement (9) eine Stützplatte (14) umfasst, welche zwischen dem Gehäuseboden (7) und der Flussführungseinheit (3) angeordnet ist.
Spuleneinheit nach den Ansprüchen 2–4, wobei die Stützplatte (14) sowie der zumindest eine Stützquader (13) und/oder der Stützzylinder (12) einstückig ausgeführt sind.
Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Stützelement (9) zumindest eine Stützhaube (15) umfasst, wobei die zumindest eine Stützhaube (15), insbesondere zusammen mit dem Gehäuseboden (7) oder der Stützplatte (14), zumindest einen der Flussführungssektoren (5) zumindest teilweise einhaust.
Spuleneinheit nach Anspruch 6, wobei die jeweilige Spule (1) zumindest zwei Windungen (16) aufweist, wobei die zumindest zwei Windungen (16) im Wesentlichen in einer zweiten Ebene angeordnet sind, welche im Wesentlichen parallel zur ersten Ebene ist, wobei zwischen zwei benachbarten Windungen (16) zumindest abschnittsweise ein gewundener Stützquader (17) angeordnet ist, wobei der gewundene Stützquader (17) zwischen der zumindest einen Stützhaube (15) und dem Gehäusedeckel (8) angeordnet ist, wobei, jeweils entlang der jeweiligen Spulenachse (4) betrachtet, eine Dicke (18) des gewundenen Stützquaders (17) größer als eine Dicke (19) der jeweiligen Windung (16) ist.
Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Stützelement (9) zumindest teilweise einstückig mit dem Gehäuseboden (7) und/oder dem Gehäusedeckel (8) ausgeführt ist.
Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der jeweilige elektrische Leiter (2) zumindest abschnittsweise von einem jeweiligen Spuleninneren zu einem jeweiligen Spulenäußeren in dem zumindest einen Kanal (6) angeordnet ist.
Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flussführungseinheit (3) vorzugsweise zwei bzw. drei bzw. vier Flussführungssektoren (5) sowie vorzugsweise zwei bzw. drei bzw. vier Kanäle (6) zwischen zwei benachbarten Flussführungssektoren (5) aufweist, wobei zumindest eine Positionierspule (20) zumindest abschnittsweise in dem zumindest einen Kanal (6) angeordnet ist.
Spuleneinheit nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine Positionierspule (20) zumindest innerhalb der Flussführungseinheit (3) zumindest teilweise von einem jeweiligen Schutzschirm (21) umgeben ist.
Spuleneinheit nach Anspruch 11, wobei der jeweilige Schutzschirm (21) bei einem Querschnitt durch den jeweiligen Kanal (6) die zumindest eine Positionierspule (20) im Wesentlichen U-förmig umgibt, wobei die Öffnung des U zur zumindest einen Spule (1) weist.
Ladestation (32) für eine Übertragungsanordnung (31) zur induktiven Energieübertragung, wobei die Ladestation (32) zumindest eine Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, wobei die zumindest eine Spule (1) der zumindest einen Spuleneinheit als stationäre Primärspule ausgestaltet ist.
Kraftwagen (33) für eine Übertragungsanordnung zur induktiven Energieübertragung (31), wobei der Kraftwagen (33) zumindest eine Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1–12 aufweist, wobei die zumindest eine Spule (1) der zumindest einen Spuleneinheit als kraftwagenseitige Sekundärspule ausgestaltet ist.
Übertragungsanordnung (31) zur induktiven Energieübertragung aufweisend zumindest eine Ladestation (32) nach Anspruch 13 sowie zumindest einen Kraftwagen (33) nach Anspruch 14.