DE102016203933A1

DE102016203933A1 - Induktionsaufladesystem für Fahrzeug sowie Verwendung

Info

Publication number: DE102016203933A1
Application number: DE102016203933.4A
Authority: DE
Inventors: Helmut Wagatha; Fredrik Hocke
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Also published as: WO2017153080A1; US11267348B2; CN108473069A; US20190001829A1; CN108473069B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Induktionsaufladesystem für ein Fahrzeug mit elektrischer Speichereinheit, insbesondere ein Elektrofahrzeug, sowie die dessen Verwendung. Das Induktionsaufladesystem weist bevorzugt eine erste Spuleneinrichtung für eine Ladestation und eine zweite Spuleneinrichtung zur Montage an einem Fahrzeug auf, wobei die zweite Spuleneinrichtung vorzugsweise eingerichtet ist, um mit der ersten Spuleneinrichtung magnetisch wechselzuwirken. Weiter bevorzugt weist das Induktionsaufladesystem eine erste Positioniereinheit auf, welche die erste Spuleneinrichtung beweglich lagert, wobei das System bevorzugt eingerichtet ist, um zwischen der ersten Spuleneinrichtung und der zweiten Spuleneinrichtung eine attraktive magnetische Kraft zu erzeugen, welche eine definierte Ausrichtung der ersten Spuleneinrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung mittels der Positioniereinheit bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und dessen Verwendung zur induktiven Aufladung einer Energiespeichereinheit eines Fahrzeugs.
Vorrichtungen zum Aufladen von Sekundärzellen spielen insbesondere auf dem Gebiet der Elektromobilität eine große Rolle. Um die Nutzung eines Elektrofahrzeugs, beispielsweise eines Fahrzeugs mit Energiespeichereinheit und Elektroantrieb, für einen Benutzer möglichst komfortabel und sicher zu machen, sollte ein Aufladevorgang der Energiespeichereinheit schnell, effizient und einfach ausführbar sein. In dieser Hinsicht besonders geeignet sind Systeme zum induktiven Aufladen der Energiespeicher, da die Aufladung hierbei drahtlos erfolgt. Dadurch kann auf Ladekabel verzichtet werden, was den Ladevorgang besonders komfortabel und sicher gestaltet.
Zum induktiven Aufladen wird eine Ladespule einer Ladestation in die Nähe einer Empfangsspule eines Fahrzeugs gebracht und in der Ladespule ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches einen Wechselstrom in der Empfangsspule generiert.
Um eine hohe Effizienz der Energieübertragung zwischen Lade- und Empfangsspule zur erreichen, muss eine genaue Positionierung von Lade- und Empfangsspule relativ zueinander vorgenommen werden. Bei nicht optimaler Ausrichtung, d.h. bei Abweichungen von wenigen Zentimetern, reduziert sich der Wirkungsgrad des Aufladevorgangs bereits. Dies hat insbesondere verlängerte Ladezeiten zur Folge.
Die Druckschrift DE 10 2013 227 129 A1 betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Relativposition einer Sendeladespule und einer Empfangsladespule durch Erfassen eines magnetischen Orientierungsfeldes mit mindestens einer Sensorspule, um Sendeladespule und Empfangsladespule besser ausrichten zu können.
Die Druckschrift US 2015 0 104 928 A1 betrifft eine Vorrichtung zur kabellosen Aufladung aufweisend eine Steuerungseinheit, welche kommunikativ mit einem Positionierungssystem gekoppelt ist, wobei das Positionierungssystem mit einer Übertragungsspule gekoppelt ist und das Positionierungssystem dazu eingerichtet ist, diese Übertragungsspule um eine erste und eine zweite Achse zu Rotieren.
Die Druckschrift US 2015 0 137 801 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausrichtung eines Fahrzeugs mit einem induktiven Aufladesystem, wobei Ausrichtungsspulen zu einer Sekundärspule am Fahrzeug hinzugefügt werden, und eine Primärspule bei Energetisierung ein magnetisches Feld erzeugt, welches in den Ausrichtungsspulen in Abhängigkeit zum Abstand der Ausrichtungsspulen zur Hauptachse der Primärspule eine Spannung induziert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Aufladevorgang einer Energiespeichereinheit eines Fahrzeugs einfacher und effizienter und für den Benutzer gleichzeitig komfortabel zu machen.
Diese Aufgabe wird durch ein Induktionsaufladesystem sowie dessen Verwendung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die Offenbarung der Ansprüche wird ausdrücklich zu einem Teil der Beschreibung gemacht.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Induktionsaufladesystem für ein Fahrzeug mit elektrischer Speichereinheit, insbesondere ein Elektrofahrzeug. Das Induktionsaufladesystem weist vorzugsweise eine erste Spuleneinrichtung für eine Ladestation und eine zweite Spuleneinrichtung zur Montage an einem Fahrzeug auf, wobei die zweite Spuleneinrichtung eingerichtet ist, um mit der ersten Spuleneinrichtung magnetisch, insbesondere induktiv, wechselzuwirken. Weiter vorzugsweise weist das Induktionsaufladesystem eine erste Positioniereinheit auf, welche die erste Spuleneinrichtung beweglich lagert. Das System ist bevorzugt eingerichtet, um zwischen der ersten Spuleneinrichtung und der zweiten Spuleneinrichtung eine attraktive magnetische Kraft zu erzeugen, welche eine definierte Ausrichtung der ersten Spuleneinrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung mittels der Positioniereinheit bewirkt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des Induktionsaufladesystems nach dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei der Verwendung eines Induktionsaufladesystems wird vorzugsweise mindestens ein erstes konstantes Magnetfeld durch eine erste Spuleneinrichtung oder mindestens ein erstes Magnetfeldmodul, und mindestens ein zweites konstantes Magnetfeld durch eine zweite Spuleneinrichtung oder mindestens ein zweites Magnetfeldmodul erzeugt. Bevorzugt ist das mindestens eine erste konstante Magnetfeld relativ zu dem mindestens einen zweiten konstanten Magnetfeld in der Weise orientiert, dass eine attraktive magnetische Kraft zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung erzeugt wird. Die Energiespeichereinheit des Fahrzeugs wird vorzugsweise durch Verwenden der ersten und zweiten Spuleneinrichtung induktiv geladen.
Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, eine erste Spuleneinrichtung und eine zweite Spuleneinrichtung durch eine attraktive magnetische Kraft zu Positionieren. Die Positionierung, d.h. die Bewegung und/oder Verkippung in eine definierte Ausrichtung bzw. Endposition der beiden Spuleneinrichtungen relativ zueinander wird dabei aufgrund der attraktiven magnetischen Kraft vorzugsweise selbstständig, d.h. automatisch, ausgeführt. Die definierte Ausrichtung entspricht einer Stellung von erster und zweiter Spuleneinrichtung, in der ein Wirkungsgrad bei einer induktiven Wechselwirkung besonders groß ist. Die definierte Ausrichtung betrifft dabei insbesondere die Orientierung von Achsen der beiden Spuleneinrichtungen. Eine besonders bevorzugte definierte Ausrichtung entspricht beispielsweise einem Fluchten von Wicklungsachsen der beiden Spuleneinrichtungen.
Vorzugsweise ist die erste Spuleneinrichtung Teil einer Ladestation zum Aufladen eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Speichereinheit, insbesondere einem Elektrofahrzeug, und durch eine erste Positioniereinheit beweglich gelagert, d.h. translatorisch verfahr- und/oder verkippbar. Die zweite Spuleneinrichtung ist zur Montage in oder an einem solchen Fahrzeug vorgesehen. Wird das Fahrzeug an, auf oder unter der Ladestation insbesondere mit einer Genauigkeit von 30 cm oder höher positioniert, insbesondere manuell oder semimanuell, beispielsweise durch Verwendung einer Radiofrequenzpositionierungseinheit, kann die attraktive magnetische Kraft zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung wirken. Durch die attraktive magnetische Kraft bewegt sich die erste, beweglich gelagerte Spuleneinrichtung durch translatorische Bewegung und/oder Verkippen relativ zur zweiten Spuleneinrichtung aus einer Ursprungsposition heraus. Insbesondere bewegt sich die erste Spuleneinrichtung auf die zweite Spuleneinrichtung entsprechend des Vektors der attraktiven magnetischen Kraft zu.
In der definierten Ausrichtung, d.h. der bevorzugten Endposition von erster und zweiter Spuleneinrichtung, findet der Aufladevorgang statt, indem in der ersten Spuleneinrichtung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, welches in der zweiten Spuleneinrichtung einen Wechselstrom zur Aufladung der elektrischen Speichereinheit des Fahrzeugs induziert. Der Aufladevorgang ist besonders sicher für den Benutzer, da eine Kopplung, d.h. das Positionieren in einer definierten Ausrichtung, der ersten und zweiten Spuleneinrichtung selbstständig erfolgt und auf einen Umgang mit Ladekabeln, insbesondere Hochspannung führenden Ladekabeln, verzichtet werden kann.
Die erste Positioniereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, eine translatorische Bewegung und/oder Verkippung der ersten Spuleneinrichtung schon bei kleinen an der ersten Spuleneinrichtung wirkenden Kräften zu ermöglichen. Dadurch wird die selbstständige, d.h. automatische Positionierung der ersten Spuleneinrichtung in eine definierte Ausrichtung relativ zur zweiten Spuleneinrichtung auch bei schwachen attraktiven magnetischen Kräften, insbesondere bedingt durch einen großen Abstand von erster Spuleneinrichtung zu zweiter Spuleneinrichtung, ermöglicht. Insbesondere wird die definierte Ausrichtung, welche einer besonders bevorzugten Ausrichtung zur Steigerung des Wirkungsgrades des Aufladevorgangs entspricht, besonders präzise und zuverlässig erreicht.
Vorzugsweise ist auch die zweite Spuleneinrichtung durch eine zweite Positioniereinheit beweglich gelagert. Dadurch stehen insbesondere mehr Freiheitsgrade zur Verfügung, erste und zweite Spuleneinrichtung relativ zueinander, insbesondere aus einer jeweiligen Ursprungsposition, in die definierte Ausrichtung zu bewegen.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung durch eine selbstständige, d.h. automatische, definierte Ausrichtung einer ersten und zweiten Spuleneinrichtung eine besonders effiziente, sichere und komfortable Aufladung eines Fahrzeugs mit elektrischer Speichereinheit, insbesondere einem Elektrofahrzeug.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems ist die erste Spuleneinrichtung eingerichtet, um ein erstes konstantes Magnetfeld zu erzeugen, und die zweite Spuleneinrichtung ist eingerichtet, um ein zweites konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei erstes und zweites konstantes Magnetfeld auf eine Weise zueinander orientiert sind, dass eine attraktive magnetische Kraft zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung erzeugt wird. Dies kann insbesondere durch Anlegen eines konstanten Stromes in sowohl erster als auch zweiter Spuleneinrichtung realisiert werden. Dadurch ist eine attraktive magnetische Kraft zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung besonders einfach und effizient erzeugbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems weist die erste Spuleneinrichtung mindestens ein erstes Magnetmodul auf, welches eingerichtet ist, um mindestens ein erstes konstantes Magnetfeld zu erzeugen, und die zweite Spuleneinrichtung weist mindestens ein zweites Magnetmodul auf, welches eingerichtet ist, um mindestens ein zweites konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Vorzugsweise sind das mindestens eine erste konstante Magnetfeld und das mindestens eine zweite konstante Magnetfeld in der Weise relativ zueinander orientiert, dass eine attraktive magnetische Kraft zwischen der ersten Spuleneinrichtung und der zweiten Spuleneinrichtung bewirkt wird. Vorzugsweise sind das mindestens eine erste und/oder zweite Magnetmodul in der Weise an erster und/oder zweiter Spuleneinrichtung angebracht, dass die Richtung der erzeugten attraktiven magnetischen Kraft auf die definierte Ausrichtung, d.h. die bevorzugte Stellung erster und zweiter Spuleneinrichtung, zeigt. Insbesondere sind die Magnetmodule jeweils an den Rändern der ersten und zweiten Spuleneinrichtung vorgesehen. Durch Anbringen jeweils mehrerer Magnetmodule kann die Kraftkopplung zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung besonders zuverlässig hergestellt werden und darüber hinaus die Richtung der attraktiven magnetischen Kraft, d.h. deren Vektor, besonders deutlich vorgegeben werden. Dadurch führt ein Bewegen entlang des Vektors der attraktiven magnetischen Kraft besonders zuverlässig in die definierte Ausrichtung erster und zweiter Spuleneinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems ist das mindestens eine erste Magnetmodul als mindestens ein erster Permanentmagnet oder mindestens ein erster Elektromagnet eingerichtet, und das mindestens eine zweite Magnetmodul ist als mindestens ein zweiter Permanentmagnet oder mindestens ein zweiter Elektromagnet eingerichtet. Als Permanentmagnete ausgebildete Magnetmodule erzeugen besonders zuverlässig eine starke attraktive magnetische Kraft bei gleichzeitig geringem Volumen, so dass eine besonders platzsparende Anordnung an erster und zweiter Spuleneinrichtung ermöglicht wird. Durch als Elektromagnete ausgebildete Magnetmodule lassen sich Magnetfelder und damit eine attraktive magnetische Kraft sehr gezielt, d.h. dosiert, erzeugen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die attraktive magnetische Kraft dadurch nach dem Aufladevorgang ausgeschaltet werden, so dass ein besonders leichtes Bewegen der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung möglich ist, insbesondere in eine erste und/oder zweite Ursprungsposition. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung kann die Polung des Magnetfelds, welches durch das mindestens eine als Elektromagnet ausgebildete Magnetmodul an der ersten oder zweiten Spuleneinrichtung erzeugt wird, umgekehrt werden, so dass zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung eine repulsive magnetische Kraft wirkt. Dadurch ist es besonders einfach, erste und/oder zweite Spuleneinrichtung nach dem Aufladevorgang, insbesondere in eine erste und/oder zweite Ursprungsposition, zu bewegen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems lagert die erste Positioniereinheit die erste Spuleneinrichtung in der Weise beweglich, dass eine translatorische Bewegung und/oder eine Verkippung der ersten Spuleneinrichtung in mindestens einer Raumrichtung aus einer ersten Ursprungsposition heraus möglich ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Positioniereinheit zu diesem Zweck leichtläufige Rollen bzw. Räder und/oder Lager auf, die in einer weiteren vorteilhaften Ausführung auf Führungsschienen laufen. Dadurch kann die erste Spuleneinrichtung besonders leicht, d.h. durch Wirken von kleinen Kräften, bewegt und/oder verkippt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems weist die erste Positioniereinheit mindestens eine erste Bewegungsvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, um eine translatorische Bewegung und/oder eine Verkippung der ersten Spuleneinrichtung in mindestens einer Raumrichtung zu erzeugen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bewegungsvorrichtung als Antrieb, insbesondere als hydraulischer oder elektrischer Antrieb, ausgebildet. Bevorzugt unterstützt der Antrieb die translatorische Bewegung und/oder Verkippung in mindestens einer Raumrichtung, die insbesondere durch die attraktive magnetische Kraft induziert wird. Dadurch wird eine besonders zuverlässige definierte Ausrichtung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung relativ zueinander gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Induktionsaufladesystem eine zweite Positioniereinheit auf, welche die zweite Spuleneinrichtung in der Weise beweglich lagert, dass eine translatorische Bewegung und/oder eine Verkippung der zweiten Spuleneinrichtung in mindestens einer Raumrichtung aus einer zweiten Ursprungsposition heraus möglich ist. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite Positioniereinheit zu diesem Zweck leichtläufige Rollen bzw. Räder und/oder Lager auf, die in einer weiteren vorteilhaften Ausführung auf Führungsschienen laufen. Dadurch kann die zweite Spuleneinrichtung besonders leicht, d.h. durch Wirken von kleinen Kräften, bewegt und/oder verkippt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems weist die zweite Positioniereinheit mindestens eine zweite Bewegungsvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, um eine translatorische Bewegung und/oder Verkippung der zweiten Spuleneinrichtung in mindestens einer Raumrichtung zu erzeugen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bewegungsvorrichtung als Antrieb, insbesondere als hydraulischer oder elektrischer Antrieb, ausgebildet. Bevorzugt unterstützt der Antrieb die translatorische Bewegung und/oder Verkippung in mindestens einer Raumrichtung, die insbesondere durch die attraktive magnetische Kraft induziert wird. Dadurch wird eine besonders zuverlässige translatorische Bewegung und/oder Verkippung in die definierte Ausrichtung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems ist die erste Positioniereinheit und/oder die zweite Positioniereinheit eingerichtet, um die erste Spuleneinrichtung und/oder die zweite Spuleneinrichtung in der definierten Ausrichtung zu fixieren. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann dies durch eine Blockierung bzw. Festsetzung der ersten oder zweiten Bewegungsvorrichtung bewirkt werden. Insbesondere wird in einer Ausgestaltung der Fluss hydraulischer Flüssigkeit gestoppt oder ein Rotor eines Elektromotors blockiert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung blockiert eine mechanische Vorrichtung, insbesondere mindestens ein Bolzen, die Räder bzw. Rollen oder Lager der Bewegungsvorrichtung. Dadurch wird sichergestellt, dass die erste und/oder zweite Spuleneinrichtung nach dem Erreichen der definierten Ausrichtung, insbesondere während des Aufladevorgangs, nicht mehr aus der definierten Ausrichtung herausbewegt werden und die Effizienz der Energieübertragung von erster Spuleneinrichtung auf zweite Spuleneinrichtung nicht abnehmen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems weisen die erste Spuleneinrichtung und die zweite Spuleneinrichtung eine geometrische Positionierungsunterstützung, insbesondere in Form von Zentrierzapfen und Zentriervertiefungen, auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die geometrische Positionierunterstützung als mindestens ein Kegel oder Kegelstumpf und mindestens eine Kegelmulde oder Kegelstumpfmulde ausgebildet.
Insbesondere sind die Zentrierzapfen, Kegel oder Kegelstümpfe dabei an erster oder zweiter Spuleneirichtung, und die Zentriervertiefungen, Kegelmulde oder Kegelstumpfmulde als Gegenstück entsprechend an zweiter oder erster Spuleneinrichtung vorgesehen. Bei Annäherung von erster und zweiter Spuleneinrichtung, insbesondere durch Wirken einer attraktiven magnetischen Kraft, gleiten die Zentrierzapfen, Kegel oder Kegelstümpfe in die dafür vorgesehenen Zentriervertiefungen, Kegelmulden oder Kegelstumpfmulden und bewirken dabei eine besonders präzise Positionierung von erster und/oder zweiter Spuleneinrichtung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Zentrierzapfen kegelförmig und die Zentriervertiefungen als kegelförmige Mulde ausgebildet. Dadurch können die Zentrierzapfen wie Kegel oder Kegelstumpf insbesondere aus jeder Richtung in die entsprechenden Zentriermulden gleiten. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist nur ein kegelförmiger Zentrierzapfen, Kegel oder Kegelstumpf und entsprechend eine kegelförmige Zentriervertiefung, Kegelmulde oder Kegelstumpfmulde vorgesehen, wodurch eine ungewollte, falsche Zuordnung von Zentrierzapfen zu Zentriermulde, Kegel zu Kegelmulde oder Kegelstumpf zu Kegelstumpfmulde besonders einfach vermieden werden kann. In dieser Ausgestaltung sind Zentrierzapfen und -vertiefung, Kegel und -mulde, oder Kegelstumpf und -mulde vorzugsweise besonders stumpf, d.h. die entsprechende Kegelfläche ist besonders groß bzw. der Winkel zwischen Kegelfläche und Kegelboden ist besonders klein, wodurch die Wechselwirkung von Zentrierzapfen und -vertiefung, Kegel und -mulde, oder Kegelstumpf und -mulde, erleichtert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems ist an der ersten Spuleneinrichtung und/oder an der zweiten Spuleneinrichtung mindestens ein Stopper angebracht, welcher eingerichtet ist, um die Bewegung der ersten Positioniereinrichtung und/oder der zweiten Positioniereinrichtung bei Erreichen der definierten Ausrichtung zu stoppen. Vorzugsweise ist der mindestens eine Stopper aus einem weichen und/oder elastischen Material, insbesondere Gummi. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine Stopper in der Nähe von, insbesondere neben, der geometrischen Positionierunterstützung vorgesehen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine Stopper in der Nähe von, insbesondere neben, mindestens einem ersten und/oder zweiten Magnetmodul vorgesehen.
Durch das Anbringen mindestens eines Stoppers wird zuverlässig ein Mindestabstand von erster und zweiter Spuleneinrichtung in der definierten Ausrichtung gewährleistet. Darüber hinaus dämpft der mindestens eine Stopper erste und/oder zweite Spuleneinrichtung beim Gleiten in die definierte Ausrichtung aufgrund der attraktiven magnetischen Kraft, so dass eine Beschädigung aufgrund eines abrupten Aufeinanderstoßens von erster und/oder zweiter Spuleneinrichtung in der definierten Ausrichtung vermieden wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Induktionsaufladesystem eine Radiofrequenzpositioniereinheit auf, welche eingerichtet ist, um in der ersten Spuleneinrichtung ein Radiofrequenzsignal, insbesondere bei einer Frequenz von im Wesentlichen 80 oder 90 kHz, zu erzeugen. Vorzugsweise weist das Induktionsaufladesystem ferner Antennen auf, die zur Montage in dem Fahrzeug und zum Empfang des Radiofrequenzsignals vorgesehen sind. Die Radiofrequenzpositioniereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet, aus den durch die Antennen empfangenen Radiofrequenzsignalen ein Positioniersignal betreffend die Relativposition von zweiter Spuleneinrichtung in Bezug auf die erste Spuleneinrichtung zu generieren, anhand dessen das Fahrzeug und/oder dessen Fahrer die zweite Spuleneinrichtung in Bezug auf die erste Spuleneinrichtung entsprechend der definierten Ausrichtung bis auf mindestens 30 cm genau durch Bewegen des Fahrzeugs ausrichten kann. Dadurch werden erste und zweite Spuleneinrichtung bevorzugt in einen Mindestabstand gebracht, in dem die attraktive magnetische Kraft zwischen erster und zweiter Spuleneinrichtung zuverlässig wirkt und eine definierte Ausrichtung von erster und zweiter Spuleneinrichtung gewährleistet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antennen an mehreren, insbesondere voneinander entfernten Stellen des Fahrzeugs vorgesehen, wodurch die Relativposition von zweiter Spuleneinrichtung in Bezug auf die erste Spulenposition besonders genau bestimmt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden Antennen von weiteren bereits im Fahrzeug vorhandenen Systemen, insbesondere System zum drahtlosen Fahrzeugzugang und/oder Steuern von Fahrzeugeinrichtungen, als Antennen des Induktionsaufladesystems genutzt. Insbesondere wird bereits vorhandene Infrastruktur des Fahrzeugs für das Induktionsladesystem genutzt. Dadurch kann das Fahrzeug das Induktionsladesystem besonders einfach und unkompliziert nutzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Induktionsaufladesystems weist die erste Spuleneinrichtung und/oder die zweite Spuleneinrichtung einen Schutz, insbesondere einen Staub- und Steinschutz, auf. Der Schutz kann insbesondere als Plastik- oder Kunststoffdeckel oder eine entsprechende Abdeckung ausgebildet sein. Dadurch wird eine Beschädigung und/oder Verschmutzung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung und/oder der ersten und/oder zweiten Positioniereinheit zuverlässig verhindert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verwendung des Induktionsaufladesystems wird eine Bewegung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung durch translatorisches Bewegen und/oder Verkippen der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung aufgrund der attraktiven magnetischen Kraft bis zu der definierten Ausrichtung durch translatorisches Bewegen und/oder Verkippen der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung entlang mindestens einer Raumrichtung durch mindestens eine erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung unterstützt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Bewegungsvorrichtung dazu als Antrieb, insbesondere als hydraulischer oder elektrischer Antrieb, ausgebildet. Bevorzugt unterstützt der Antrieb die translatorische Bewegung und/oder Verkippung in mindestens einer Raumrichtung, die insbesondere durch die attraktive magnetische Kraft induziert wird. Dadurch wird eine besonders zuverlässige definierte Ausrichtung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung relativ zueinander gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste und/oder zweite Positioniereinheit mindestens einen Bewegungssensor und die mindestens eine erste und/oder zweite Bewegungseinheit mindestens ein Steuergerät auf. Insbesondere ist der mindestens eine Bewegungssensor dabei Teil mindestens einer Bewegungseinheit. Das mindestens eine Steuergerät ist ausgebildet, um anhand des Signals des mindestens einen Bewegungssensors eine translatorische Bewegung und/oder Verkippung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung entlang mindestens einer Raumrichtung zu erkennen und die mindestens eine erste und/oder zweite Bewegungseinheit in der Weise zu steuern, dass die mindestens eine erste und/oder zweite Bewegungseinheit die translatorische Bewegung und/oder Verkippung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung entlang mindestens einer Raumrichtung unterstützt.
Insbesondere ist das mindestens eine Steuergerät ausgebildet, um durch die erste und/oder zweite Bewegungseinheit eine positive und/oder negative Beschleunigung und/oder eine konstante translatorische Bewegung und/oder Verkippung, insbesondere eine Neigung, der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung zu bewirken. Bevorzugt weist das mindestens eine Steuergerät ferner eine Regelvorrichtung auf, welche die Beschleunigung und/oder konstante translatorische Bewegung und/oder Verkippung regelt, insbesondere basierend auf den Signalen des mindestens einen Bewegungssensors. Insbesondere verhindert die Regelvorrichtung, dass die mindestens eine Bewegungsvorrichtung eine starke Beschleunigung und/oder hohe konstante translatorische Bewegung und/oder schnelle Verkippung bewirkt bzw. die erste und/oder zweite Spuleneinrichtung stark beschleunigt und/oder schnell bewegt und/oder schnell verkippt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung regelt die Regelvorrichtung die mindestens eines Bewegungsvorrichtung in der Weise, dass eine Dämpfung von translatorischen Bewegungen und/oder Verkippungen der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung bewirkt wird.
Dadurch wird eine translatorische Bewegung und/oder Verkippung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung in die definierte Ausrichtung besonders zuverlässig bewirkt. Insbesondere wird sichergestellt, dass auch bei kleiner Wirkung der attraktiven magnetischen Kraft eine präzis definierte Ausrichtung von erster und zweiter Spuleneinrichtung erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Verwendung des Induktionsaufladesystems wird die erste und/oder zweite Spuleneinrichtung nach dem induktiven Laden der Energiespeichereinheit des Fahrzeugs durch die erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung aus der definierten Ausrichtung in die erste und/oder zweite Ursprungsposition zurück bewegt. Dadurch wird insbesondere eine Beschädigung der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung und/oder des Fahrzeugs bei einer Bewegung des Fahrzeugs nach dem Aufladen verhindert.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten auch für den zweiten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:
1 eine erste Ausführungsform eines Induktionsladesystems für ein Fahrzeug;
2 eine zweite Ausführungsform eines Induktionsladesystems für ein Fahrzeug;
3 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer magnetischen Kraft bei einem Induktionsladesystem für ein Fahrzeug; und
4 eine Verwendung eines Induktionsladesystems zum Aufladen eines Fahrzeugs.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Induktionsladesystems 1 für ein Fahrzeug 2. Das Induktionsladesystem 1 weist eine erste Spuleneinrichtung 3 auf, welche insbesondere als erste Spule ausgebildet ist. Die erste Spuleneinrichtungen 3 ist vorzugsweise Teil einer Ladestation 4, an welcher ein Fahrzeug 2, vorzugsweise ein Fahrzeug mit elektrischer Speichereinheit, weiter vorzugsweise ein Elektrofahrzeug, aufgeladen werden kann. Insbesondere ist die erste Spuleneinrichtung 3 dazu ausgebildet, ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen.
Das Induktionsladesystem 1 weist eine zweite Spuleneinrichtungen 5 auf, welche insbesondere als zweite Spule ausgebildet und vorzugsweise zur Montage in dem Fahrzeug 2 vorgesehen ist. Die zweite Spuleneinrichtung 5 ist insbesondere dazu ausgebildet, dem Fahrzeug 2 in der zweiten Spuleneinrichtung 5 induzierten Strom zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist die zweite Spuleneinrichtung 5 dazu ausgebildet, mit dem in der zweiten Spuleneinrichtung 5 induzierten Strom eine elektrische Speichereinheit des Fahrzeugs 2, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, aufzuladen. Der in der zweiten Spureinrichtungen 5 induzierte Strom wird vorzugsweise durch ein von der ersten Spuleneinrichtung 3 erzeugtes magnetisches Wechselfeld induziert. Insbesondere ist die erste Spuleneinrichtung 3 ausgebildet, durch das erzeugte magnetische Wechselfeld einen Strom in der zweiten Spuleneinrichtung 5 zu induzieren. Dadurch stellt das Induktionsladesystem 1 dem Fahrzeug 2 besonders einfach, sicher und komfortabel Strom, insbesondere zum Laden einer elektrischen Speichereinheit des Fahrzeugs 2, zur Verfügung.
Um eine hohe Effizienz der Energieübertragung von erster Spuleneinrichtung 3 auf die zweite Spuleneinrichtung 5 zu erreichen, d.h. die Kopplung des von der ersten Spuleneinrichtung 3 erzeugten magnetischen Wechselfelds an die zweite Spuleneinrichtung 5 stark zu machen, ist es notwendig, die erste Spuleneinrichtung 3 nahe an die zweite Spuleneinrichtung 5 zu bringen, insbesondere zu bewegen. Daher ist die zweite Spuleneinrichtung 5 vorzugsweise an einer Stelle des Fahrzeugs 2 vorgesehen, an welche die erste Spuleneinrichtung 3 der Ladestation 4 nahe heran gebracht, bzw. einfach angenähert, werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist die zweite Spuleneinrichtung 5 vorzugsweise an einer Stelle des Fahrzeugs 2 vorgesehen, an welcher die zweite Spuleneinrichtung 5 nahe an die erste Spuleneinrichtung 3 der Ladestation 4 heran gebracht werden kann. Insbesondere ist die zweite Spuleneinrichtung 5 unter der Motorhaube, unter der Heckklappe, unter dem Fahrzeugdach, oder am Fahrzeugboden angebracht.
Vorzugsweise ist das Fahrzeug 2 dazu eingerichtet, die zweite Spuleneinrichtung 5 in einer ersten groben Positionierung, in die Nähe der ersten Spuleneinrichtung 3 zu bringen. Insbesondere ist das Fahrzeug 2 dazu eingerichtet, die zweite Spuleneinrichtung 5 bis auf 30 cm oder näher an die erste Spuleneinrichtung 3 anzunähern, d.h. die zweite Spuleneinrichtung 5 bis auf 30 cm über, unter oder neben die erste Spuleneinrichtung 3 zu bringen. Dies wird vorzugsweise durch eine Radiofrequenzpositioniereinheit (nicht dargestellt) bewirkt.
Vorzugsweise ist die erste Spuleneinrichtung 3 beweglich gelagert, so dass sie leicht an die zweite Spuleneinrichtung 5 heran bewegt werden kann. Weiter vorzugsweise ist auch die zweite Spuleneinrichtung 5 beweglich gelagert, so dass sie leicht an die erste Spuleneinrichtung 3 heran bewegt werden kann.
Um die erste Spuleneinrichtung 3 in einer zweiten feinen Positionierung in der Nähe, d.h. neben, unter oder über, der zweiten Spuleneinrichtung 5 zu positionieren, ist das Induktionsladesystem 1 dazu eingerichtet, zwischen der ersten Spuleneinrichtung 3 und der zweiten Spuleneinrichtung 5 eine attraktive magnetische Kraft 23 zu erzeugen, aufgrund der sich die erste Spuleneinrichtung 3 und die zweite Spuleneinrichtung 5 selbstständig, d.h. automatisch, aufeinander zu bewegen. Insbesondere positioniert sich die erste Spuleneinrichtung 3 aufgrund der attraktiven magnetischen Kraft 23 mit einer höheren Genauigkeit als 30 cm, insbesondere im Wesentlichen 1 cm, in einer definierten Ausrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung 5.
Weiter vorzugsweise bewegt sich aufgrund der magnetischen Kraft 23 auch die zweite Spuleneinrichtung 5 selbstständig, d.h. automatisch, auf die erste Spuleneinrichtung 3 zu, so dass dadurch die erste Spuleneinrichtung 3 in eine definierte Ausrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung 5 bzw. erste Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 in eine definierte Ausrichtung relativ zueinander gebracht wird bzw. werden.
Die definierte Ausrichtung entspricht dabei einer Ausrichtung von erster Spuleneinrichtung 3 in Bezug auf zweite Spuleneinrichtung 5, in der das in der ersten Spuleneinrichtung 3 erzeugte magnetische Wechselfeld einen Strom in der zweiten Spuleneinrichtung 5 besonders effizient induziert.
Durch die attraktive magnetische Kraft 23 wird die erste Spuleneinrichtung 3 besonders einfach und ohne zusätzlichen Aufwand, d.h. ohne aktive Steuerung, in eine definierte Ausrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung 5 gebracht. Ferner wird dadurch eine besonders präzise definierte Ausrichtung der ersten Spuleneinrichtung 3 in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung 5 bzw. erster Spuleneinrichtung 3 und der zweiter Spuleneinrichtung 5 relativ zueinander erreicht.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Induktionsladesystems 1 für ein Fahrzeug 2. Die erste Spuleneinrichtung 3 ist an einer ersten Positioniereinheit 6 angebracht, welche die erste Spuleneinrichtung 3 beweglich lagert. Insbesondere ist die erste Positioniereinheit 6 dazu ausgebildet, der ersten Spuleneinrichtung 3 eine horizontale Bewegung, d.h. parallel zum Boden 7, zu ermöglichen. Dazu weist die erste Positioniereinheit 6 vorzugsweise Rollen 8, Räder, Lager oder ein Schienensystem auf. Ferner ist die erste Positioniereinheit 6 dazu ausgebildet, der ersten Spuleneinrichtung 3 eine vertikale Bewegung, d.h. senkrecht zum Boden 7, insbesondere ein Heben oder Senken, zu ermöglichen. Dazu weist die erste Positioniereinheit 6 vorzugsweise Lager, ein mechanisches System, ein hydraulisches System 9 und/oder ein elektromechanisches System, insbesondere mindestens einen Elektromotor (nicht dargestellt), oder eine Kombination daraus auf.
Dadurch kann die erste Spuleneinrichtung 3 vorzugsweise schon durch geringe wirkende Kräfte, insbesondere eine attraktive magnetische Kraft 23, bewegt werden.
Die zweite Spuleneinrichtung 5 ist am Fahrzeugboden 10 des Fahrzeugs 2 mit einer Halterung 11 angebracht. Vorzugsweise ist die Halterung als zweite Positioniereinheit 11 ausgebildet, welche die zweite Spuleneinrichtung 5 beweglich lagert. Insbesondere ermöglicht die zweite Positioniereinheit 11 der zweiten Spuleneinrichtung 5 eine horizontale Bewegung, d.h. im Wesentlichen parallel zum Fahrzeugboden 10, sowie eine vertikale Bewegung, d.h. im Wesentlichen senkrecht zum Fahrzeugboden 10.
Vorzugsweise kann dadurch auch die zweite Spuleneinrichtung 5 schon durch geringe wirkende Kräfte, insbesondere eine attraktive magnetische Kraft 23, bewegt werden.
Vorzugsweise sind erste Positioniereinheit 6 und/oder zweite Positioniereinheit 11 dazu eingerichtet, eine Bewegung von erster Spuleneinrichtung 3 und/oder zweiter Spuleneinrichtung 5 zu unterstützen. Dazu weisen die erste Positioniereinheit 6 und/oder die zweite Positioniereinheit 11 vorzugsweise jeweils eine erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung auf. Die erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Bewegung der ersten Spuleneinrichtung 3 und/oder der zweiten Spuleneinrichtung 5 parallel zum Boden 7 bzw. parallel zum Fahrzeugboden 10 zu erzeugen. Weiter vorzugsweise ist die erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung dazu eingerichtet, eine Bewegung der ersten Spuleneinrichtung 3 und/oder der zweiten Spuleneinrichtung 5 senkrecht zum Boden 7 bzw. senkrecht zum Fahrzeugboden 10 zu erzeugen. Weiter vorzugsweise sind erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung dazu eingerichtet, eine Bewegung von erster Spuleneinrichtung 3 und/oder zweiter Spuleneinrichtung 5 aufgrund der attraktiven magnetischen Kraft 23 zu erkennen, insbesondere zu registrieren bzw. zu identifizieren, und daraufhin erste Spuleneinrichtung 3 und/oder zweite Spuleneinrichtung 5 entsprechend der erkannten Bewegung zu bewegen.
Die erste Spuleneinrichtung 3 und die zweite Spuleneinrichtung 5 sind vorzugsweise dazu eingerichtet, jeweils ein konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Dies kann insbesondere durch Anlegen eines konstanten Stromes sowohl an erste Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 bewirkt werden. Die erste Spuleneinrichtung 3 und die zweite Spuleneinrichtung 5 wirken damit effektiv als Elektromagnete. Die Polung der konstanten Magnetfelder von erster Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 wird so gewählt, dass zwischen erster Spuleneinrichtung 3 und zweiter Spuleneinrichtung 5 die attraktive magnetische Kraft erzeugt 23 wird.
Alternativ oder zusätzlich weist die erste Spuleneinrichtung 3 mindestens ein erstes Magnetmodul 12 und die zweite Spuleneinrichtung 5 mindestens ein zweites Magnetmodul 13 auf. Das mindestens eine erste Magnetmodul 12 ist dazu eingerichtet, mindestens ein erstes konstantes Magnetfeld zu erzeugen, und das mindestens eine zweite Magnetmodul 13 ist dazu eingerichtet, mindestens ein zweites konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Die Polung des durch das mindestens eine erste Magnetmodul 12 erzeugten ersten Magnetfelds und des durch das mindestens eine zweite Magnetmodul 13 erzeugten zweiten Magnetfelds wird so gewählt, dass zwischen dem mindestens einen ersten Magnetmodul 12 und dem mindestens einen zweiten Magnetmodul 13 die attraktive magnetische Kraft 23 erzeugt wird. Vorzugsweise bewegen sich dadurch erste Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 selbstständig, d.h. automatisch, aufeinander zu.
Das mindestens eine erste Magnetmodul 12 und das mindestens eine zweite Magnetmodul 13 sind vorzugsweise als Permanentmagnet ausgebildet. Dadurch kann auf einfache Weise ein starkes erstes Magnetfeld und ein starkes zweites Magnetfeld, bei gleichzeitig kompakter Ausbildung des mindestens einen ersten Magnetmoduls 12 und des mindestens einen zweiten Magnetmoduls 13, erzeugt werden.
Das mindestens eine erste Magnetmodul 12 und das mindestens eine zweite Magnetmodul 13 sind weiter vorzugsweise als Elektromagnete ausgebildet. Dadurch kann ein erstes Magnetfeld sowie ein zweites Magnetfeld besonders flexibel, d.h. situationsabhängig, eingestellt werden. Insbesondere können dadurch erstes und zweites Magnetfeld deaktiviert werden, so dass erste Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 insbesondere nach dem Ladevorgang besonders einfach getrennt, d.h. voneinander entfernt, werden können.
Vorzugsweise weisen erste Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 eine geometrische Positionierungsunterstützung 14 auf. Insbesondere besteht die geometrische Positionierungsunterstützung 14 aus mindestens zwei komplementären Positionierelementen, wobei das erste Positionierelement 15 an der ersten Spuleneinrichtung 3 und das zweite Positionierelement 16 an der zweiten Spuleneinrichtung 5 angebracht ist. Die Positionierungsunterstützung 14 ist dazu vorgesehen, die Bewegung von erster Spuleneinrichtung 3 und/oder zweiter Spuleneinrichtung 5 in die definierte Ausrichtung zu unterstützen. Insbesondere leitet die Positionierungsunterstützung 14 erste Spuleneinrichtung 3 und/oder zweite Spuleneinrichtung 5 in die definierte Ausrichtung.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei komplementären Positionierelemente der Positionierungsunterstützung 14 als Zentrierzapfen und Zentriervertiefungen ausgebildet. Die Zentrierzapfen sind insbesondere dazu ausgebildet, bei Annäherung der ersten Spuleneinrichtung 3 an die definierte Ausrichtung in Bezug zur zweiten Spuleneinrichtung 5 in die Zentriervertiefungen einzugreifen. Dadurch kann die erste Spuleneinrichtung 3 besonders präzise in der definierten Ausrichtung in Bezug zur zweiten Spuleneinrichtung 5, insbesondere selbstständig, positioniert werden.
Vorzugsweise weist die erste Spuleneinrichtung 3 mindestens einen Stopper 17 auf. Der mindestens eine Stopper 17 ist dazu ausgebildet, eine zu starke Annäherung der ersten Spuleneinrichtung 3 die zweite Spuleneinrichtung 5 zu verhindern. Insbesondere ist der mindestens eine Stopper 17 dazu ausgebildet, die erste Spuleneinrichtung 3 und zweite Spuleneinrichtung 5 bei Erreichen der definierten Ausrichtung zu stoppen. Dadurch wird zuverlässig verhindert, dass erste Spuleneinrichtung 3 oder zweite Spuleneinrichtung 5 bei der Bewegung in die definierte Ausrichtung aufeinanderprallen und dadurch beschädigt werden.
Alternativ oder zusätzlich weißt auch die zweite Spuleneinrichtung 5 mindestens einen Stopper 17 auf (nicht dargestellt).
3 zeigt eine schematische Darstellung der Wirkungsweise der attraktiven magnetischen Kraft 23 zwischen der ersten Spuleneinrichtung 3 und der zweiten Spuleneinrichtung 5 oder dem mindestens einen ersten Magnetmodul 12 und dem mindestens einen zweiten Magnetmodul 13. Die erste Spuleneinrichtung 3 und die zweite Spuleneinrichtung 5 bzw. das mindestens eine erste Magnetmodul 12 und das mindestens eine zweites Magnetmodul 13 sind in 3 schematisch durch ersten Stabmagnet 18 und zweiten Stabmagnet 19 dargestellt. Sowohl erster Stabmagnet 18 als auch zweiter Stabmagnet 19 erzeugen jeweils ein Magnetfeld. Der erste Stabmagnet 18 und der zweite Stabmagnet 19 weisen jeweils einen Nordpol 20 und einen Südpol 21 auf. Der Nordpol 20 des ersten Stabmagneten 18 sowie der Südpol 21 des zweiten Stabmagneten 19 liegen einander gegenüber, insbesondere nahe beieinander. Die am Nordpol des ersten Stabmagneten 18 austretenden Feldlinien 22 führen an den Südpol 21 des zweiten Stabmagneten 19. Entsprechend erfahren erster Stabmagnet 18 sowie zweiter Stabmagnet 19 jeweils eine attraktive magnetische Kraft, dargestellt durch Pfeile 23, welche den ersten Stabmagnet 18 und den zweiten Stabmagnet 19 aufeinander zu bewegt.
Analog zu dieser schematischen Darstellung bewirkt auch das durch die erste Spuleneinrichtung 3 bzw. mindestens eine erste Magnetmodul 12 erzeugte erste konstante Magnetfeld und das durch die zweite Spuleneinrichtung 5 bzw. das mindestens eine zweite Magnetmodul 13 erzeugte zweite konstante Magnetfeld eine attraktive magnetische Kraft 23, welche erste Spuleneinrichtung 3 und/oder zweite Spuleneinrichtung 5 selbstständig, d.h. automatisch, aufeinander zu bewegt, insbesondere in die definierte Ausrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung 5 bzw. relativ zueinander.
4 zeigt eine Verwendung 100 einer Ausführungsform eines Induktionsaufladesystems 1 zum Aufladen eines Fahrzeugs 2. In einem ersten Schritt 101 wird die erste Spuleneinrichtung 3 in der Nähe der zweiten Spuleneinrichtung 5 bzw. die zweite Spuleneinrichtung 5 in der Nähe der ersten Spuleneinrichtung 3, insbesondere durch Verwendung einer Radiofrequenzpositioniereinheit, positioniert. Im zweiten Schritt 102 wird ein erstes konstantes Magnetfeld durch die erste Spuleneinrichtung 3 oder mindestens ein erstes Magnetmodul 12 erzeugt. In Schritt 103 wird ein zweites konstantes Magnetfeld durch die zweite Spuleneinrichtung 3 oder mindestens ein zweites Magnetmodul 13 erzeugt. Insbesondere weisen das erste konstante Magnetfeld und das zweite konstante Magnetfeld die gleiche räumliche Orientierung auf, d.h. die sich räumlich gegenüberliegenden Pole sind entgegengesetzt gepolt.
Das in Schritt 102 und Schritt 103 erzeugte erste und zweite konstante Magnetfeld bewirken auf diese Weise eine attraktive magnetische Kraft 23 zwischen erster Spuleneinrichtung 3 und zweiter Spuleneinrichtung 5. Durch die magnetische attraktive Kraft wird eine Bewegung von der ersten Spuleneinrichtung 3 auf die zweite Spuleneinrichtung 5 zu und/oder eine Bewegung von der zweiten Spuleneinrichtung 5 auf die erste Spuleneinrichtung 3 zu bewirkt. Insbesondere bewegen sich die erste Spuleneinrichtung 3 und/oder die zweite Spuleneinrichtung 5 dabei aus einer jeweiligen Ursprungsposition heraus. Vorzugsweise wird diese Bewegung durch eine erste Positioniereinheit 6 und/oder eine zweite Positioniereinheit 11 ermöglicht. Weiter vorzugsweise wird die Bewegung durch eine erste Bewegungsvorrichtung der ersten Positioniereinheit 6 und/oder eine zweite Bewegungsvorrichtung der zweiten Positioniereinheit 11 unterstützt.
Durch die Bewegung von der ersten Spuleneinrichtung 3 auf die zweite Spuleneinrichtung 5 zu und/oder durch die Bewegung von der zweiten Spuleneinrichtung 5 auf die erste Spuleneinrichtung 3 zu erreicht die erste Spuleneinrichtung 3 eine definierte Ausrichtung in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung 5 bzw. erreichen die erste Spuleneinrichtung 3 und die zweite Spuleneinrichtung 5 eine definierte Ausrichtung relativ zueinander. Nach dem Erreichen der definierten Ausrichtung wird in Schritt 104 die erste Positioniereinheit 6 und/oder die zweite Positioniereinheit 11 fixiert. Anschließend wird in Schritt 105 in der ersten Spuleneinrichtung 3 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in der zweiten Spuleneinrichtung 5 einen Strom induziert. Vorzugsweise wird mit dem induzierten Strom eine elektrische Speichereinheit des Fahrzeugs 2, insbesondere Elektrofahrzeug, geladen.
Nach Beendigung des Ladevorgangs wird in Schritt 106 die erste Spuleneinrichtung 3 in ihre erste Ursprungsposition und/oder die zweite Spuleneinrichtung 6 in ihre zweite Ursprungsposition zurückgebracht.
Bezugszeichenliste

1: Induktionsladesystem
2: Fahrzeug
3: erste Spuleneinrichtung
4: Ladestation
5: zweite Spuleneinrichtung
6: erste Positioniereinheit
7: Boden
8: Rollen
9: hydraulisches System
10: Fahrzeugboden
11: zweite Positioniereinrichtung
12: erstes Magnetmodul
13: zweites Magnetmodul
14: Positionierungsunterstützung
15: erstes Positionierelement
16: zweites Positionierelement
17: Stopper
18: erster Stabmagnet
19: zweiter Stabmagnet
20: Nordpol
21: Südpol
22: Magnetfeldlinien
23: attraktive magnetische Kraft
100: Verwendung eines Induktionsladesystems für ein Fahrzeug
101: Positionieren der ersten Spuleneinheit in der Nähe der zweiten Spuleneinheit
102: Erzeugen eines ersten konstanten Magnetfelds
103: Erzeugen eines zweiten konstanten Magnetfelds
104: Fixieren der ersten und/oder zweiten Positioniereinheit
105: Induktives Laden der Energiespeichereinheit eines Fahrzeugs
106: Bewegen der ersten und/oder zweiten Spuleneinrichtung in die jeweilige Ursprungsposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013227129 A1 [0005]
US 20150104928 A1 [0006]
US 20150137801 A1 [0007]

Claims

Induktionsaufladesystem (1) für ein Fahrzeug (2) mit elektrischer Speichereinheit, insbesondere ein Elektrofahrzeug, aufweisend: – eine erste Spuleneinrichtung (3) für eine Ladestation (4); – eine zweite Spuleneinrichtung (5) zur Montage an einem Fahrzeug (2), wobei die zweite Spuleneinrichtung (5) eingerichtet ist, um mit der ersten Spuleneinrichtung (3) magnetisch wechselzuwirken; und – eine erste Positioniereinheit (6), welche die erste Spuleneinrichtung (3) beweglich lagert, wobei das System (1) eingerichtet ist, um zwischen der ersten Spuleneinrichtung (3) und der zweiten Spuleneinrichtung (5) eine attraktive magnetische Kraft (23) zu erzeugen, welche eine definierte Ausrichtung der ersten Spuleneinrichtung (3) in Bezug auf die zweite Spuleneinrichtung (5) mittels der Positioniereinheit (6) bewirkt.
Induktionsaufladesystem (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Spuleneinrichtung (3) eingerichtet ist, um ein erstes konstantes Magnetfeld zu erzeugen, und die zweite Spuleneinrichtung (5) eingerichtet ist, um ein zweites konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei erstes und zweites konstantes Magnetfeld auf eine Weise zueinander orientiert sind, dass eine attraktive magnetische Kraft (23) zwischen erster (3) und zweiter (5) Spuleneinrichtung erzeugt wird.
Induktionsaufladesystem (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Spuleneinrichtung (3) mindestens ein erstes Magnetmodul (12) aufweist, welches eingerichtet ist, um mindestens ein erstes konstantes Magnetfeld zu erzeugen, und die zweite Spuleneinrichtung (5) mindestens ein zweites Magnetmodul (13) aufweist, welches eingerichtet ist, um mindestens ein zweites konstantes Magnetfeld zu erzeugen, wobei das mindestens eine erste konstante Magnetfeld und das mindestens eine zweite konstante Magnetfeld in der Weise relativ zueinander orientiert sind, dass eine attraktive magnetische Kraft (23) zwischen der ersten Spuleneinrichtung (3) und der zweiten Spuleneinrichtung (5) erzeugbar ist.
Induktionsaufladesystem (1) nach Anspruch 3, wobei das mindestens eine erste Magnetmodul (12) als mindestens ein erster Permanentmagnet oder mindestens ein erster Elektromagnet eingerichtet ist, und das mindestens eine zweite Magnetmodul (13) als mindestens ein zweiter Permanentmagnet oder mindestens ein zweiter Elektromagnet eingerichtet ist.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Positioniereinheit (6) die erste Spuleneinrichtung (3) in der Weise beweglich lagert, dass eine translatorische Bewegung und/oder eine Verkippung der ersten Spuleneinrichtung (3) in mindestens einer Raumrichtung aus einer ersten Ursprungsposition heraus möglich ist.
Induktionsaufladesystem (1) nach Anspruch 5, wobei die erste Positioniereinheit (6) mindestens eine erste Bewegungsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, um eine translatorische Bewegung und/oder eine Verkippung der ersten Spuleneinrichtung (3) in mindestens einer Raumrichtung zu erzeugen.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend eine zweite Positioniereinheit (11), welche die zweite Spuleneinrichtung (5) in der Weise beweglich lagert, dass eine translatorische Bewegung und/oder eine Verkippung der zweiten Spuleneinrichtung (5) in mindestens einer Raumrichtung aus einer zweiten Ursprungsposition heraus möglich ist.
Induktionsaufladesystem (1) nach Anspruch 7, wobei die zweite Positioniereinheit (5) mindestens eine zweite Bewegungsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, um eine translatorische Bewegung und/oder Verkippung der zweiten Spuleneinrichtung (5) in mindestens einer Raumrichtung zu erzeugen.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Positioniereinheit (6) und/oder die zweite Positioniereinheit (11) eingerichtet ist, um die erste Spuleneinrichtung (3) und/oder die zweite Spuleneinrichtung (5) in der definierten Ausrichtung zu fixieren.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Spuleneinrichtung (3) und die zweite Spuleneinrichtung (5) eine geometrische Positionierungsunterstützung (14), insbesondere in Form von Zentrierzapfen und Zentriervertiefungen, aufweisen.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der ersten Spuleneinrichtung (3) und/oder an der zweiten Spuleneinrichtung (5) mindestens ein Stopper (17) angebracht ist, welcher eingerichtet ist, um die Bewegung der ersten Positioniereinrichtung (3) und/oder der zweiten Positioniereinrichtung (5) bei Erreichen der definierten Ausrichtung zu stoppen.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend eine Radiofrequenzpositioniereinheit, welche eingerichtet ist, um in der ersten Spuleneinrichtung (3) ein Radiofrequenzsignal, insbesondere bei einer Frequenz von im Wesentlichen 80 oder 90 kHz, zu erzeugen und mit Antennen, zur Montage in dem Fahrzeug (2), zu empfangen, und aus den durch die Antennen empfangenen Radiofrequenzsignalen ein Positioniersignal betreffend die Relativposition von zweiter Spuleneinrichtung (5) in Bezug auf die erste Spuleneinrichtung (3) zu generieren, anhand dessen das Fahrzeug (2) und/oder dessen Fahrer die zweite Spuleneinrichtung (5) in Bezug auf die erste Spuleneinrichtung (3) entsprechend der definierten Ausrichtung, insbesondere bis auf mindestens 30 cm genau, durch Bewegen des Fahrzeugs (2) ausrichten kann.
Induktionsaufladesystem (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Spuleneinrichtung (3) und/oder die zweite Spuleneinrichtung (5) einen Schutz, insbesondere einen Staub- und Steinschutz, aufweist.
Verwendung (100) eines Induktionsaufladesystems (1) zum Aufladen eines Fahrzeugs (2) mit elektrischer Energiespeichereinheit, insbesondere ein Elektrofahrzeug, nach einem der vorangehenden Ansprüche, folgende Arbeitsschritte aufweisend: – Erzeugen (101) mindestens eines ersten konstanten Magnetfeldes durch eine erste Spuleneinrichtung (3) oder mindestens ein erstes Magnetfeldmodul (12); – Erzeugen (102) mindestens eines zweiten konstanten Magnetfeldes durch eine zweite Spuleneinrichtung (5) oder mindestens ein zweites Magnetfeldmodul (13), wobei das mindestens eine zweite konstante Magnetfeld relativ zu dem mindestens einen ersten konstanten Magnetfeld in einer Weise orientiert ist, dass eine attraktive magnetische Kraft (23) zwischen erster (3) und zweiter (5) Spuleneinrichtung erzeugt wird; und – Induktives (105) Laden der Energiespeichereinheit des Fahrzeugs (2) durch Verwenden der zweiten (5) und ersten (3) Spuleneinrichtung.
Verwendung (100) nach Anspruch 14, wobei eine Bewegung der ersten (3) und/oder zweiten (5) Spuleneinrichtung durch translatorisches Bewegen und/oder Verkippen der ersten (3) und/oder zweiten (5) Spuleneinrichtung aufgrund der attraktiven magnetischen Kraft (23) bis zu einer definierten Ausrichtung durch translatorisches Bewegen und/oder Verkippen der ersten (3) und/oder zweiten (5) Spuleneinrichtung entlang mindestens einer Raumrichtung durch mindestens eine erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung unterstützt wird.
Verwendung (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste (3) und/oder zweite (5) Spuleneinrichtung nach dem induktiven Laden (105) der Energiespeichereinheit des Fahrzeugs (2) durch die erste und/oder zweite Bewegungsvorrichtung aus der definierten Ausrichtung in eine erste und/oder zweite Ursprungsposition zurück bewegt (106) wird.