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Stand der Technik
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Es ist bereits eine induktive Akkuladevorrichtung für eine Handwerkzeugmaschine mit zumindest einer Wechselrichtereinheit, die zu einer Erzeugung einer Wechselspannung aus einer DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist und zumindest einen Wechselspannungsausgang zur Bereitstellung der Wechselspannung aufweist, und mit zumindest einer Ladeinduktivität zum drahtlosen Laden zumindest eines Energiespeichers vorgeschlagen worden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer induktiven Ladevorrichtung, insbesondere einer induktiven Akkuladevorrichtung, insbesondere für eine Handwerkzeugmaschine, mit zumindest einer Wechselrichtereinheit, die zu einer Erzeugung einer Wechselspannung aus einer DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist und zumindest einen Wechselspannungsausgang zur Bereitstellung der Wechselspannung aufweist, und mit zumindest einer Ladeinduktivität zum drahtlosen Laden zumindest eines Energiespeichers.
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Es wird vorgeschlagen, dass die induktive Ladevorrichtung zumindest einen Transformator aufweist, welcher zumindest eine mit dem Wechselspannungsausgang, insbesondere spannungsarterhaltend, verbundene Primärinduktivität und zumindest eine mit der Ladeinduktivität spannungsarterhaltend verbundene Sekundärinduktivität umfasst.
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Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
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Unter einer „induktiven Ladevorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein, vorteilhaft funktionsfähiger Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines drahtlosen Ladegeräts verstanden werden. Insbesondere kann die induktive Ladevorrichtung auch das gesamte drahtlose Ladegerät umfassen. Vorzugsweise ist die induktive Ladevorrichtung zu einem drahtlosen und/oder kontaktfreien Laden des Energiespeichers vorgesehen, vorteilhaft mittels zumindest einer induktiven Energieübertragung. Besonders bevorzugt ist die Ladevorrichtung dazu vorgesehen, elektrische Energie, insbesondere einer elektrischen Energieversorgung, zumindest teilweise an den Energiespeicher zu übertragen, insbesondere mittels zumindest einer induktiven Kopplung. Vorzugsweise ist die Ladevorrichtung dazu vorgesehen, bei einem Laden des Energiespeichers eine Energieübertragung über Distanzen von wenigstens 0,1 mm, vorteilhaft von wenigstens 1 mm, besonders vorteilhaft von wenigstens 1 cm und besonders bevorzugt von wenigstens 10 cm zu erlauben. Vorteilhaft weist der Energiespeicher zumindest eine Batterie, besonders vorteilhaft zumindest eine, vorzugsweise wenigstens 100-mal, wiederaufladbare Batterie, wie beispielsweise einen Akkupack, auf. Besonders vorteilhaft ist der Energiespeicher als ein Akkupack ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass der Energiespeicher zumindest einen Superkondensator und/oder zumindest einen Kondensator und/oder zumindest eine Kombination zumindest eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle und einen entsprechenden Tank für ein Reaktionsgas und/oder eine Reaktionsflüssigkeit wie beispielsweise Wasserstoff, Methan, Methanol oder dergleichen umfasst. Insbesondere umfasst der Energiespeicher zumindest eine Empfängerspule, die vorzugsweise Teil eines insbesondere mit der Batterie verbundenen Empfängerkreises ist und die besonders bevorzugt zu einem Empfangen einer bei dem Laden übertragenen Energie vorgesehen ist.
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Unter einer „Handwerkzeugmaschine“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine werkstückbearbeitende Maschine, vorteilhaft jedoch eine Bohrmaschine, ein Bohr- und/oder Schlaghammer, ein Akkuschrauber, ein elektrischer Schraubendreher, ein Meißelhammer, eine Säge, ein Hobel, ein Schrauber, eine Fräse, ein Schleifer, ein Winkelschleifer, ein Gartengerät und/oder ein Multifunktionswerkzeug verstanden werden. Vorteilhaft umfasst die Wechselrichtereinheit zumindest, insbesondere genau, einen Wechselrichter. Besonders vorteilhaft ist der Wechselrichter dazu vorgesehen, die DC-Versorgungsspannung in die Wechselspannung umzuwandeln. Vorzugsweise weist die Wechselrichtereinheit zumindest einen Gleichspannungseingang auf, der zu einer Verbindung mit der DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist.
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Unter einer „Wechselspannung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Spannung verstanden werden, deren Vorzeichen sich in Abhängigkeit von einer Zeit vorteilhaft periodisch ändert, insbesondere eine sinusförmige Spannung, wobei Abweichungen von einem perfekten sinusförmigen Verlauf und/oder ein Auftreten von zumindest einer Oberschwingung, insbesondere mehrerer Oberschwingungen denkbar sind. Beispielsweise sind auch rechteckige und/oder sägezahnförmige und/oder dreieckige und/oder stufige und/oder andere insbesondere periodische Spannungsverläufe denkbar. Unter einer „DC-Versorgungsspannung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Gleichspannung verstanden werden, die vorteilhaft zu einer Versorgung der induktiven Ladevorrichtung mit elektrischer Energie vorgesehen ist. Unter einer „Gleichspannung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine zeitlich zumindest im Wesentlichen konstante Spannung verstanden werden, deren zeitlicher Verlauf vorteilhaft frei von einem Vorzeichenwechsel ist. Insbesondere kann die Gleichspannung eine mittels eines Gleichrichtens aus einer Wechselspannung und/oder einer Mischspannung erzeugte Spannung sein, die insbesondere von einer perfekten Gleichspannung verschieden ist und zumindest einen Wechselspannungsanteil umfasst, der insbesondere eine Amplitude aufweist, die maximal 10%, vorteilhaft maximal 5 % und besonders vorteilhaft maximal 1 % einer Amplitude eines Gleichspannungsanteils der Gleichspannung beträgt. Unter den Begriff „Gleichspannung“ sollen also in einer einem Fachmann bekannten Weise auch Mischspannungen mit einem insbesondere vernachlässigbar kleinen Wechselspannungsanteil fallen. Insbesondere ist der Wechselspannungsanteil im Vergleich zu dem Gleichspannungsanteil derart klein, dass er für eine Anwendung unwesentlich ist. Unter „zumindest im Wesentlichen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Abweichung von einem vorgegebenen Wert insbesondere weniger als 15 %, vorzugsweise weniger als 10 % und besonders bevorzugt weniger als 5 % des vorgegebenen Werts entspricht.
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Vorzugsweise ist die Ladeinduktivität als eine Ladespule ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Ladeinduktivität Teil eines Ladeschwingkreises, der vorteilhaft zumindest eine Ladekapazität, insbesondere zumindest einen Ladekondensator, umfasst und/oder zumindest eine Resonanzfrequenz aufweist. Vorteilhaft wird der Transformator von der Primärinduktivität und der Sekundärinduktivität gebildet. Besonders vorteilhaft ist der Transformator zu einer Änderung einer Amplitude der Wechselspannung vorgesehen.
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Darunter, dass ein erstes elektronisches Bauteil und ein zweites elektronisches Bauteil „spannungsarterhalten verbunden“ sind, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass eine Spannungsart durch eine Verbindung zwischen den elektronischen Bauteilen unverändert bleibt. Dabei wird vorteilhaft von genau drei Spannungsarten ausgegangen, nämlich von Wechselspannung, Gleichspannung und Mischspannung. Liegt beispielsweise an einem Ausgang des ersten Bauteils eine Wechselspannung an, so liegt an einem Eingang des zweiten Bauteils ebenfalls eine Wechselspannung an. Liegt an dem Ausgang des ersten Bauteils eine Gleichspannung an, so liegt an dem Eingang des zweiten Bauteils ebenfalls eine Gleichspannung an. Vorteilhaft ist eine spannungsarterhaltende Verbindung eine direkte elektrische Verbindung, die insbesondere lediglich zumindest einen elektrischen Widerstand und/oder zumindest ein Bauteil zu einer Stabilisierung, wie beispielsweise eine in eine Gleichspannungsverbindung geschaltete Diode oder einen in eine Wechselspannungsverbindung geschalteten Hochpass und/oder Tiefpass und/oder Bandpass und vorzugsweise keinen Gleichrichter und/oder keinen Wechselrichter, aufweist.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der induktiven Ladevorrichtung können insbesondere vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Bauweise erzielt werden. Vorteilhaft kann eine induktive Ladevorrichtung mit einer einfachen und/oder kostengünstigen und/oder effizienten Bauweise bereitgestellt werden. Ferner kann vorteilhaft eine Anzahl von Umspannungsschritten reduziert werden. Außerdem kann vorteilhaft eine Anzahl benötigter Hochleistungskomponenten wie beispielsweise Hochspannungs-MOSFETs und/oder Hochspannungs-H-Brücken reduziert werden. Insbesondere kann vorteilhaft eine induktive Ladevorrichtung ohne Hochleistungs-MOSFET und/oder ohne Hochspannungs-H-Brücke bereitgestellt werden. Ferner kann eine Einfachheit einer benötigten Steuersoftware und/oder ein reduzierter Programmieraufwand erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Wechselspannungsausgang frei von einem zwischengeschalteten Gleichrichter mit der Ladeinduktivität verbunden ist. Insbesondere sind die induktive Ladevorrichtung und insbesondere ein erfindungsgemäßes drahtloses Ladegerät frei von einem Gleichrichter.
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Hierdurch kann vorteilhaft eine reduzierte Teilevielfalt und/oder eine kostengünstige Herstellbarkeit erzielt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Transformator zu einem Hochsetzen der Wechselspannung auf eine Ladewechselspannung vorgesehen ist. Vorzugsweise beträgt ein Effektivwert der Ladewechselspannung zumindest im Wesentlichen 230 V. Besonders bevorzugt beträgt eine Amplitude der Ladewechselspannung zumindest im Wesentlichen 325 V. Besonders bevorzugt liegt die Ladewechselspannung an der Ladeinduktivität und/oder an dem Ladeschwingkreis an. Vorteilhaft entspricht eine Frequenz der Ladewechselspannung zumindest im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Ladeschwingkreises. Hierdurch kann vorteilhaft ein hoher Ladewirkungsgrad erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheit dazu vorgesehen ist, bei dem Laden des Energiespeichers zumindest einen Wechselspannungsparameter der Wechselspannung an zumindest einen Ladeparameter des Ladens zumindest teilweise anzupassen. Vorteilhaft weist die induktive Ladevorrichtung eine Steuereinheit auf, die zu einer Ansteuerung der Wechselrichtereinheit in Abhängigkeit von dem Ladeparameter vorgesehen ist. Unter einer „Steuereinheit“ soll insbesondere eine elektrische und/oder elektronische Einheit mit zumindest einer Steuerelektronik verstanden werden. Unter einer „Steuerelektronik“ soll insbesondere eine Einheit mit einer Recheneinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebs-, Steuer- und/oder Regelprogramm, welches insbesondere dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden, verstanden werden. Vorteilhaft ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, zumindest einen Ladezustand insbesondere anhand des Ladeparameters zu erkennen. Besonders vorteilhaft weist die induktive Ladevorrichtung zumindest eine Sensoreinheit auf, die zu einer Erfassung des Ladeparameters und insbesondere zu einer Bereitstellung des Ladeparameters für die Steuereinheit vorgesehen ist. Hierdurch kann vorteilhaft eine Ladespannung bedarfsweise geregelt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Wechselspannungsparameter eine Frequenz der Wechselspannung ist. Insbesondere entspricht eine Frequenz der Wechselspannung zumindest im Wesentlichen einer Frequenz der Ladewechselspannung. Vorteilhaft ist die Wechselrichtereinheit dazu vorgesehen, die Wechselspannung mit einer wählbaren, insbesondere veränderlichen Frequenz zu erzeugen. Hierdurch kann vorteilhaft eine Frequenz einer Ladespannung unmittelbar von einem Wechselrichter beeinflusst und/oder festgelegt und/oder moduliert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Ladeparameter eine Resonanzfrequenz bei dem Laden ist. Insbesondere ist der Ladeparameter eine Resonanzfrequenz des Ladeschwingkreises in Gegenwart des Energiespeichers. Vorteilhaft ist die Wechselrichtereinheit dazu vorgesehen, den Wechselspannungsparamter an eine Verstimmung der Resonanzfrequenz des Ladeschwingkreises bei dem Laden zumindest teilweise, insbesondere vollständig anzupassen. Insbesondere ist die Wechselrichtereinheit dazu vorgesehen, eine Frequenz der Wechselspannung der Resonanzfrequenz des Ladeschwingkreises bei dem Laden zumindest teilweise, insbesondere vollständig anzugleichen. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, den Wechselspannungsparameter zumindest anhand eines Vergleichs einer tatsächlichen Frequenz der Ladewechselspannung mit einem Sollwert einer Frequenz der Ladewechselspannung bei dem Laden festzulegen. Hierdurch kann vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad bei einem induktiven Laden und/oder eine zuverlässige Frequenzanpassung erzielt werden.
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Es ist aber auch denkbar, dass die Wechselrichtereinheit dazu vorgesehen ist, die Wechselspannung unabhängig von der Resonanzfrequenz des Ladeschwingkreises zu erzeugen, vorteilhaft mit einer bestimmten, insbesondere für unterschiedliche Ladesituationen gemeinsamen Frequenz.
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Insbesondere ist die Wechselrichtereinheit mit einer DC-Versorgungsspannung von wenigstens 1 V, vorteilhaft von wenigstens 2 V, besonders vorteilhaft von wenigstens 5 V, vorzugsweise von wenigstens 10 V und besonders bevorzugt von wenigstens 12 V betreibbar ausgebildet. Insbesondere ist die Wechselrichtereinheit mit einer DC-Versorgungsspannung von höchstens 500 V, vorteilhaft von höchstens 200 V, besonders vorteilhaft von höchstens 100 V, vorzugsweise von höchstens 50 V und besonders bevorzugt von höchstens 36 V betreibbar ausgebildet. Grundsätzlich sind selbstverständlich auch andere, insbesondere zwischen diesen Werten liegende Werte denkbar.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheit mit einer DC-Versorgungsspannung von zumindest, insbesondere genau 12 V oder zumindest, insbesondere genau 24 V betreibbar ausgebildet ist, insbesondere mit einer von einem Fahrzeug, beispielsweise einem Lieferwagen oder einem PKW oder einem LKW bereitgestellten DC-Versorgungsspannung. Es sind aber grundsätzlich auch andere DC-Versorgungsspannungen wie beispielsweise 9 V oder 18 V oder 36 V oder 48 V oder etwa 50 V oder etwa 100 V oder etwa 200 V oder etwa 500 V denkbar. Vorteilhaft ist die Wechselrichtereinheit zu einer Verbindung mit einer Autobatterie und/oder einem Bordnetz eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Lieferwagens oder eines PKWs oder eines LKWs vorgesehen. Hierdurch kann vorteilhaft eine universell und/oder mobil einsetzbare Ladevorrichtung bereitgestellt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheit zumindest, insbesondere genau, einen Gegentakt-Wechselrichter aufweist. Insbesondere ist der Wechselrichter als der Gegentakt-Wechselrichter ausgebildet. Hierdurch kann vorteilhaft eine kostengünstige und/oder einfach zu fertigende induktive Ladevorrichtung bereitgestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheit zumindest einen LLC-Wechselrichter aufweist. Insbesondere ist der Wechselrichter als der LLC-Wechselrichter ausgebildet. Vorzugsweise ist der LLC-Wechselrichter als ein LLC-Resonanzwandler ausgebildet. Vorteilhaft weist der LLC-Wechselrichter zumindest eine parallel zu der Primärinduktivität geschaltete erste Induktivität auf. Besonders vorteilhaft weist der LLC-Wechselrichter zumindest eine mit der Primärinduktivität in Reihe geschaltete zweite Induktivität auf. Vorzugsweise weist der LLC-Wechselrichter zumindest eine mit der Primärinduktivität und der parallel dazu geschalteten ersten Induktivität in Reihe geschaltete Kapazität auf. Hierdurch kann vorteilhaft eine hohe Qualität einer Ladewechselspannung erzielt werden.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Wechselrichtereinheit zumindest einen H-Brücken-Wechselrichter aufweist. Insbesondere ist der Wechselrichter als der H-Brücken-Wechselrichter ausgebildet. Vorteilhaft umfasst die Wechselrichtereinheit zumindest eine H-Brücke. Hierdurch kann vorteilhaft ein hoher Wirkungsgrad bei einem Wechselrichten erzielt werden.
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Vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich eines drahtlosen Ladens und/oder einer Bauweise und/oder einer Kosteneffizienz können mit einem System erzielt werden, welches eine erfindungsgemäße induktive Ladevorrichtung und zumindest einen Energiespeicher, der dazu vorgesehen ist, drahtlos mittels der Ladevorrichtung geladen zu werden, umfasst.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum drahtlosen Laden eines Energiespeichers, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen induktiven Ladevorrichtung, wobei eine Wechselspannung aus einer DC-Versorgungsspannung erzeugt und unmittelbar, insbesondere ohne einen Zwischenschritt, in welchem eine Spannungsart geändert wird, in eine Ladewechselspannung transformiert wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren können insbesondere vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer Bauweise einer induktiven Ladevorrichtung erzielt werden. Vorteilhaft kann eine induktive Ladevorrichtung mit einer einfachen und/oder kostengünstigen und/oder effizienten Bauweise bereitgestellt werden. Ferner kann vorteilhaft eine Anzahl von Umspannungsschritten reduziert werden. Außerdem kann vorteilhaft eine Anzahl benötigter Hochleistungskomponenten wie beispielsweise Hochspannungs-MOSFETs und/oder Hochspannungs-H-Brücken reduziert werden. Insbesondere kann vorteilhaft eine induktive Ladevorrichtung ohne Hochleistungs-MOSFET und/oder ohne Hochspannungs-H-Brücke bereitgestellt werden. Ferner kann eine Einfachheit einer benötigten Steuersoftware und/oder ein reduzierter Programmieraufwand erzielt werden.
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Die erfindungsgemäße induktive Ladevorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die erfindungsgemäße induktive Ladevorrichtung und/oder das erfindungsgemäße System zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
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Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
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Zeichnung
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 ein System mit einer induktiven Ladevorrichtung und einem Energiespeicher in einer perspektivischen Darstellung,
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2 ein Blockdiagramm des Systems,
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3 ein schematisches Schaltbild der induktiven Ladevorrichtung,
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4 ein schematisches Schaltbild einer zweiten induktiven Ladevorrichtung und
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5 ein schematisches Schaltbild einer dritten induktiven Ladevorrichtung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Die 1 zeigt ein System 34a mit einer induktiven Ladevorrichtung 10a und mit einem Energiespeicher 20a, der dazu vorgesehen ist, drahtlos mittels der Ladevorrichtung 10a geladen zu werden. Der Energiespeicher 20a ist als ein Akkupack einer Handwerkzeugmaschine 12a ausgebildet. Die induktive Ladevorrichtung 10a ist im vorliegenden Fall Teil eines induktiven Ladegeräts 36a. Die induktive Ladevorrichtung 10a ist im vorliegenden Fall als eine induktive Akkuladevorrichtung für die Handwerkzeugmaschine 12a ausgebildet.
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Die 2 zeigt ein Blockdiagramm des Systems 34a. Die induktive Ladevorrichtung 10a weist eine Wechselrichtereinheit 14a auf, die zu einer Erzeugung einer Wechselspannung aus einer DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist. Die Wechselrichtereinheit 14a weist einen Gleichspannungseingang 40a auf, der zu einer Verbindung mit der DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist. Die Wechselrichtereinheit 14a weist einen Wechselspannungsausgang 16a zur Bereitstellung der Wechselspannung auf. Die induktive Ladevorrichtung 10a weist eine Ladeinduktivität 18a zum drahtlosen Laden des Energiespeichers 20a auf. Im vorliegenden Fall ist die Ladeinduktivität 18a als eine Ladespule ausgebildet. Ferner weist die induktive Ladevorrichtung 10a einen Transformator 22a mit einer Primärinduktivität 24a und mit einer Sekundärinduktivität 26a auf. Die Primärinduktivität 24a ist mit dem Wechselspannungsausgang 16a verbunden. Im vorliegenden Fall ist die Primärinduktivität 24a spannungsarterhaltend mit dem Wechselspannungsausgang 16a verbunden. Die Primärinduktivität 24a ist direkt mit dem Wechselspannungsausgang 16a verbunden. Die Sekundärinduktivität 26a ist spannungsarterhaltend mit der Ladeinduktivität 18a verbunden. Im vorliegenden Fall ist die Sekundärinduktivität 26a in einem Ladekreis 41a angeordnet, der ferner die Ladeinduktivität 18a und eine Ladekapazität 42a aufweist.
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Der Energiespeicher 20a weist eine Empfangsinduktivität 44a auf, die bei dem drahtlosen Laden induktiv an die Ladeinduktivität 18a der induktiven Ladevorrichtung 10a koppelt.
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Die 3 zeigt ein schematisches Schaltbild der induktiven Ladevorrichtung 10a. Die Wechselrichtereinheit 14a weist einen Gegentakt-Wechselrichter 28a auf. Die Wechselrichtereinheit 14a weist ein erstes Schaltelement 46a und ein zweites Schaltelement 48a auf. Im vorliegenden Fall sind das erste Schaltelement 46a und das zweite Schaltelement 48a jeweils als ein MOSFET ausgebildet. Die Schaltelemente 46a, 48a sind von einer Steuereinheit 38a (vgl. 1) der induktiven Ladevorrichtung 10a ansteuerbar. Zu der Erzeugung der Wechselspannung werden die Schaltelemente 46a, 48a abwechselnd und periodisch geschaltet.
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Ein erster Anschluss des ersten Schaltelements 46a ist mit einer Masse 50a verbunden. Ein erster Anschluss des zweiten Schaltelements 48a ist mit der Masse 50a verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Schaltelements 46a ist mit einem ersten Anschluss der Primärinduktivität 24a verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Schaltelements 48a ist mit einem zweiten Anschluss der Primärinduktivität 24a verbunden. Ein dritter, insbesondere mittlerer Anschluss der Primärinduktivität 24a ist mit dem Gleichspannungseingang 40a verbunden. Die Primärinduktivität 24a ist an die Sekundärinduktivität 26a gekoppelt, insbesondere mittels eines Transformatorkerns. Ein erster Anschluss der Sekundärinduktivität 26a ist mit einem ersten Anschluss der Ladeinduktivität 18a verbunden. Ein zweiter Anschluss der Sekundärinduktivität 26a ist mit einem ersten Anschluss der Ladekapazität 42a verbunden. Ein zweiter Anschluss der Ladekapazität 42a ist mit einem zweiten Anschluss der Ladeinduktivität 18a verbunden.
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Der Wechselspannungsausgang 16a ist frei von einem zwischengeschalteten Gleichrichter mit der Ladeinduktivität 18a verbunden. Der Transformator 22a ist zu einem Hochsetzen der Wechselspannung auf eine Ladewechselspannung vorgesehen. Die Wechselrichtereinheit 14a ist mit einer DC-Versorgungsspannung von 12 V betreibbar ausgebildet. Es sind aber auch Auslegungen einer Wechselrichtereinheit für andere DC-Versorgungsspannungen denkbar, beispielsweise für 9 V oder 18 V oder 24 V oder 36 V. Die Wechselspannung weist im vorliegenden Fall eine Amplitude von etwa 17 V auf. Die Ladewechselspannung weist im vorliegenden Fall eine Amplitude von etwa 325 V auf.
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Die Wechselrichtereinheit 14a ist dazu vorgesehen, bei dem Laden des Energiespeichers 20a zumindest einen Wechselspannungsparameter der Wechselspannung an zumindest einen Ladeparameter des Ladens zumindest teilweise anzupassen. Im vorliegenden Fall ist der Wechselspannungsparameter eine Frequenz der Wechselspannung. Ferner ist im vorliegenden Fall der Ladeparameter eine Resonanzfrequenz bei dem Laden, insbesondere eine Resonanzfrequenz des Ladekreises 41a in Gegenwart des Energiespeichers 20a. Bei einer Verstimmung der Resonanzfrequenz des Ladekreises 41a durch die Gegenwart des Energiespeichers 20a, beispielsweise in Abhängigkeit von einem Abstand zwischen der induktiven Ladevorrichtung 10a und dem Energiespeicher 20a, ist die Wechselrichtereinheit 14a dazu vorgesehen, die Frequenz der Wechselspannung an die Verstimmung anzupassen. Insbesondere ist die Steuereinheit 38 dazu vorgesehen, die Wechselrichtereinheit 14a in Abhängigkeit von dem Ladeparameter anzusteuern.
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Bei dem Laden wird mit der induktiven Ladevorrichtung 10a ein Verfahren zum drahtlosen Laden des Energiespeichers 20a durchgeführt, wobei die Wechselspannung aus der DC-Versorgungsspannung insbesondere mittels der Wechselrichtereinheit 14a erzeugt und unmittelbar in die Ladewechselspannung transformiert wird, insbesondere mittels des Transformators 22a.
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In den 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann.
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Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 und 5 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b und c ersetzt.
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Die 4 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zweiten induktiven Ladevorrichtung 10b. Die zweite induktive Ladevorrichtung 10b weist eine Wechselrichtereinheit 14b auf, die zu einer Erzeugung einer Wechselspannung aus einer DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist. Die Wechselrichtereinheit 14b weist einen Wechselspannungsausgang 16b auf, der zur Bereitstellung der Wechselspannung vorgesehen ist. Die Wechselrichtereinheit 14b weist einen LLC-Wechselrichter 30b auf. Der LLC-Wechselrichter 30b ist als ein LLC-Resonanzwandler ausgebildet. Der LLC-Wechselrichter 30b weist ein erstes Schaltelement 46b und ein zweites Schaltelement 48b auf. Ein erster Anschluss des ersten Schaltelements 46b ist mit einem Gleichspannungseingang 40b der Wechselrichtereinheit 14b verbunden. Ein zweiter Anschluss des Schaltelements 46b ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Schaltelements 48b verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Schaltelements 48b ist mit einer Masse 50b verbunden. Ein erster Anschluss einer Kapazität 52b des LLC-Wechselrichters 30b ist mit der Masse 50b verbunden. Ein zweiter Anschluss der Kapazität 52b des LLC-Wechselrichters 30b ist mit einem ersten Anschluss einer ersten Induktivität 54b des LLC-Wechselrichters 30b verbunden. Ein zweite Anschluss der ersten Induktivität 54b des LLC-Wechselrichters 30b ist mit einem ersten Anschluss einer zweiten Induktivität 56b des LLC-Wechselrichters 30b verbunden. Ein zweiter Anschluss der zweiten Induktivität 56b des LLC-Wechselrichters 30b ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Schaltelements 48b verbunden. Ein ersten Anschluss einer Primärinduktivität 24b eines Transformators 22b der zweiten induktiven Ladevorrichtung 10b ist mit dem zweiten Anschluss der ersten Induktivität 54b des LLC-Wechselrichters 30b verbunden. Ein zweiter Anschluss der Primärinduktivität 24b ist mit dem zweiten Anschluss der Kapazität 52b des LLC-Wechselrichters 30b verbunden. Zu der Erzeugung der Wechselspannung aus der DC-Versorgungsspannung werden die Schaltelemente 46b, 48b abwechselnd und periodisch geschaltet.
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Der Transformator 22b umfasst eine Sekundärinduktivität 26b. Die Sekundärinduktivität 26b ist spannungsarterhaltend mit einer Ladeinduktivität 18b der induktiven Ladevorrichtung 10b verbunden.
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Die 5 zeigt ein schematisches Schaltbild einer dritten induktiven Ladevorrichtung 10c. Die dritte induktive Ladevorrichtung 10c weist eine Wechselrichtereinheit 14c auf, die zu einer Erzeugung einer Wechselspannung aus einer DC-Versorgungsspannung vorgesehen ist. Die Wechselrichtereinheit 14c weist einen Wechselspannungsausgang 16c auf, der zur Bereitstellung der Wechselspannung vorgesehen ist. Die Wechselrichtereinheit 14c weist einen H-Brücken-Wechselrichter 32c auf. Der H-Brücken-Wechselrichter 32c weist ein erstes Schaltelement 46c, ein zweites Schaltelement 48c, ein drittes Schaltelement 58c und ein viertes Schaltelement 60c auf. Ein erster Anschluss des ersten Schaltelements 46c ist mit einem Gleichspannungseingang 40c der Wechselrichtereinheit 14c verbunden. Ein zweiter Anschluss des ersten Schaltelements 46c ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Schaltelements 48c verbunden. Ein zweiter Anschluss des zweiten Schaltelements 48c ist mit einer Masse 50c verbunden. Ein erster Anschluss des dritten Schaltelements 58c ist mit der Masse 50c verbunden. Ein zweiter Anschluss des dritten Schaltelements 58c ist einem ersten Anschluss des vierten Schaltelements 60c verbunden. Ein zweiter Anschluss des vierten Schaltelements 60c ist mit dem Gleichspannungseingang 40c verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Schaltelements 46c ist mit einem ersten Anschluss einer Primärinduktivität 24c eines Transformators 22c der dritten induktiven Ladevorrichtung 10c verbunden. Ein zweiter Anschluss der Primärinduktivität 24c ist mit dem zweiten Anschluss des dritten Schaltelements 58c verbunden. Zu der Erzeugung der Wechselspannung aus der DC-Versorgungsspannung werden die Schaltelemente 46c, 48c, 58c, 60c periodisch nach Art eine H-Brücken-Schaltung geschaltet. Insbesondere werden dabei jeweils das erste Schaltelement 46c und das dritte Schaltelement 58c beziehungsweise das zweite Schaltelement 48c und das vierte Schaltelement 60c gleichzeitig geschaltet.
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Der Transformator 22c umfasst eine Sekundärinduktivität 26c. Die Sekundärinduktivität 26c ist spannungsarterhaltend mit einer Ladeinduktivität 18c der induktiven Ladevorrichtung 10c verbunden.
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Grundsätzlich sind selbstverständlich beliebige andere Varianten für einen Wechselrichter einer erfindungsgemäßen induktiven Ladevorrichtung denkbar. Die hier angeführten drei möglichen Ausgestaltungen sind daher lediglich als Beispiele denkbar, wobei einzelne Schaltelemente oder Schaltgruppen in einer einem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Weise ausgetauscht werden können.
