DE102017206647A1 - Spule geeignet für ein induktives Ladesystem - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine bipolare Übertragungsspule für ein induktives Ladesystem mit zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Teilspulen, wobei die beiden Teilspulen unterschiedlich groß sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule, geeignet für ein induktives Ladesystem
- Stand der Technik
- Beim berührungslosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Hilfe der induktiven Übertragung von elektrischer Energie werden Übertragungssysteme eingesetzt, die aus einer Sendespule und einer Empfangsspule bestehen. Die Sendespule einer Ladestation wird dazu beispielsweise mit einer flachen Wicklung auf die Fahrbahnoberfläche gelegt oder in die Fahrbahn eingelassen. Die Empfangsspule mit einer möglichst flachen Wicklung wird am Fahrzeugboden angebracht. Für den Ladevorgang wird das Fahrzeug über der Sendespule positioniert. Beim berührungslosen Laden der elektrischen Energiespeicher von elektronischen Geräten wie beispielsweise Armbanduhren, Mobiltelefonen oder auch elektrisch angetriebenen Werkzeugen werden ebenfalls Übertragungssysteme eingesetzt, die aus einer mit einem Ladegerät verbundenen Sendespule und einer mit dem aufzuladenden Gerät verbundenen Empfangsspule bestehen. Für die Übertragung elektrischer Energie beim berührungslosen Laden werden insbesondere zwei unterschiedliche Spulensysteme eingesetzt.
- Zum einen sind dies sogenannte bipolare Spulensysteme, bei denen jede Spule aus zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordneten gleichgroßen Teilspulen besteht. Der magnetische Fluss tritt im Wesentlichen aus der Mitte der einen Teilspule aus und durch die andere Teilspule wieder ein. Im günstigsten Fall der Kopplung einer bipolaren Sendespule mit einer bipolaren Empfangsspule tritt der magnetische Fluss aus der Mitte der einen Teilspule der sendenden Spule aus und durchdringt die eine Teilspule der empfangenden Spule. Der magnetische Fluss tritt aus der anderen Teilspule der empfangenden Spule wieder aus und durch die andere Teilspule der sendenden Spule wieder ein. Beispielsweise wird in
WO 2015/175096 - Zum anderen sind dies sogenannte zirkulare Spulensysteme, deren Spulen im Gegensatz zu bipolaren Spulen jeweils nur aus einer einzigen Spule bestehen. Beispielsweise wird in der
WO 2016/036747 - Bei der Kopplung von bipolaren Sendespulen mit zirkularen Empfangsspulen besteht im Gegensatz zur Kopplung mit bipolaren Empfangsspulen das Problem, dass dabei nur eine unbefriedigende magnetische Kopplung erreicht wird.
- Da der Wunsch besteht, das berührungslose Laden der elektrischen Energiespeicher unabhängig von der Bauart der eingesetzten Empfangsspule ohne Einschränkungen beispielsweise an öffentlich zugänglichen Ladestationen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge durchzuführen, besteht daher der Bedarf nach einer Sendespule, mit der eine uneingeschränkte induktive Energieübertragung mit Empfangsspulen möglich ist, die als bipolare Spule aus zwei Teilspulen oder aus einer zirkularen Spule bestehen.
- Offenbarung der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine aus zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Teilspulen bestehende bipolare Sendespule eines induktiven Übertragungssystems sowohl mit einer ebenfalls aus zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Teilspulen bestehenden bipolaren Empfangsspule als auch mit einer aus einer einzigen Spule bestehenden zirkularen Empfangsspule ohne wesentliche Einschränkungen zur Energieübertragung gekoppelt werden kann. Durch die vergrößerte Ausführung einer der beiden Teilspulen der bipolaren Sendespule wird die magnetische Kopplung zu einer zirkular ausgeführten Empfangsspule verbessert. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau einer bipolaren Sendespule wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass eine weitgehend uneingeschränkte induktive Energieübertragung zu bipolaren und zu zirkularen Empfangsspulen und umgekehrt möglich ist.
- Erfindungsgemäß ist dazu eine Sendespule vorgesehen, die bipolar ausgeführt ist und aus zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Teilspulen besteht, wobei die beiden Teilspulen der Spule unterschiedlich groß sind.
- Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
- Vorteilhafterweise wird eine und/oder die andere der beiden Teilspulen oval oder rund ausgeführt. Eine ovale oder runde Ausführung hat den Vorteil eines homogenen Verlaufs des magnetischen Flusses und kann sehr einfach und kostengünstig angefertigt werden.
- Alternativ wird eine und/oder die andere der beiden Teilspulen polygonal ausgeführt. Durch eine polygonale Ausführung kann in vorteilhafter Weise ein kompakter Aufbau einer bipolaren Spulenanordnung erreicht werden.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine und/oder die andere der beiden Teilspulen rechteckig ausgeführt werden. Die rechteckige Ausführung bietet den Vorteil eines kompakten Aufbaus einer bipolaren Anordnung mit einer guten Kopplung. Eine gute Kopplung wird selbst dann erzielt, wenn nicht sichergestellt werden kann, dass die zur Energieübertragung gekoppelte Sendespule und Empfangsspule bestmöglich zueinander ausgerichtet sind.
- Vorteilhafterweise werden die eine und/oder die andere der rechteckigen oder polygonalen Teilspulen mit mindestens teilweise abgerundeten Ecken ausgeführt. Diese Ausführung verbindet den Vorteil des kompakten Aufbaus mit einer einfachen und kostengünstigen Fertigung. Bei Verwendung von HF-Litze als Spulendraht wird durch abgerundete Ecken in vorteilhafter Weise die Einhaltung der Mindestbiegeradien der als Spulendraht verwendeten HF-Litze ermöglicht.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn mindestens die größere der beiden Teilspulen mindestens so groß wie eine zu koppelnde Spule ausgeführt ist. Damit wird eine zur Kopplung einer bipolaren Sendespule mit einer bipolaren Empfangsspule vergleichbar gute Kopplung in vorteilhafter Weise mit einer zirkularen Empfangsspule erreicht. Beispielsweise kann eine mit einer erfindungsgemäßen bipolaren Sendespule mit zwei unterschiedlich großen Teilspulen ausgerüstete Ladestation kann somit ohne Einschränkungen elektrische Fahrzeuge laden, die entweder mit einer bipolaren Empfangsspule oder mit einer zirkularen Empfangsspule ausgerüstet sind. In vorteilhafter Weise führt bereits eine kleinere Vergrößerung einer Teilspule der Sendespule zu einer Verbesserung der Kopplung.
- Wenn die größere der beiden Teilspulen der Sendespule größer ist als die Empfangsspule ist ein Versatz der Sende- und Empfangsspulen in vorteilhafter Weise möglich. Die Kopplung wird durch einen Versatz der Sende- und Empfangsspulen nicht eingeschränkt, wenn die Kontur der Empfangsspule vollständig innerhalb der Kontur einer der beiden Teilspulen der Sendespule liegt.
- Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
- Figurenliste
- Es zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung einer bipolaren Spule mit zwei unterschiedlich großen rechteckigen Teilspulen, -
2 : eine schematische Darstellung einer bipolaren Spule mit zwei unterschiedlich großen und geformten Teilspulen, -
3 : eine schematische Darstellung einer induktiven zirkularen Übertragungsspule in einem Spulenträger, -
4 : eine schematische Darstellung einer induktiven bipolaren Sendespule mit zwei unterschiedlich großen Teilspulen in einem Spulenträger mit einer gekoppelten induktiven bipolaren Empfangsspule in einem Spulenträger, -
5 : eine schematische Darstellung einer induktiven bipolaren Sendespule in einem Spulenträger mit einer gekoppelten induktiven zirkularen Empfangsspule in einem Spulenträger, -
6 : eine schematische Darstellung einer induktiven Ladestation für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. - Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen bipolaren Spule1 . Die Spule1 besteht aus zwei Teilspulen3 ,4 . Diese beiden Teilspulen3 ,4 der erfindungsgemäßen bipolaren Spule1 sind unterschiedlich groß, dazu ist die Teilspule4 gegenüber der Teilspule3 vergrößert ausgeführt. Die beiden Teilspulen3 ,4 sind in einem Spulenträger9 angeordnet. Der Spulenträger9 und die beiden Teilspulen3 ,4 bilden zusammen die Spule1 . Die bipolare Auslegung der Spule1 ermöglicht einen geführten magnetischen Kreislauf, beispielsweise tritt der magnetische Fluss aus der Teilspule3 aus und in Teilspule4 wieder in die Spule1 ein. Die Flussrichtung kann umgekehrt werden, so dass der magnetische Fluss aus der Teilspule4 austritt und in Teilspule3 wieder in die Spule1 eintritt. -
2 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Spule1 . Die in2 gezeigte Spule1 besteht aus zwei Teilspulen3 ,4 , von denen eine als kreisrunde Spule und die andere als polygonale Spule ausgeführt ist. Die beiden Teilspulen3 ,4 sind in einem Spulenträger9 angeordnet. Der Spulenträger9 und die beiden Teilspulen3 ,4 bilden zusammen die Spule1 . -
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Spule1 in zirkularer Ausführung in einem Spulenträger9 . Die in3 gezeigte zirkular arbeitende Spule1 besteht aus einer einzigen Spule10 in einem Spulenträger9 . Die zirkulare Auslegung führt zu einem zentrischen Schwerpunkt des magnetischen Kreislaufs, beispielsweise tritt der magnetische Fluss mit einem mittigen Schwerpunkt aus der Spule10 aus. Die Feldlinien des magnetischen Flusses beschreiben eine Bahn außerhalb der Spule10 , um von unten wieder in die Spule10 einzutreten. Die Flussrichtung kann umgekehrt werden, so dass der magnetische Fluss in die Spule10 mittig eintritt und unten aus der Spule10 austritt. Die Feldlinien des magnetischen Flusses beschreiben eine geschlossene Bahn außen um die Spule10 . -
4 zeigt eine schematische Darstellung der Kopplung einer erfindungsgemäßen Sendespule1 mit zwei unterschiedlich großen Teilspulen3 ,4 in einem Spulenträger9 mit einer gekoppelten Empfangsspule11 mit zwei Teilspulen12a ,12b in einem Spulenträger9 . Beispielhaft sind die beiden Teilspulen12a ,12b der bipolaren Empfangsspule gleich groß. Beide Spulen sind als bipolare Spulen aufgebaut, so dass eine gute magnetische Kopplung zur Übertragung von elektrischer Energie erzielt wird. -
5 zeigt eine schematische Darstellung der Kopplung einer erfindungsgemäßen Spule1 mit einer zirkularen Übertragungsspule10 . In diesem Beispiel wird elektrische Energie von der Spule1 zu der gekoppelten Spule10 übertragen. Die zirkulare Spule10 ist derart über der Teilspule4 angeordnet, dass die Kontur der Spule10 idealerweise vollständig innerhalb der Kontur der Teilspule4 liegt. -
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestation12 für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Die Sendespule1 wird durch die Leistungselektronik des induktiven Ladesystems2 mit Energie versorgt. Diese Energie wird an die Empfangsspule11 übertragen und über eine fahrzeugeigene Leistungselektronik zum Laden der Fahrzeugbatterie aufbereitet. Die erfindungsgemäße Spule mit unterschiedlich großen Teilspulen kann darüber hinaus für alle Anwendungen der drahtlosen Energieübertragung eingesetzt werden. - 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
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- WO 2015/175096 [0003]
- WO 2016/036747 [0004]
Claims (6)
- Spule (1) geeignet für ein induktives Ladesystem (2), wobei die Spule (1) bipolar ausgeführt ist und aus zwei im Wesentlichen nebeneinander angeordneten Teilspulen (3, 4) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilspulen (3, 4) der Spule (1) unterschiedlich groß sind.
- Spule (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine und/oder die andere der Teilspulen (3, 4) oval, vorzugsweise rund sind. - Spule (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine und/oder die andere der Teilspulen (3, 4) polygonal ausgeführt sind. - Spule (1) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine und/oder die andere der Teilspulen (3, 4) rechteckig ausgeführt sind. - Spule (1) nach
Anspruch 3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass eine und/oder die andere der Teilspulen (3, 4) mindestens teilweise abgerundete Ecken (5) aufweisen. - Spule (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die größere der beiden Teilspulen (3, 4) mindestens so groß wie eine zu koppelnde Spule (8) ist.
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