DE102017210226A1 - Energy transfer system for charging rechargeable energy storage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sendeeinheit (2) für ein Energieübertragungssystem (1) zur induktiven Übertragung von Energie zu einer Empfangseinheit (3), insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in der Empfangseinheit (3), umfassend: eine Auflagefläche, die über einer Feldanordnung (FS) von Einzelspulen (24) angeordnet ist, und eine Steuereinheit (27), die ausgebildet ist, um die Einzelspulen (24) anzusteuern, so dass eine regelmäßige Flussänderung erhalten wird; wobei zumindest ein Teil der Einzelspulen (24) der Feldanordnung (FS) so angeordnet ist, dass die Spulenseiten (241) der im Inneren der Feldanordnung (FS) angeordneten Einzelspulen (24) vollständig von im Wesentlichen zwischenraumlos anliegenden Spulenseiten (241) benachbarter Einzelspulen (24) umgeben sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Empfangseinheit (3) für ein Energieübertragungssystem (1) zum induktiven Empfangen von Energie von einer Sendeeinheit, insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers, umfassend eine Feldanordnung (FE) von Einzelspulen (34) und einen Gleichrichter (37), der ausgebildet ist, um elektrische Energie aus den Einzelspulen (34) gleichzurichten und zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen; wobei zumindest ein Teil der Einzelspulen (34) der Feldanordnung (FE) so angeordnet ist, dass die Spulenseiten (341) der im Inneren der Feldanordnung (FE) angeordneten Einzelspulen (34) vollständig von im Wesentlichen zwischenraumlos anliegenden Spulenseiten (341) benachbarter Einzelspulen (34) umgeben sind.The invention relates to a transmitting unit (2) for an energy transmission system (1) for the inductive transmission of energy to a receiving unit (3), in particular for charging an electrical energy store in the receiving unit (3), comprising: a contact surface, which over a field arrangement (FS ) of individual coils (24) is arranged, and a control unit (27), which is designed to control the individual coils (24), so that a regular flow change is obtained; wherein at least part of the individual coils (24) of the field arrangement (FS) is arranged such that the coil sides (241) of the individual coils (24) arranged inside the field arrangement (FS) are completely surrounded by coil sides (241) of adjacent individual coils (241). 24) are surrounded. The invention further relates to a receiving unit (3) for an energy transmission system (1) for inductively receiving energy from a transmitting unit, in particular for charging an electrical energy store, comprising a field arrangement (FE) of individual coils (34) and a rectifier (37) is configured to rectify electrical energy from the individual coils (34) and to provide for charging the electrical energy storage; wherein at least a part of the individual coils (34) of the field arrangement (FE) is arranged such that the coil sides (341) of the individual coils (34) arranged inside the field arrangement (FE) are completely surrounded by substantially coil-side coil sides (341) of adjacent individual coils (341). 34) are surrounded.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft Energieübertragungssysteme zum Übertragen von elektrischer Energie von einer Sendeeinheit zu einer Empfangseinheit, insbesondere zum Laden eines wiederaufladbaren Energiespeichers in der Empfangseinheit.The invention relates to energy transmission systems for transmitting electrical energy from a transmitting unit to a receiving unit, in particular for charging a rechargeable energy store in the receiving unit.
Technischer HintergrundTechnical background
Energieübertragungssysteme, wie sie für das Laden von elektrischen Energiespeichern verwendet werden, weisen häufig eine Lade- und Empfangseinheit mit einer Sendespule bzw. einer Empfangsspule auf. Ein solches Energieübertragungssystem erfordert eine exakte Ausrichtung zwischen der Sendespule und Empfangsspule, und ein Versatz zwischen den Spulen quer zu deren ausgerichteten Spulenachsen reduziert die übertragene Leistung erheblich.Energy transfer systems, such as those used for charging electrical energy storage devices, often have a charging and receiving unit with a transmitting coil or a receiving coil. Such a power transmission system requires exact alignment between the transmitter coil and receiver coil, and offset between the coils across their aligned coil axes significantly reduces transmitted power.
Auch sind beispielsweise aus den WPC Qi Spezifikationen Spulenanordnungen mit überlappenden Spulen bekannt, die einen begrenzten Versatz zwischen Sende- und Empfangseinheit erlauben. In der Regel ist jedoch in der Empfangseinheit nur eine Empfangsspule vorgesehen, so dass die maximal übertragbare elektrische Leistung begrenzt ist.Also, for example, from the WPC Qi specifications coil arrangements with overlapping coils are known, which allow a limited offset between the transmitting and receiving unit. As a rule, however, only one receiving coil is provided in the receiving unit, so that the maximum transferable electrical power is limited.
Es ist daher wünschenswert, ein induktives Energieübertragungssystem zur Verfügung zu stellen, bei der ein Versatz der Anordnung der Empfangseinheit auf der Sendeeinheit möglich ist, ohne dass sich die übertragene Leistung nennenswert reduziert.It is therefore desirable to provide an inductive energy transmission system in which a displacement of the arrangement of the receiving unit on the transmitting unit is possible without the transmitted power being significantly reduced.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch das Energieübertragungssystem zum Übertragen elektrischer Energie, insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einer Empfangseinheit gemäß Anspruch 1, sowie durch eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by the energy transmission system for transmitting electrical energy, in particular for charging an electrical energy store in a receiving unit according to
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further embodiments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Sendeeinheit für ein Energieübertragungssystem zur induktiven Übertragung von Energie zu einer Empfangseinheit, insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in der Empfangseinheit, vorgesehen, umfassend:
- - eine Auflagefläche, die flächenparallel über einer Feldanordnung von Einzelspulen angeordnet ist;
- - eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um die Einzelspulen anzusteuern, so dass eine regelmäßige Flussänderung erhalten wird;
- - A support surface which is arranged surface parallel over a field arrangement of individual coils;
- a control unit, which is designed to control the individual coils, so that a regular flux change is obtained;
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Empfangseinheit für ein Energieübertragungssystem zur induktiven Übertragung von Energie von einer Sendeeinheit, insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in der Empfangseinheit, vorgesehen, umfassend:
- - eine Feldanordnung von Einzelspulen;
- - einen Gleichrichter, der ausgebildet ist, um elektrische Energie aus den Einzelspulen gleichzurichten und zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers bereitzustellen;
- a field arrangement of individual coils;
- - A rectifier, which is designed to rectify electrical energy from the individual coils and to provide for charging the electrical energy storage device;
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Energieübertragungssystem zur induktiven Übertragung von Energie mit der obigen Sendeeinheit und der obigen Empfangseinheit vorgesehen, insbesondere zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in der Empfangseinheit, wobei die Feldanordnung der Einzelspulen der Sendeeinheit in senkrechten Flächenrichtungen größer ist als die Feldanordnung der Einzelspulen der Empfangseinheit.According to a further aspect, an energy transmission system for the inductive transmission of energy with the above transmitting unit and the above receiving unit is provided, in particular for charging an electrical energy store in the receiving unit, wherein the field arrangement of the individual coils of the transmitting unit in vertical planar directions is greater than the field arrangement of the individual coils receiving unit.
Induktive Energieübertragungssysteme weisen eine Sendeinheit und eine Empfangseinheit auf, wobei durch induktive Kopplung elektrische Energie zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit übertragen werden kann.Inductive energy transmission systems have a transmitting unit and a receiving unit, wherein by inductive coupling electrical energy between the transmitting unit and the receiving unit can be transmitted.
Die Fläche der Feldanordnung der Sendeeinheit ist größer als die Fläche der Feldanordnung der Empfangsspulen der Empfangseinheit, so dass die Empfangseinheit beliebig auf der Sendeeinheit positioniert werden kann, ohne dass die übertragene elektrische Leistung variiert. Auch ist es dadurch möglich, mehrere Empfangseinheiten auf der Sendeeinheit anzuordnen. Dadurch, dass die Sendespulen bzw. die Empfangsspulen ohne Zwischenräume in den Feldanordnungen angeordnet sind, kann gewährleistet werden, dass ein großer Teil der Sende- und Empfangsspulen überdeckend einander gegenüberliegen, so dass eine größtmögliche Leistung übertragen werden kann.The area of the field arrangement of the transmitting unit is larger than the area of the field arrangement of the receiving coils of the receiving unit, so that the receiving unit can be arbitrarily positioned on the transmitting unit without the transmitted electrical power varying. This also makes it possible to arrange a plurality of receiving units on the transmitting unit. The fact that the transmitting coils or the receiving coils are arranged without gaps in the field arrangements, can be ensured that a large part of the transmitting and receiving coils overlapping each other, so that the greatest possible power can be transmitted.
Weiterhin können die Spulenform und Größe der Spulenflächen für die Einzelspulen der Sendeeinheit und die Einzelspulen der Empfangseinheit so ausgelegt sein, dass ein Mindestanteil, eine Mindestanzahl oder eine Mehrheit der Empfangsspulen eine Kopplung mit einer entsprechenden Sendespule eingeht, wobei eine Kopplung bei einer Überdeckung der Spulenflächen quer zu einer axialen Ausrichtung der Einzelspulen vorliegt, die größer ist als ein vorgegebener Überdeckungsschwellenwert.Furthermore, the coil shape and size of the coil surfaces for the individual coils of the transmitting unit and the individual coils of the receiving unit can be designed so that a minimum portion, a minimum number or a majority of the receiving coils enters into a coupling with a corresponding transmitting coil, wherein a coupling at an overlap of the coil surfaces transversely to an axial orientation of the individual coils, which is greater than a predetermined coverage threshold.
Eine Idee des obigen Energieübertragungssystems besteht darin, sowohl Sendeeinheit als auch Empfangseinheit mit einer Feldanordnung von Einzelspulen, d. h. Sendespulen bzw. Empfangsspulen, auszubilden, wobei in mindestens einer der Feldanordnungen die Spulenseiten von benachbarten Einzelspulen vollumfänglich im Wesentlichen zwischenraumlos aneinander anliegen, wobei die Sendespulen und die Empfangsspulen unterschiedliche Spulenflächen aufweisen. Die Energieübertragung zwischen einer Sendespule und einer Empfangsspule ist optimal, wenn die Spulenfläche der Empfangsspule vollständig in der Spulenfläche der Sendespule liegt oder umgekehrt.One idea of the above energy transmission system is to provide both transmitter unit and receiver unit with a field array of single coils, i. H. Transmit coils or receiving coils to form, wherein in at least one of the field arrangements, the coil sides of adjacent individual coils completely substantially abut each other substantially without space, wherein the transmitting coils and the receiving coils have different coil surfaces. The energy transfer between a transmitting coil and a receiving coil is optimal when the coil surface of the receiving coil is completely in the coil surface of the transmitting coil or vice versa.
Unter im Wesentlichen abstandslos wird eine Anordnung der Spulenseiten verstanden, so dass diese einen Abstand voneinander aufweisen, der zwischen 0 und 10%, vorzugsweise zwischen 0 und 5% der Breite der Spulenseite in Flächenrichtung aufweist.Substantially distance-free means an arrangement of the coil sides, so that they have a distance from one another which has between 0 and 10%, preferably between 0 and 5%, of the width of the coil side in the planar direction.
Weiterhin kann die Steuereinheit ausgebildet sein, mithilfe einer Induktivitätsmessung an jeder der Einzelspulen eine Kopplung mit einer auf der Auflagefläche aufliegenden Spule festzustellen und nur die Einzelspulen anzusteuern, für die eine Kopplung festgestellt wird, wobei eine Kopplung festgestellt wird, wenn eine Überdeckung der Spulenfläche der jeweiligen Einzelspule mit der Spulenfläche der aufliegenden Spule quer zur axialen Richtung einen vorgegeben Überdeckungsschwellenwert übersteigt.Furthermore, the control unit may be configured to detect a coupling with a coil resting on the support surface by means of an inductance measurement on each of the individual coils and to control only the individual coils for which a coupling is detected, wherein a coupling is detected when an overlap of the coil surface of the respective Single coil with the coil surface of the overlying coil transverse to the axial direction exceeds a predetermined masking threshold.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Einzelspulen einer Feldanordnung jeweils eine gleiche Form und Spulenfläche aufweisen, wobei die Einzelspulen insbesondere eine eckige Querschnittsfläche aufweisen, insbesondere eine sechseckige, rechteckige, oder dreieckige Querschnittsfläche.According to a further embodiment, the individual coils of a field arrangement can each have a same shape and coil area, the individual coils in particular having a polygonal cross-sectional area, in particular a hexagonal, rectangular, or triangular cross-sectional area.
Bei der obigen Sendeeinheit und/oder Empfangseinheit können die Einzelspulen einer Feldanordnung jeweils eine eckige Form und unterschiedliche Spulenflächen aufweisen.In the case of the above transmitting unit and / or receiving unit, the individual coils of a field arrangement can each have an angular shape and different coil areas.
In dem obigen Energieübertragungssystem können die Einzelspulen der Sendeeinheit und die Einzelspulen der Empfangseinheit unterschiedliche Größen aufweisen.In the above power transmission system, the individual coils of the transmitting unit and the individual coils of the receiving unit may have different sizes.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Spulenform und Größe der Spulenflächen für die Einzelspulen der Sendeeinheit und die Einzelspulen der Empfangseinheit so ausgelegt sein, dass ein Mindestanteil, eine Mindestanzahl oder eine Mehrheit der Empfangsspulen eine ausreichende Kopplung mit einer entsprechenden Sendespule eingeht, wobei eine ausreichende Kopplung bei einer Überdeckung der Spulenflächen quer zu einer axialen Ausrichtung der Einzelspulen vorliegt, die größer ist als ein vorgegebener Überdeckungsschwellenwert.According to one embodiment, the coil shape and size of the coil surfaces for the individual coils of the transmitting unit and the individual coils of the receiving unit can be designed so that a minimum portion, a minimum number or a majority of the receiving coils sufficient coupling with a corresponding transmitting coil is received, with a sufficient coupling at a Coverage of the coil surfaces transverse to an axial orientation of the individual coils is greater than a predetermined coverage threshold.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um mithilfe einer Induktivitätsmessung an den Einzelspulen jeder der Sendeelemente einen Grad der Kopplung mit einer auf der Auflagefläche aufliegenden Einzelspule der Empfangseinheit festzustellen und nur diejenigen Sendeelemente der Sendeeinheit anzusteuern, für die eine ausreichende Kopplung festgestellt wird, wobei eine ausreichende Kopplung festgestellt wird, wenn eine Kopplungsgrad einen vorgegeben Kopplungsschwellenwert übersteigt.According to a further embodiment, the control unit can be designed to detect, by means of an inductance measurement on the individual coils of each of the transmitting elements, a degree of coupling with a single coil of the receiving unit resting on the supporting surface and to control only those transmitting elements of the transmitting unit for which a sufficient coupling is determined. wherein sufficient coupling is detected when a degree of coupling exceeds a predetermined coupling threshold.
Figurenlistelist of figures
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Energieübertragungssystems mit einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit; -
2 eine schematische Darstellung eines Grundprinzips der induktiven Energieübertragung von einer Sendeeinheit zu einer Empfangseinheit eines Energieübertragungssystems; -
3 eine Draufsicht auf eine Feldanordnung von Sende- und/oder Empfangsspulen; -
4 eine Draufsicht auf eine weitere Feldanordnung von Sende- und/oder Empfangsspulen; und -
5 eine Draufsicht auf eine Anordnung einer Feldanordnung von Empfangsspulen über einer Feldanordnung von Sendespulen.
-
1 a schematic representation of an energy transmission system with a transmitting unit and a receiving unit; -
2 a schematic representation of a basic principle of the inductive energy transfer from a transmitting unit to a receiving unit of a power transmission system; -
3 a plan view of a field arrangement of transmitting and / or receiving coils; -
4 a plan view of another array of transmitting and / or receiving coils; and -
5 a plan view of an arrangement of a field arrangement of receiving coils over a field array of transmitting coils.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Die Empfangseinheit
Die Sendeeinrichtung
Jedes Sendeelement
Die Empfangseinrichtung
Die einzelnen Empfangselemente
Die Sendespulen
Unter „im Wesentlichen abstandslos“ wird eine Anordnung der Spulenseiten
Die Fläche der Feldanordnung
Die Empfangsspulen
Unter „im Wesentlichen abstandslos“ wird eine Anordnung der Spulenseiten
In
Alternative Ausführungsformen, die es ebenso wie sechseckförmige Spulen ermöglichen, eine zwischenraumfreie Feldanordnung
Zur Formgebung der entsprechenden Formen der Spulenfläche können Wickelkörper aus Kunststoff oder einem anderen nichtleitenden Material vorgesehen sein. Alternativ können weichmagnetische Materialien ins Innere der Spulen eingebracht werden, um den magnetischen Fluss zu richten und den magnetischen Widerstand zu verringern.To shape the corresponding shapes of the coil surface bobbins may be provided in plastic or other non-conductive material. Alternatively, soft magnetic materials may be introduced inside the coils to direct the magnetic flux and reduce the magnetic resistance.
In
Die bestmögliche Energieübertragung zwischen einer Sendespule
Daher kann weiterhin vorgesehen sein, die Feldanordnung der Empfangsspulen
Weiterhin kann die Steuereinheit ausgebildet sein, mithilfe einer Induktivitätsmessung an jeder der Sendespulen
Um zu gewährleisten, dass eine möglichst große Anzahl von gekoppelten Paaren von Sende- und Empfangsspulen
Zur Energieeinsparung kann vorgesehen sein, nur diejenigen Empfangsspulen zu bestromen, für die eine Paarbildung mit einer Sendespule
Dadurch wird festgestellt, ob die Voraussetzungen für einen sicheren Energietransfer gegeben sind. Alle benachbarten Sendespulen werden gleichphasig betrieben, damit die magnetischen Flüsse sich nicht gegenseitig aufheben.This determines whether the conditions for a safe energy transfer exist. All adjacent transmit coils are operated in phase so that the magnetic fluxes do not cancel each other out.
Eine Auswahl der Spulenform und Größe der Spulenflächen für Sende- und Empfangsspule
Claims (9)
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Legal Events
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