DE102017215149A1

DE102017215149A1 - Spule und Verfahren zur Erhöhung des Kopplungsgrades eines induktiven Koppelsystems

Info

Publication number: DE102017215149A1
Application number: DE102017215149.8A
Authority: DE
Inventors: Josef Krammer; Marius Haßler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Es wird eine Spule (111, 121) zur Kopplung mit einer zweiten Spule (111, 121) beschrieben. Die Spule (111, 121) umfasst ein oder mehrere Spulenwicklungen (312, 322) und einen beweglichen ferromagnetischen Spulenkern (311, 321). Außerdem umfasst die Spule (111, 121) einen Aktuator, der eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Steuersignal den Spulenkern (311, 321) relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) zu bewegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein induktives Koppelsystem, z.B. ein induktives Ladesystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Spule, die es ermöglichen, den Kopplungsgrad eines induktiven Koppelsystems in effizienter Weise zu erhöhen.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie (d.h. über einen elektrischen Energiespeicher), in der elektrische Energie zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.
Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Energiespeicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Sekundärspule 121 im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule 121 über einen Gleichrichter mit dem Speicher 103 für elektrische Energie verbunden ist. Der Gleichrichter ist Teil einer Sekundärelektronik 123. Die Sekundärspule 121 und die Sekundärelektronik 123 sind typischerweise über zumindest eine Leitung 122 elektrisch leitend miteinander verbunden und bilden zusammen eine sogenannte „Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 120 bzw. Sekundäreinheit 120.
Die Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 kann über einer Primärspule 111 positioniert werden, wobei die Primärspule 111 z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule 111 ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 110 bzw. Primäreinheit 110. Die Primärspule 111 ist über eine Leitung 112 mit einer Primärelektronik 113 und weiter mit einer Stromversorgung verbunden. Die Primärelektronik 113 kann einen Radio-Frequenz-Generator bzw. Wechselrichter umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule 111 der WPT-Bodeneinheit 110 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld (insbesondere ein magnetisches Ladefeld) induziert wird. Das magnetische Ladefeld kann eine Frequenz aus einem vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Die Ladefeld-Frequenz des elektromagnetischen Ladefelds kann im Bereich von 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz) liegen.
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule 111 der Primäreinheit 110 und Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 (d.h. bei einem ausreichend hohen Kopplungsgrad) über die Unterbodenfreiheit 130 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule 121 induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule 121 der Sekundäreinheit 120 wird durch den Gleichrichter der Sekundärelektronik 123 gleichgerichtet und im Energiespeicher 103 gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von einer Stromversorgung zum Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät der Sekundärelektronik 123 gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos (etwa über WLAN), mit der Primäreinheit 110 zu kommunizieren.
Das in 1 dargestellte Fahrzeug 100 kann an unterschiedlichen Positionen über der Primärspule 111 abgestellt werden. Es können sich somit ein Versatz und ein relativ großer Luftspalt zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 ergeben. Um trotz der daraus resultierenden geringen magnetischen Kopplung zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 an der Sekundärspule 121 eine ausreichend hohe elektrische Spannung zum Laden des Energiespeichers 103 zu induzieren, muss ein relativ hoher Strom durch die Primärspule 111 fließen, so dass bei einer gegebenen Windungszahl der Primärspule 111 ein ausreichend großer magnetischer Fluss aufgebaut wird. Des Weiteren erfordern ein relativ großer Luftspalt und die Möglichkeit eines Spulenversatzes typischerweise die Verwendung von relativ großflächigen Spulen 111, 121. Es ergibt sich somit ein relativ hoher Materialaufwand für die Spulen 111, 121 und für die Steuerelektronik 113, 123 zur Ansteuerung der Spulen 111, 121. Des Weiteren folgt aus einem relativ großen Luftspalt und einer relativ hohen magnetischen Flussdichte ein relativ hoher Aufwand zur Überwachung des Raumes in und um das induktive Ladesystem, z.B. zur Erkennung von Fremdobjekten, die sich erwärmen könnten, und/oder zum Abschalten des induktiven Ladesystems bei Eintritt eines Lebewesens in den Raum zwischen den Spulen 111, 121. Dabei ist der zu überwachende Raum relativ groß, da das magnetische Feld mit Abstand zu den Spulen 111, 121 relativ langsam abklingt.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die Kosten eines induktiven Koppelsystems, insbesondere eines induktiven Ladesystems, zu reduzieren. Insbesondere befasst sich das vorliegende Dokument mit der technischen Aufgabe, auch bei unterschiedlichen Versatzsituationen mit minimalem Materialaufwand eine relativ hohe magnetische Kopplung eines induktiven Koppelsystems zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt werden eine Spule bzw. eine Spulen-Vorrichtung zur Kopplung mit einer zweiten Spule beschrieben. Die Spule kann die Primärspule oder die Sekundärspule eines induktiven Ladesystems zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs sein. Die zweite Spule kann die jeweils andere Spule des induktiven Ladesystems sein.
Die Spule umfasst ein oder mehrere Spulenwicklungen. Die ein oder mehreren Spulenwicklungen können aus einer elektrischen Leitung bestehen, wobei die elektrische Leitung eine Vielzahl von Litzen umfassen kann bzw. sich aus einer Vielzahl von Litzen zusammensetzen kann. Die elektrische Leitung kann aus Kupfer hergestellt sein.
Außerdem umfasst die Spule einen beweglichen ferromagnetischen Spulenkern. Der Spulenkern kann ein Ferrit umfassen. Die ein oder mehreren Spulenwicklungen können den Spulenkern in einem Teilbereich des Spulenkerns umschlingen. Insbesondere kann nur ein Teilbereich von 50%, 20%, 10% oder weniger des Spulenkerns von den ein oder mehreren Spulenwicklungen umschlungen sein. Dabei kann der Spulenkern bevorzugt in jeder möglichen Position innerhalb eines Bewegungsbereichs des beweglichen Spulenkerns zumindest bereichsweise von den ein oder mehreren Spulenwicklungen umschlungen sein. So kann eine zuverlässige Einkopplung bzw. Auskopplung eines magnetischen Feldes (insbesondere eines magnetischen Ladefeldes) in den bzw. aus dem Spulenkern gewährleistet werden.
Der Spulenkern ist relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen beweglich. Mit anderen Worten, es kann die Lage des Spulenkerns der Spule relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen der Spule verändert werden. Andererseits können die ein oder mehreren Spulenwicklungen fest bzw. unbeweglich angeordnet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Spulenwicklungen fest an einer Primäreinheit bzw. an einer Sekundäreinheit eines induktiven Ladesystems angeordnet sein. Die elektrisch leitenden Komponenten einer Primäreinheit bzw. einer Sekundäreinheit können somit unbeweglich ausgebildet sein. Insbesondere kann die Steuerelektronik fest und/oder unbeweglich mit den ein oder mehreren Spulenwicklungen verbunden sein So können zuverlässige und sichere Primär- bzw. Sekundäreinheiten bereitgestellt werden.
Der Spulenkern der Spule kann nicht nur in Bezug zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen der Spule sondern auch in Bezug zu der zweiten Spule beweglich angeordnet sein. Durch die Bewegung des Spulenkerns kann die Lage eines von der Spule erzeugten bzw. von der Spule erfassten magnetischen Feldes verändert werden. Folglich kann durch die Bewegung des Spulenkerns der Kopplungsgrad zwischen der Spule und der zweiten Spule verändert, insbesondere maximiert, werden.
Die Spule kann ferner einen Aktuator (insbesondere einen elektrische Motor) umfassen. Der Aktuator ist eingerichtet, in Reaktion auf ein Steuersignal den Spulenkern relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen zu bewegen. Somit kann der Kopplungsgrad der Spule zu einer zweiten Spule in automatischer Weise verändert werden.
Die Spule bzw. die Spulen-Vorrichtung können eine Steuereinheit umfassen. Dabei kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Aktuator anzusteuern, um den Spulenkern zu bewegen. Insbesondere kann der Spulenkern derart bewegt werden, dass der Kopplungsgrad zwischen der Spule und der zweiten Spule vergrößert, insbesondere maximiert, wird. Zu diesem Zweck kann der Spulenkern an eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionen innerhalb eines Bewegungsbereichs des Spulenkerns bewegt werden. Des Weiteren kann für jede der unterschiedlichen Positionen Kopplungs-Information in Bezug auf den Kopplungsgrad an der jeweiligen Position erfasst werden. Es kann dann in Abhängigkeit von der Kopplungs-Information eine der Vielzahl von unterschiedlichen Positionen ausgewählt werden, insbesondere die Position mit dem maximalen Kopplungsgrad. Zur Ermittlung des Kopplungsgrades kann Information über eine (drahtlose) Kommunikationsverbindung von der zweiten Spule an die (erste) Spule übertragen werden.
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Positions-Information bezüglich einer Position der zweiten Spule relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen zu ermitteln. Die Position-Information kann insbesondere einen Versatz zwischen der zweiten Spule und den ein oder mehreren Spulenwicklungen der Spule anzeigen. Die Steuereinheit kann dann den Aktuator in Abhängigkeit von der Positions-Information ansteuern, um den Spulenkern zu bewegen. Dabei kann der Spulenkern derart in Abhängigkeit von der Positions-Information bewegt werden, dass der Kopplungsgrad vergrößert, insbesondere maximiert, wird. Beispielsweise können Kenndaten bereitgestellt werden, die für eine Vielzahl von unterschiedlichen Versatzsituationen zwischen der zweiten Spule und den ein oder mehreren Spulenwicklungen der Spule eine entsprechende Vielzahl von Positionen des Spulenkerns anzeigen, durch den der Kopplungsgrad optimiert wird. Die Kenndaten können im Vorfeld experimentell ermittelt werden. Es kann somit in automatischer und effizienter Weise der Kopplungsgrad eines induktiven Koppelsystems erhöht werden.
Der Spulenkern ist typischerweise ausgebildet, innerhalb eines (definierten) Bewegungsbereichs bewegt zu werden. Dabei ermöglicht der Bewegungsbereich entlang zumindest einer Koordinate in einem räumlichen Koordinatensystem. Dabei kann die gegenüberliegende zweite Spule eine ausreichende Größe aufweisen, um einen bestimmten Versatz der Spulen entlang einer anderen Koordinate bzw. einer anderen Dimension zu tolerieren bzw. zu ermöglichen. Beispielsweise ist bei einem Spulendurchmesser der zweiten Spule von 20cm und einer Breite des Spulenkerns von 5cm ein Versatz von ±7,5cm möglich.
Bevorzugt kann der Bewegungsbereich eine Bewegung des Spulenkerns entlang mindestens zwei unterschiedlicher Koordinaten in einem räumlichen Koordinatensystem (insbesondere einem kartesischen Koordinatensystem) ermöglichen. Beispielsweise kann der Bewegungsbereich eine Bewegung in x- und y-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems ermöglichen. Die x- und y-Richtung können dabei in einer Ebene senkrecht zu einer z-Richtung verlaufen, wobei die z-Richtung zwischen dem Boden und dem Unterboden eines Fahrzeugs verlaufen kann. Durch die Bewegung entlang mehrerer unterschiedlicher Koordinaten können auch für komplexe Versatzsituationen relativ hohe Kopplungsgrade ermöglicht werden.
Die Spule kann ein Gehäuse umfassen, wobei das Gehäuse typischerweise magnetisch neutral ausgebildet ist (so dass das magnetische Feld im Wesentlichen nicht durch das Gehäuse gedämpft wird). Der Spulenkern kann dann innerhalb des Gehäuses beweglich angeordnet sein. Insbesondere kann das Gehäuse derart ausgebildet sein, dass der Spulenkern an jeder möglichen Position des Bewegungsbereichs des Spulenkerns (vollständig) von dem Gehäuse umgeben bzw. abgedeckt wird. Durch die Bereitstellung eines Gehäuses kann ein zuverlässiger Schutz der Spule bereitgestellt werden.
Der Spulenkern kann ein Achsenteil umfassen, das zumindest bereichsweise durch die ein oder mehreren Spulenwicklungen umschlungen wird. Des Weiteren kann der Spulenkern ein Fußteil umfassen, das über einen Steg radial beabstandet mit dem Achsenteil verbunden ist. Das Fußteil weist somit einen radialen Abstand größer null zu einer Rotationsachse des Achsenteils auf. Dabei umfassen das Achsenteil, der Steg und das Fußteil typischerweise zumindest ein ferromagnetisches Material. Der Aktuator kann eingerichtet sein, das Achsenteil zu drehen, um eine Position des Fußteils zu verändern. Durch einen derart ausgebauten Spulenkern kann in effizienter Weise (d.h. durch eine Drehung) eine Bewegung des Spulenkerns in z-Richtung (d.h. zu der zweiten Spule hin) ermöglicht werden. So kann der Spulenkern an die zweite Spule herangeführt werden, um den Kopplungsgrad weiter zu erhöhen.
Der Aktuator kann somit ausgebildet sein, den Spulenkern translatorisch und/oder rotatorisch zu bewegen, um den Kopplungsgrad zwischen der Spule und der zweiten Spule zu erhöhen.
Der Aktuator kann ausgebildet sein, den Spulenkern in eine Ruheposition zu bewegen, in der der Spulenkern vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt ist. Beispielsweise kann sich die Ruheposition innerhalb eines Gehäuses der Primäreinheit bzw. der Sekundäreinheit befinden. So kann der Spulenkern zuverlässig geschützt werden, wenn kein induktives Laden erfolgt (z.B. wenn sich ein Fahrzeug im Fahrbetrieb befindet). Andererseits kann der Spulenkern für einen Betrieb aus der Ruheposition herausbewegt werden. Dabei kann der Spulenkern während des Betriebs (z.B. während eines Ladevorgangs) nur in einem (gegenüber der Ruheposition) reduzierten Umfang vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein induktives Koppelsystem, insbesondere ein induktives Ladesystem, beschrieben. Das Koppelsystem umfasst eine Primärspule und eine Sekundärspule, die ausgebildet sind, in unterschiedlicher Weise relativ zueinander positioniert zu werden. Die Primärspule kann z.B. auf dem Boden angeordnet sein. Andererseits kann die Sekundärspule im Unterboden eines Fahrzeugs angeordnet sein. Das Fahrzeug kann für einen induktiven Ladevorgang über der Primärspule platziert werden. Dabei können die Primärspule und die Sekundärspule je nach Position des Fahrzeugs einen unterschiedlichen Versatz zueinander aufweisen.
Die Primärspule und/oder die Sekundärspule können wie die in diesem Dokument beschriebene Spule mit einem beweglichen Spulenkern ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Primärspule einen beweglichen Spulenkern aufweisen. Andererseits kann in diesem Fall die Sekundärspule einen Spulenkern aufweisen, der unbeweglich relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen der Sekundärspule ist. Durch die Bereitstellung zumindest einer Spule mit einem beweglichen Spulenkern können auch bei unterschiedlichen Versatzsituationen relativ hohe Kopplungsgrade ermöglicht werden.
Das Koppelsystem kann eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, den Spulenkern der Primärspule und/oder der Sekundärspule zu bewegen, um einen Kopplungsgrad zwischen der Primärspule und der Sekundärspule zu erhöhen, insbesondere zu maximieren. Zu diesem Zweck kann für eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionen des Spulenkerns Kopplungs-Information in Bezug auf den Kopplungsgrad erfasst werden, und es kann in Abhängigkeit von der Kopplungs-Information eine Position des Spulenkerns ausgewählt werden. Alternativ oder ergänzend kann Positions-Information ermittelt werden, die die Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule anzeigt. Es kann dann auf Basis der Positions-Information eine Position des Spulenkerns ermittelt werden. So kann in zuverlässiger und effizienter Weise der Kopplungsgrad des induktiven Koppelsystems erhöht werden.
Die Primärspule und die Sekundärspule sind bevorzugt derart ausgelegt, dass für keinen Arbeitspunkt des Koppelsystems ein von der Primärspule bewirkter magnetischer Fluss zu einer Sättigung des Spulenkerns der Sekundärspule führt. So kann für eine Vielzahl von unterschiedlichen Versatzsituationen eine zuverlässige Übertragung von elektrischer Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule ermöglicht werden.
Das Koppelsystem kann derart ausgelegt sein, dass entweder der Spulenkern der Primärspule oder der Spulenkern der Sekundärspule beweglich ist. Insbesondere kann der Spulenkern der Primärspule beweglich sein. Andererseits kann die jeweils andere Spule einem Standard entsprechen und/oder der Spulenkern der jeweils anderen Spule kann unbeweglich sein. Insbesondere kann die Sekundärspule standardisiert ausgelegt sein. So kann gewährleistet werden, dass zumindest eine der Spulen (insbesondere die Sekundärspule) in zuverlässiger Weise zur Kopplung mit anderen Spulen verwendet werden kann.
Die ein oder mehreren Spulenwicklungen der Primärspule und der Sekundärspule sind in einem Betriebszustand des Koppelsystems typischerweise fest relativ zueinander angeordnet. Insbesondere können die Spulenwicklungen für einen Ladevorgang fest zueinander positioniert sein. Andererseits kann der Spulenkern der Primärspule und/oder der Sekundärspule in dem Betriebszustand (z.B. dem induktiven Ladevorgang) relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen der Primärspule und der Sekundärspule bewegt werden, insbesondere um den Kopplungsgrad des Koppelsystems zu erhöhen. Es kann somit zur Anpassung des Kopplungsgrades ausschließlich eine Bewegung des Spulenkerns (zumindest) einer der beiden Spulen eines induktiven Koppelsystems erfolgen. Andererseits können die Spulenwicklungen der beiden Spulen im Betriebszustand des Koppelsystems fest zueinander angeordnet sein. So kann der Kopplungsgrad des Koppelsystems in effizienter und zuverlässiger Weise erhöht werden (insbesondere kann dadurch bewirkt werden, dass keine elektrisch leitenden Teile bzw. nur zumindest ein magnetisch leitendes Teil des Koppelsystems bewegt werden).
Wie bereits oben dargelegt, kann das Koppelsystem eingerichtet sein, Kopplungs-Information in Bezug auf den Kopplungsgrad zwischen der Primärspule und der Sekundärspule zu erfassen. Der Spulenkern der Primärspule und/oder der Sekundärspule kann dann in Abhängigkeit von der Kopplungs-Information bewegt werden, insbesondere derart, dass der Kopplungsgrad erhöht und/oder maximiert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Erhöhung des Kopplungsgrades zwischen einer Primärspule und einer Sekundärspule eines induktiven Koppelsystems beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Positions-Information bezüglich einer Relativposition zwischen der Primärspule und der Sekundärspule und/oder von Kopplungs-Information bezüglich des Kopplungsgrades zwischen der Primärspule und der Sekundärspule. Außerdem umfasst das Verfahren das Bewegen eines Spulenkerns der Primärspule und/oder der Sekundärspule in Abhängigkeit von der Positions-Information und/oder in Abhängigkeit von der Kopplungs-Information.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden eine Primäreinheit und/oder eine Sekundäreinheit und/oder ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, etwa ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, die die in diesem Dokument beschriebene Spule mit einem beweglichen Spulenkern umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs;
2 ein beispielhaftes resonantes induktives Ladesystem;
3a und 3b den magnetischen Fluss in einem induktiven Ladesystem für unterschiedliche Versatzsituationen;
4 ein beispielhaftes induktives Ladesystem mit einem beweglichen Spulenkern;
5a eine beispielhafte Spulenanordnung mit einem in zwei Richtungen beweglichen Spulenkern;
5b und 5c eine beispielhafte Spulenanordnung mit einem drehbar gelagerten Spulenkern; und
6 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erhöhung des Kopplungsgrades eines induktiven Ladesystems.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten Erhöhung des Kopplungsgrades eines induktiven Ladesystems. In diesem Zusammenhang zeigt 2 ein Schaltbild eines beispielhaften induktiven Ladesystems 200 mit einer WPT-Bodeneinheit 110 (als Beispiel für eine Primäreinheit) und einer WPT-Fahrzeugeinheit 120 (als Beispiel für eine Sekundäreinheit). Die Primäreinheit 110 umfasst als Teil der Primärelektronik 113 einen Leistungsfaktorkorrekturfilter 217 und einen Wechselrichter 213, wobei der Wechselrichter 213 eingerichtet ist, aus einem Gleichstrom (z.B. bei einer Gleichspannung von ca. 500V) einen Wechselstrom mit einer Ladefeld-Frequenz zu generieren. Des Weiteren umfasst die Primäreinheit 110 die Primärspule 111 und einen Primärkondensator 212. Außerdem ist in 2 beispielhaft ein Filter 214 der Primärelektronik 113 dargestellt. Die Primäreinheit 110 umfasst somit einen parallelen und/oder einen seriellen Schwingkreis 210 (hier auch als Primärschwingkreis bezeichnet), dessen Resonanzfrequenz sich aus der Gesamtkapazität C (insbesondere der Kapazität des Primärkondensators 212) und der Gesamtinduktivität L (insbesondere der Induktivität der Primärspule 111) als $f_{0} = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}})$
ergibt. Die Ladefeld-Frequenz ist bevorzugt nahe an der Resonanzfrequenz f₀, um einen möglichst hohen Primärstrom durch die Primärspule 111 zu erzeugen (durch eine Resonanz). Ein hoher Primärstrom ist typischerweise erforderlich, da der Kopplungsfaktor k 230 zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 aufgrund des relativ großen Luftspaltes 130 relativ klein ist, z.B. k~0.1. Der Primärschwingkreis 210 kann weiter ein oder mehrere Sensoren 215 (z.B. einen Temperatursensor) zur Überwachung des Primärschwingkreises 210 aufweisen. Des Weiteren kann die Primärelektronik 113 eine Steuereinheit 216 zur Anpassung der Ladefeld-Frequenz aufweisen.
In analoger Weise umfasst die Sekundäreinheit 120 einen (parallelen und/oder seriellen) Schwingkreis 220 (hier auch als Sekundärschwingkreis bezeichnet), der aus der Sekundärspule 121 und einem Sekundärkondensator 222 gebildet wird. Die Resonanzfrequenz dieses Sekundärschwingkreises 220 ist bevorzugt an die Resonanzfrequenz des Primärschwingkreises 210 der Primäreinheit 110 angepasst, um eine möglichst gute Energieübertragung zu erreichen. Der Sekundärschwingkreis 220 kann weiter ein oder mehrere Sensoren 225 (z.B. einen Temperatursensor) zur Überwachung des Sekundärschwingkreises 220 aufweisen. Außerdem sind in 2 ein Kompensationsnetzwerk (z.B. mit einem Filter-Kondensator) 224, ein Gleichrichter 223 und eine Steuereinheit 226 der Sekundärelektronik 123 dargestellt.
Wie bereits eingangs dargelegt, können die Größe des Luftspalts 130 und/oder der Kopplungsgrad 230 aufgrund eines Versatzes zwischen der Primäreinheit 110 und der Sekundäreinheit 120 variieren. Dies ist beispielhaft in den 3a und 3b dargestellt. Die Primärspule 111 umfasst Spulenwicklungen 312 und einen an den Spulenwicklungen 312 angeordneten Spulenkern 311 (z.B. aus Ferrit). In analoger Weise umfasst die Sekundärspule 121 Spulenwicklungen 322 und einen Spulenkern 321. Durch die Primärspule 111 wird ein magnetischer Fluss 300 erzeugt. Dabei fließt nur ein relativ kleiner Teil 301 des magnetischen Flusses 300 durch die Sekundärspule 121. Der verbleibende Teil des magnetischen Flusses 300 (z.B. 75-90% des magnetischen Flusses 300) kann als Streufluss 302 bezeichnet werden und trägt nicht zur induktiven Übertragung von Energie von der Primärspule 111 auf die Sekundärspule 121 bei. Die magnetische Flussdichte 300 konzentriert sich dabei in den Spulenkernen 311, 321 und ist im Bereich der Spulenwicklungen 312, 322 am höchsten. Durch entsprechende Dimensionierung der Spulenkerne 311, 321 (insbesondere der Dicke) kann sichergestellt werden, dass der Fluss 300 in den Spulenkernen 311, 321 nicht zu einer Sättigung führt.
3a zeigt eine Situation, bei der die Sekundärspule 121 direkt über der Primärspule 111 angeordnet ist. In einer solchen Situation ist der wirksame Anteil 301 des magnetischen Fluss 300 im Vergleich zu dem Streufluss 302 relativ groß. Andererseits zeigt 3b eine Versatzsituation, bei der die Sekundärspule 121 versetzt zu der Primärspule 111 angeordnet ist. Durch diesen Versatz sinkt der wirksame Anteil 301 des magnetischen Flusses 300. Um dennoch eine ausreichend hohe Spannung an der Sekundärspule 121 zu erzeugen, müsste zur Kompensation des Versatzes der magnetische Fluss 300 erhöht werden. Ggf. kann jedoch der Versatz derart groß sein, dass keine ausreichende Kopplung mehr zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 gegeben ist.
4 zeigt ein beispielhaftes induktives Ladesystem 200 (allgemein als Koppelsystem bezeichnet), das zumindest eine Spule 111, 121 mit einem beweglichen Spulenkern 311, 321 umfasst. Der Spulenkern 311, 321 kann dabei durch einen Aktuator (nicht dargestellt) bewegt werden. In dem in 4 dargestellten Beispiel weist die Primärspule 111 einen beweglichen Spulenkern 311 auf, der innerhalb eines bestimmten Bewegungsbereichs 400 bewegt werden kann. Andererseits sind die Spulenwicklungen 312 ortsfest, so dass eine ortsfeste elektrische Anbindung zu der Ansteuerelektronik 113 ermöglicht wird. 4 zeigt unterschiedliche Versatzsituationen 401, 402, 403, 404, 405. Dabei zeigt die linke Seite von 4 eine Draufsicht auf die Primärspule 111 (in z-Richtung) und die rechte Seite von 4 eine seitliche Schnittansicht auf die Primärspule 111 und die Sekundärspule 121 (senkrecht zu der z-Richtung).
Aus 4 wird ersichtlich, dass durch eine Bewegung des Spulenkerns 311 innerhalb des Bewegungsbereichs 400 der von der Primärspule 111 generierte magnetische Fluss 300 örtlich verschoben werden kann. Insbesondere kann der magnetische Fluss 300 in Abhängigkeit von der Versatzsituation 401, 402, 403, 404, 405 durch eine Bewegung des Spulenkerns 311 verschoben werden, um den magnetischen Kopplungsgrad 230 zwischen den Spulen 111, 121 des induktiven Ladesystems 200 zu erhöhen, insbesondere zu maximieren.
Wie in 5a dargestellt, kann der Spulenkern 311 derart beweglich angeordnet sein, dass sich ein zweidimensionaler Bewegungsbereich 400 ergibt, mit einem ersten Bewegungsbereich 501 in eine erste Bewegungsrichtung (z.B. die x-Richtung) und einem zweiten Bewegungsbereich 502 in eine zweite Bewegungsrichtung (z.B. die y-Richtung). So kann der Versatz zwischen den Spulen 111, 121 eines induktiven Ladesystems 200 in zwei Richtungen, insbesondere in x- und y-Richtung, ausgeglichen werden.
5b zeigt eine Sekundärspule 121 mit einem Spulenkern 321, der drehbar gelagert durch die Spulenwicklungen 322 der Sekundärspule 121 verläuft. Der Spulenkern 321 umfasst ein Achsenteil 521, das entlang einer Rotationsachse durch die Spulenwicklungen 322 verläuft. Das Achsenteil 521 kann wie durch den Pfeil 523 dargestellt um die Rotationsachse des Achsenteils 521 gedreht werden. An das Achsenteil 521 ist ein über einen Steg 524 verbundenes Fußteil 522 angebunden, so dass das Fußteil 522 radial in Bezug auf die Rotationsachse von dem Achsenteil 521 beabstandet ist. Als Folge daraus kann das Fußteil 522 durch eine Drehung des Achsenteils 521 in unterschiedlicher Weise relativ zu der Primärspule 111 positioniert werden.
Die unterschiedliche Positionierung des Fußteils 522 des Spulenkerns 321 ist auch in 5c veranschaulicht. Insbesondere zeigt 5c den Spulenkern 321 in einer Position, bei der das Fußteil 522 relativ weit von der Primärspule 111 entfernt ist, und in einer weiteren Position, bei der durch eine Drehung des Achsenteils 521 das Fußteil 522 zu der Primärspule 111 hin bewegt wurde. Es kann somit eine Sekundärspule 121 für ein Fahrzeug 100 bereitgestellt werden, bei der der Spulenkern 321 durch eine Rotationsbewegung zu der Sekundärspule 111 hin geführt werden kann, um den Kopplungsgrad 230 für einen Ladevorgang zu erhöhen. Andererseits kann der Spulenkern 321 durch eine Rotationsbewegung an den Unterboden des Fahrzeugs 100 herangeführt werden, um den Spulenkern 321 in eine Ruheposition zu bewegen, in der der Spulenkern 321 vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt ist.
In dem in den 5b und 5c dargestellten Beispiel ist die Primärspule 111 als eine DD Spule (Doppel D Spule) mit zwei Wicklungsbereichen ausgebildet. Der Spulenkern 321 der Sekundärspule 121 umfasst zwei Fußteile 522, die zu jeweils einem Wicklungsbereich der DD Spule geführt werden können, um den Luftspalt 130 zwischen Primärspule 111 und Sekundärspule 121 zu reduzieren.
In diesem Dokument wird somit ein induktives Ladesystem 200 beschrieben, bei dem der Spulenkern 311, 321 (insbesondere der Ferrit) zumindest einer Spule 111, 121 beweglich ausgeführt ist, so dass der Luftspalt 130 abhängig von der spezifischen Lade- und/oder Versatzsituation 401, 402, 403, 404, 405 verringert werden kann. Die dargestellten Beispiele zeigen, dass mit entsprechender Auslegung der Geometrie des Spulenkerns 311, 321, der Spulenwicklung 321, 322 und ggf. der Ansteuerelektronik 113, 123 eine substantielle Verbesserung des Kopplungsgrades 230 des induktiven Ladesystems 200 ermöglicht wird. Bevorzugt wird nur eine Spule 111, 121 eines induktiven Ladesystems 200 mit einem beweglichen Spulenkern 311, 321 versehen, so dass die jeweilige Gegenseite die Eigenschaften des Standards eines standardisierten Ladesystems 200 aufweist. Somit kann die nicht-modifizierte Gegenseite des Ladesystems 200 weiterhin im Rahmen eines standardisierten Ladesystems 200 verwendet werden.
Es wird somit eine Spule 111, 121 zur induktiven Energieversorgung eines Fahrzeugs 100 und/oder zum Laden eines elektrischen Energiespeichers 103 eines Fahrzeugs 100 beschrieben, wobei die Spule 111, 121 einen ferromagnetischen Spulenkern 311, 321 aufweist, der zumindest in einem Freiheitsgrad translatorisch und/oder drehend relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen 312, 322 bewegt werden kann. Durch eine Steuereinheit 216, 226 des induktiven Ladesystems 200 kann Positions-Information bezüglich der Relativposition zwischen der Primär- und der Sekundärspule 111, 121 des induktiven Ladesystems 200 ermittelt werden. Der Spulenkern 311, 321 kann dann abhängig von der Positions-Information in eine optimale Position (z.B. zur Maximierung des Kopplungsgrades 230) verfahren werden.
Die Auslegung des Spulenkerns 311, 321, der ein oder mehreren Spulenwicklungen 312, 322 und/oder der Ansteuerelektronik 113, 123 der ein oder mehreren Spulenwicklungen 312, 322 sind typischerweise derart ausgelegt, dass in keinem Arbeitspunkt der Spule 111, 121 die Flussdichte 300 der jeweils gegenüberliegenden Spule 111, 121 einen bestimmten Maximalwert überschreitet. Alternativ oder ergänzend können der Spulenkern 311, 321, die ein oder mehreren Spulenwicklungen 312, 322 und/oder die Ansteuerelektronik 113, 123 der ein oder mehreren Spulenwicklungen 312, 322 einer Spule 111, 121 mit beweglichen Spulenkern 311, 321 derart ausgelegt sein, dass die Spule 111, 121 mit einer standardisierten Spule 111, 121 eines induktiven Ladesystems 200 zusammenwirken kann.
Die Spule 111, 121 mit beweglichen Spulenkern 311, 321 kann eine magnetisch neutrale Schutzschicht und/oder ein magnetisch neutrales Gehäuse umfassen, die bzw. das ausgebildet sind, den Spulenkern 311, 321 in jeder möglichen Position des Bewegungsbereichs 400 des Spulenkerns 311, 321 vor Belastungen und/oder externen Einwirkungen zu schützen. Insbesondere kann der bewegliche Spulenkern 311, 321 (in jeder möglichen Position des Bewegungsbereichs 400) vollständig von der Schutzschicht bzw. von dem Gehäuse eingekapselt bzw. umgeben sein.
Der bewegliche Spulenkern 311, 321 kann derart ausgebildet sein, dass der Spulenkern 311, 321 für einen Ruhezustand (d.h. wenn kein Ladevorgang erfolgt) in eine Ruheposition überführt werden kann, so dass der Spulenkern 311, 321 vor Steinschlag oder Aufsetzen eines Fahrzeugs 100 am Boden geschützt ist. Dies gilt insbesondere für eine Sekundärspule 121 mit beweglichem Spulenkern 321, 322. Andererseits kann der bewegliche Spulenkern 311 einer Primärspule 111 derart ausgebildet sein, dass der Spulenkern 311 in eine Ruheposition überführt werden kann, bei der der Spulenkern 311 vollständig im Boden versenkt ist, z.B. so dass die Primäreinheit 110 eine glatte Bodenstruktur bildet.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zur Erhöhung des Kopplungsgrades 230 zwischen einer Primärspule 111 und einer Sekundärspule 121 eines induktiven Koppelsystems 200. Das Verfahren 600 kann durch eine Steuereinheit 216, 226 des Koppelsystems 200 ausgeführt werden. Das Verfahren 600 umfasst das Ermitteln 601 von Positions-Information bezüglich einer Relativposition zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 und/oder von Kopplungs-Information bezüglich eines Kopplungsgrades 230 zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121. Insbesondere kann der Versatz zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kann der Kopplungsgrad 230 für unterschiedliche Positionen des Spulenkerns 311, 321 der Primärspule 111 und/oder der Sekundärspule 121 ermittelt werden.
Außerdem umfasst das Verfahren 600 das Bewegen 602 des Spulenkerns 311, 321 der Primärspule 111 und/oder der Sekundärspule 121 in Abhängigkeit von der Positions-Information und/oder in Abhängigkeit von der Kopplungs-Information. Dabei kann der Spulenkern 311, 321 derart bewegt werden, dass der Kopplungsgrad 230 zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 erhöht wird. Zu diesem Zweck können Kenndaten bereitgestellt werden, die für unterschiedliche Relativpositionen zwischen der Primärspule 111 und der Sekundärspule 121 unterschiedliche Positionen des Spulenkerns 311, 321 anzeigen. Es kann dann anhand der Positions-Information und anhand der Kenndaten eine Position des Spulenkerns 311, 321 ermittelt werden (z.B. durch die der Kopplungsgrad 230 maximiert wird). Alternativ oder ergänzend kann aus der Vielzahl von Positionen des Spulenkerns 311, 321 der Primärspule 111 und/oder der Sekundärspule 121 die Position mit dem größten Kopplungsgrad 230 ausgewählt werden (auf Basis der Kopplungs-Information).
Die beschriebenen Maßnahmen zur Verringerung des Luftspaltes 130 ermöglichen es, durch Änderung einer Seite eines standardisierten Spulensystems 200 in effizienter Weise den Kopplungsgrad 230 des Spulensystems 200 zu erhöhen. Dabei können ggf. auch sehr große Luftspalte 130 überwunden werden. Des Weiteren kann ein Spulenkern 311, 321 in eine sichere Ruheposition überführt werden, so dass Belastungen des Spulenkerns 311, 321 reduziert werden können.
Weitere Vorteile der in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen sind, dass die Primärspule 111 und/oder die Sekundärspule 121 wesentlich kleiner ausgelegt werden können. Des Weiteren erfolgt aufgrund der örtlichen Fixierung der ein oder mehreren Spulenwicklungen 312, 322 keine Bewegung von stromführenden Teilen (insbesondere von Hochvoltleitungen). Es kann somit ein sicheres und langlebiges Ladesystem 200 bereitgestellt werden. Insbesondere auf der Sekundärseite kann eine standardisierte Spule 121 verwendet werden, so dass weiterhin ein Laden an standardisierten Primärspulen 111 ermöglicht wird. Der bewegliche Spulenkern 321, 322 kann vollständig (Wasser- und/oder Staubdicht) durch ein Gehäuse und/oder durch eine Schutzschicht gekapselt werden, so dass eine hohe Lebensdauer bewirkt werden kann. Das beschriebene Ladesystem 200 ermöglicht einen relativ kleinen Luftspalt 130 (insbesondere mit einem relativ kleinen Abstand in z-Richtung), was die Verwendung von relativ kleinen Primärströmen und eine relativ kleine Auslegung der Leistungselemente bzw. der Steuerelektronik 113, 123 (z.B. Transistoren, Kondensatoren, Leitungen, etc.) ermöglicht.
Aufgrund der Tatsache, dass nur ein Teil der Sekundärspulenfläche für den magnetischen Fluss 300 benötigt wird, kann eine Spulenübergröße als zusätzliche Versatzweg genutzt werden. Aufgrund einer reduzierten Spulenfläche und eines geringeren Abstandes (Luftspalt) reduzieren sich die Anforderungen an die Überwachung des verbleibenden Luftspalts 130 (z.B. in Bezug auf Fremdkörper und Lebewesen). Des Weiteren können der Schaltungsaufwand und der erforderliche Bauraum des Ladesystems 200 reduziert werden. Insbesondere kann für relativ kleine Ladeleistungen das System 200 relativ klein ausgebildet werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Spule (111, 121) zur Kopplung mit einer zweiten Spule (111, 121); wobei die Spule (111, 121) umfasst, - ein oder mehrere Spulenwicklungen (312, 322); - einen beweglichen ferromagnetischen Spulenkern (311, 321); und - einen Aktuator, der eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Steuersignal den Spulenkern (311, 321) relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) zu bewegen.
Spule (111, 121) gemäß Anspruch 1, wobei - die Spule (111, 121) eine Steuereinheit (216, 226) umfasst; und - die Steuereinheit (216, 226) eingerichtet ist, - Positions-Information bezüglich einer Position der zweiten Spule (111, 121) relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) und/oder Kopplungs-Information bezüglich eines Kopplungsgrades (230) zwischen der Spule (111, 121) und der zweiten Spule (111, 121) zu ermitteln; und - den Aktuator in Abhängigkeit von der Positions-Information und/oder der Kopplungs-Information anzusteuern, um den Spulenkern (311, 321) zu bewegen.
Spule (111, 121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Spulenkern (321, 322) ausgebildet ist, innerhalb eines Bewegungsbereichs (400) bewegt zu werden; und - der Bewegungsbereich (400) eine Bewegung des Spulenkerns (321, 322) entlang mindestens zwei unterschiedlicher Koordinaten in einem räumlichen Koordinatensystem ermöglicht.
Spule (111, 121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Spule (111, 121) ein Gehäuse umfasst; und - der Spulenkern (321, 322) innerhalb des Gehäuses beweglich angeordnet ist.
Spule (111, 121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spulenkern (321, 322), insbesondere in jeder möglichen Position innerhalb eines Bewegungsbereichs (400) des beweglichen Spulenkerns (321, 322), zumindest bereichsweise von den ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) umschlungen wird.
Spule (111, 121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Spulenkern (321, 322) ein Achsenteil (521) umfasst, das zumindest bereichsweise durch die ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) umschlungen wird; - der Spulenkern (321, 322) ein Fußteil (522) umfasst, das über einen Steg (524) radial beabstandet mit dem Achsenteil (521) verbunden ist; und - der Aktuator eingerichtet ist, das Achsenteil (521) zu drehen, um eine Position des Fußteils (522) zu verändern.
Spule (111, 121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator ausgebildet ist, den Spulenkern (321, 322) translatorisch und/oder rotatorisch zu bewegen.
Spule (111, 121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Aktuator ausgebildet ist, den Spulenkern (321, 322) in eine Ruheposition zu bewegen, in der der Spulenkern (321, 322) vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt ist.
Induktives Koppelsystem (200), wobei - das Koppelsystem (200) eine Primärspule (111) und eine Sekundärspule (121) umfasst, die ausgebildet sind, in unterschiedlicher Weise relativ zueinander positioniert zu werden; und - die Primärspule (111) und/oder die Sekundärspule (121) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind.
Induktives Koppelsystem (200) gemäß Anspruch 9, wobei das Koppelsystem (200) eine Steuereinheit (216, 226) umfasst, die eingerichtet ist, den Spulenkern (311, 321) der Primärspule (111) und/oder der Sekundärspule (121) zu bewegen, um einen Kopplungsgrad (230) zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) zu erhöhen, insbesondere zu maximieren.
Induktives Koppelsystem (200) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die Primärspule (111) und die Sekundärspule (121) derart ausgelegt sind, dass für keinen Arbeitspunkt des Koppelsystems (200) ein von der Primärspule (111) bewirkter magnetischer Fluss (300) zu einer Sättigung eines Spulenkerns (321) der Sekundärspule (121) führt.
Induktives Koppelsystem (200) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei - entweder der Spulenkern (311) der Primärspule (111) oder der Spulenkern (321) der Sekundärspule (121) beweglich ist; und - die jeweils andere Spule (111, 121) einem Standard entspricht und/oder der Spulenkern (311, 312) der jeweils anderen Spule (111, 121) unbeweglich ist.
Induktives Koppelsystem (200) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei - die ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) in einem Betriebszustand des Koppelsystems (200) fest relativ zueinander angeordnet sind; und - der Spulenkern (321, 322) der Primärspule (111) und/oder der Sekundärspule (121) in dem Betriebszustand relativ zu den ein oder mehreren Spulenwicklungen (312, 322) der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) bewegt werden kann, insbesondere um einen Kopplungsgrad (230) des Koppelsystems (200) zu erhöhen.
Induktives Koppelsystem (200) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Koppelsystem (200) eingerichtet ist, - Kopplungs-Information in Bezug auf einen Kopplungsgrad (230) zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) zu erfassen; und - den Spulenkern (321, 322) der Primärspule (111) und/oder der Sekundärspule (121) in Abhängigkeit von der Kopplungs-Information zu bewegen, insbesondere derart, dass der Kopplungsgrad (230) erhöht und/oder maximiert wird.
Verfahren (600) zur Erhöhung eines Kopplungsgrades (230) zwischen einer Primärspule (111) und einer Sekundärspule (121) eines induktiven Koppelsystems (200); wobei das Verfahren (600) umfasst, - Ermitteln (601) von Positions-Information bezüglich einer Relativposition zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121) und/oder von Kopplungs-Information bezüglich eines Kopplungsgrades (230) zwischen der Primärspule (111) und der Sekundärspule (121); und - Bewegen (602) eines Spulenkerns (311, 321) der Primärspule (111) und/oder der Sekundärspule (121) in Abhängigkeit von der Positions-Information und/oder der Kopplungs-Information.