DE102017217198A1

DE102017217198A1 - Adaptervorrichtung für eine mindestens zwei Spulen aufweisende induktive Ladeanordnung und Verfahren.

Info

Publication number: DE102017217198A1
Application number: DE102017217198.7A
Authority: DE
Inventors: Robert Obermaier; Ewald Altmann; Ulrich Stetter
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-03-28
Also published as: WO2019063270A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Adaptervorrichtung (13) für eine zwei Spulen (2,3) oder zwei Spulenarrays aufweisende induktive Ladeanordnung. Die Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung (13) als ein Zwischenelement zum Anordnen zwischen den Spulen (2,3) oder Spulenarrays der Ladeanordnung (1) ausgestaltet ist und dazu eingerichtet ist, einen sich zeitlich ändernden ersten magnetischen Fluss (5) aus einer ersten der Spulen (2,3) oder Spulenarrays zu empfangen und mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses (5) einen sich zeitlich ändernden zweiten magnetischen Fluss (5) an die zweite der Spulen (2,3) oder Spulenarrays abzugeben, wobei bei der Adaptervorrichtung (13) eine Gesamtfläche (19) zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses (5) und eine Gesamtfläche (21) zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses (22) unterschiedlich groß sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Adaptervorrichtung für eine mindestens zwei Spulen aufweisende induktive Ladeanordnung und ein Verfahren zum Betreiben der Adaptervorrichtung.
Drahtloses Laden von Geräten basiert in der Regel auf elektromagnetischer Induktion, welche auch als induktive Kopplung bekannt ist. Dabei wird von einer Spule oder einer Anordnung mehrerer Spulen (auch als „Spulenarray“ bekannt) einer Ladevorrichtung ein sich zeitlich ändernder magnetischer Fluss erzeugt, welcher eine Spule oder eine Anordnung mehrerer Spulen einer Empfängervorrichtung durchdringt und dadurch einen elektrischen Strom induziert. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der Fall einzelner Spulen beschrieben, welcher jedoch analog für besagte Spulenarrays gilt. Die Anordnung aus Ladevorrichtung und Empfängervorrichtung wird hier als Ladeanordnung bezeichnet. Eine maximale Übertragungsleistung zwischen der Ladevorrichtung und der Empfängervorrichtung wird erreicht, wenn die induktive Kopplung zwischen der Spule der Ladevorrichtung und der Spule der Empfängervorrichtung maximal ist. Eine maximale induktive Kopplung zwischen beiden Spulen liegt vor, wenn ein durch die erste Spule erzeugter magnetischer Fluss vollständig durch die zweite Spule verläuft, es also keinen magnetischen Streufluss in der Anordnung gibt. Die induktive Kopplung hängt dabei insbesondere von den Größenverhältnissen und der Positionierung der Flächen der beiden Spulen ab. Weicht deren Größe voneinander ab oder sind beide Spulen nicht deckungsgleich hintereinander angeordnet, nimmt der magnetische Streufluss zu und die Ladeleistung ab.
Dieses Problem tritt auf, wenn eine Empfängervorrichtung aufgrund ihrer Abmessungen eine Spule mit einer kleineren Fläche als die der Spule der Ladevorrichtung aufweist. Dies kann der Fall sein, wenn kleine Funksender, elektronische Anhänger oder Armbanduhren mit einer Ladevorrichtung für Mobiltelefone aufgeladen werden. Dadurch kann eine maximale Ladeleistung während des Ladevorgangs nicht erreicht werden. Zudem erfordern manche Ladetechnologien eine minimale Kopplung zwischen der Ladevorrichtung und der Empfängervorrichtung, um einen Ladevorgang einzuleiten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit bereitzustellen, welche es ermöglicht, eine Empfängervorrichtung und eine Ladevorrichtung unterschiedlicher Induktionssysteme zu kombinieren.
Erfindungsgemäß wird eine Adaptervorrichtung für eine zwei Spulen oder zwei Spulenarrays aufweisende induktive Ladeanordnung bereitgestellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im Folgenden nur der Fall einzelner Spulen beschrieben, welcher jedoch analog für besagte Spulenarrays gilt. Jede genannte Spule der Ladeanordnung repräsentiert in diesem Fall ein Spulenarray. Eine der Spulen kann zu einer Ladevorrichtung, die andere zu einer Empfängervorrichtung gehören. Die Adaptervorrichtung ist als ein Zwischenelement zum Anordnen zwischen den Spulen der Ladeanordnung ausgestaltet. Sie ist dazu eingerichtet, einen ersten sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss aus einer ersten der Spulen der Ladeanordnung zu empfangen und mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses einen zweiten sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss an die zweite der Spulen der Ladeanordnung abzugeben. Dabei sind bei der Adaptervorrichtung eine erste Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses und eine zweite Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses unterschiedlich groß.
Mit anderen Worten handelt es sich bei der Adaptervorrichtung um eine Vorrichtung die zur Anordnung zwischen einer ersten Spule und einer zweiten Spule ausgelegt ist. Die Adaptervorrichtung ist dazu eingerichtet, den sich zeitlich ändernden ersten magnetischen Fluss der ersten Spule der Ladeanordnung zu empfangen und den zweiten sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss an eine zweite Spule der Ladeanordnung abzugeben, wobei der zweite sich zeitlich ändernde magnetische Fluss mittels des ersten sich zeitlich ändernden magnetischen Flusses erzeugt wird. Dabei weist eine erste Gesamtfläche der Adaptervorrichtung, welche durch den ersten magnetischen Fluss durchflossen ist, eine andere Größe auf, als eine zweite Gesamtfläche der Adaptervorrichtung, welche durch den zweiten magnetischen Fluss durchflossen ist.
Durch die Adaptervorrichtung ergibt sich der Vorteil, dass ein magnetischer Streufluss zwischen zwei Spulen reduziert wird.
So ist es beispielsweise möglich, dass die Adaptervorrichtung dazu eingerichtet ist, in einer Ladeanordnung zwischen einer Ladevorrichtung und einer Empfängervorrichtung angeordnet zu werden, wobei die Ladevorrichtung mittels einer ersten Spule einen sich zeitlich ändernden ersten magnetischen Fluss erzeugt, welcher durch eine durch die erste Spule umschlossenen Fläche gebündelt verläuft. Die Empfängervorrichtung kann die zweite Spule umfassen, welche eine Fläche umschließt, die kleiner ist als die durch die erste Spule umschlossene Fläche. Dies hat zur Folge, dass nicht der gesamte erste magnetische Fluss durch die zweite Spule verlaufen würde, wenn die beiden Spulen der Ladeanordnung aufeinander gelegt wären. Somit wäre die induktive Kopplung beider Spulen reduziert. Durch ein Anordnen der Adaptervorrichtung zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule kann der erste magnetische Fluss durch die erste Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses von der Adaptervorrichtung empfangen werden. Die erste Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses kann derart bemessen sein, dass sie mit der durch die erste Spule oder das ersten Spulenarray umschlossenen Fläche übereinstimmt oder sich um höchstens 30% unterscheidet. Mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses kann die Adaptervorrichtung den zweiten magnetischen Fluss erzeugen, wobei dieser durch die zweite Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses verläuft. Die Gesamtfläche zum Ausgeben des Flusses kann derart bemessen sein, dass sie mit der durch die zweite Spule oder das zweite Spulenarray umschlossenen Fläche übereinstimmt oder sich um höchstens 30% unterscheidet. Zusammenfassend kann die Adaptervorrichtung den ersten magnetischen Fluss über die erste Gesamtfläche, welche in ihren Abmessungen bezüglich der ersten Spule ausgelegt ist, empfangen und den zweiten magnetischen Fluss über die zweite Gesamtfläche, welche in ihren Abmessungen bezüglich einer zweiten Spule ausgelegt ist, ausgeben, wodurch ein magnetischer Streufluss zwischen der ersten und der zweiten Spule reduziert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses um einen Faktor F größer ist als die zweite Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses, wobei der Faktor F mindestens den Wert 1, 5 beträgt. Mit anderen Worten ist die erste Grundfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses mindestens 1, 5 Mal größer als die zweite Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der erste magnetische Fluss auf eine Fläche konzentriert werden kann, welche signifikant kleiner ist als die erste Gesamtfläche. Es ist beispielsweise möglich, dass die erste der Gesamtflächen im Vergleich zu der zweiten der Gesamtflächen der Adaptervorrichtung die zehnfache Fläche aufweist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung zumindest ein Magnetwerkstoffkernelement umfasst, wobei das Magnetwerkstoffkernelement eine sich von einer Grundfläche zu einer Deckfläche verjüngende Form aufweist. Dabei stimmt die Grundfläche des Magnetwerkstoffkernelements mit einer der beiden Gesamtflächen bevorzugt überein oder unterscheidet sich um höchstens 30% von dieser. Die Deckfläche des Magnetwerkstoffkernelements stimmt mit der anderen der beiden Gesamtflächen bevorzugt überein oder unterscheidet sich um höchstens 30% von dieser. Als Magnetwerkstoff kann ein Werkstoff gewählt sein, welcher eine relative magnetische Permeabilität über 100 µ₀ und eine magnetische Koerzitivfeldstärke unter 1000 A/m, insbesondere unter 100 A/m, aufweist und bevorzugt Wirbelstromverluste aufgrund einer elektrischen Leitfähigkeit, welche unterhalb einem vorbestimmten Wert liegt, vermeidet. Der Wert ist insbesondere kleiner als 10⁶ S/m, bevorzugt kleiner als 10⁵ S/m. Es kann sich dabei beispielsweise um ein Ferrit, wie Nickel-Zink-Ferrit (NiZn) oder Mangan-Zink-Ferrit (MnZn) handeln. Der Begriff umfasst auch Werkstoffe, welche aufgrund ihrer Phase, ihrem Gefüge oder ihrer Struktur die besagten Eigenschaften aufweisen. Somit umfasst der Begriff „Magnetwerkstoff“ auch ein Pulver oder eine Lamellenstruktur. Mit anderen Worten umfasst die Adaptervorrichtung ein Magnetwerkstoffkernelement, dessen Volumen an einem Ende durch die Grundfläche begrenzt wird, und welches an einem anderen Ende durch die Deckfläche begrenzt wird. Die Grundfläche stimmt mit einer der beiden Gesamtflächen überein und die Deckfläche stimmt mit einer der beiden Gesamtflächen überein. Das Volumen des Magnetwerkstoffkernelements verjüngt sich zwischen der Grundfläche und der Deckfläche. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der empfangene magnetische Fluss auf eine Fläche konzentriert werden kann, bzw. die magnetische Flussdichte erhöht werden kann. Es kann sein, dass die Grundfläche des Magnetwerkstoffkernelements mit der Fläche der ersten Gesamtfläche übereinstimmt und die Deckfläche mit der Fläche der zweiten Gesamtfläche, wobei eine Querschnittsfläche von der Grundfläche zur Deckfläche abnimmt. Die Ausführungsform kommt ohne eigene Schaltung aus. Das Magnetwerkstoffkernelement wirkt als Flusslinse.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Magnetwerkstoffkernelement eine Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes aufweist. Gemeint ist hier sowohl die rotationssymmetrische als auch die gescherte Variante. Mit anderen Worten weisen die Grundfläche und die Deckfläche des Magnetwerkstoffkernelements eine kreisförmige oder gerundete oder vieleckige Form auf. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der erste magnetische Fluss mittels eines Standardvolumens auf den zweiten magnetischen Fluss konzentriert wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass sowohl die Grundfläche als auch die Deckfläche Kreisflächen oder Vieleckflächen sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung ein Magnetwerkstoffrückführelement, eingerichtet zum Rückführen des magnetischen Flusses von der zweiten Spule zur ersten Spule aufweist. Mit anderen Worten umfasst die Adaptervorrichtung ein Magnetwerkstoffrückführelement, welches den Fluss, nachdem er die zweite Spule durchflossen hat, bündelt und zur ersten Spule zurückführt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Streuung des rückläufigen magnetischen Flusses reduziert wird. Durch die Verringerung des Luftspaltes für die Rückführstrecke erhöhen sich die Kopplung und die Stärke des magnetischen Flusses. Es kann vorgesehen sein, dass das Magnetwerkstoffrückführelement derart angeordnet ist, dass ein magnetischer Fluss über die jeweiligen Magnetwerkstoffplatten und das Magnetwerkstoffrückführelement gebündelt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Magnetwerkstoffrückführelement als Magnetwerkstoffschale ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Magnetwerkstoffrückführelement als Schale, Zylindermantel oder allgemein als Volumen gestaltet, welches an Randflächen der Adaptervorrichtung zwischen den Grundflächen angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Innere der Adaptervorrichtung von dem rückläufigen Fluss abgeschirmt ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung zumindest eine Empfangsspule und zumindest eine Sendespule aufweist, wobei die zumindest eine Empfangsspule die erste Gesamtfläche zum Empfang des ersten magnetischen Flusses begrenzt oder bereitstellt, und die zumindest eine Sendespule die zweite Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses begrenzt oder bereitstellt. Mit anderen Worten umfasst die Adaptervorrichtung zumindest eine Empfangsspule, welche die erste Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses abdeckt. Die Adaptervorrichtung umfasst auch eine Sendespule, welche die zweite Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses abdeckt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass in der zumindest einen Empfangsspule ein elektrischer Strom induziert werden kann, wodurch es möglich ist, Energie für die Adaptervorrichtung bereitzustellen und/oder den zweiten magnetischen Fluss mittels der zumindest einen Sendespule zu erzeugen. Es ist beispielsweise möglich, dass die Empfangsspule der Adaptervorrichtung bezüglich ihrer Windungszahl und ihrer Fläche auf die erste Spule der Ladeanordnung optimiert oder angepasst ist und somit eine induktive Kopplung zwischen beiden Spulen besteht, deren Effizienz über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Der in der Empfangsspule der Adaptervorrichtung durch den ersten magnetischen Fluss induzierte Strom kann der Sendespule der Adaptervorrichtung zugeführt werden, wodurch durch diese der zweite magnetische Fluss für die zweite Spule der Ladeanordnung erzeugt werden kann. Die Sendespule kann dabei so bemessen sein, dass sie eine effiziente induktive Kopplung mit der zweiten Spule der Ladeanordnung ermöglicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der Sendespule und der Empfangsspule eine jeweilige Magnetwerkstoffplatte angeordnet ist, wobei die Magnetwerkstoffplatte jeweils so angeordnet ist, dass eine jeweilige Spule nur durch einen der beiden magnetischen Flüsse durchflossen wird. Mit anderen Worten wird jeweils eine Magnetwerkstoffplatte an der Empfangsspule und der Sendespule angeordnet. Die Magnetwerkstoffplatten sind bevorzugt zwischen den Spulen der Adaptervorrichtung angeordnet. Die Anordnung der jeweiligen Magnetwerkstoffplatte ist so gewählt, dass diese sich auf der Seite befindet, welche der nächsten der beiden Spulen der Ladeanordnung abgewandt ist. Somit wird der jeweilige magnetische Fluss so geführt, dass er die jeweils andere Spule nicht durchdringt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass parasitäre Induktionen vermieden werden können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Vorderseite der Empfangsspule in die Richtung der ersten Spule der Ladeanordnung ausgerichtet ist, wodurch der erste magnetische Fluss die Spule durchdringt, und die Rückseite der Empfangsspule von einer Magnetwerkstoffplatte abgedeckt wird, wodurch der erste magnetische Fluss auf der Rückseite der Spule gebündelt und durch die Magnetwerkstoffplatte seitlich zurückgeführt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass der erste magnetische Fluss die Sendespule durchläuft und in dieser Strom induziert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung eine Adapterelektronik umfasst, welche dazu eingerichtet ist, an den beiden Gesamtflächen unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zum jeweiligen Koordinieren eines Übertragungsvorgangs für den jeweiligen magnetischen Fluss zu verwenden. Mit anderen Worten umfasst die Adaptervorrichtung eine Adapterelektronik, welche über unterschiedliche Kommunikationsprotokolle über die magnetischen Flüsse mit einer Ladeelektronik und/oder einer Empfängerelektronik kommunizieren kann. Dadurch kann die Adapterelektronik einen Übertragungsvorgang für den jeweiligen magnetischen Fluss koordinieren. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Adaptervorrichtung eine Koordination zwischen unterschiedlichen Kommunikationsprotokollen ermöglicht. Die Adapterelektronik kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, Daten, welche mittels einer Modulation des ersten Magnetflusses von der ersten Spule ausgesandt wurden, zu erfassen und zu dekodieren. Die Adapterelektronik kann beispielsweise einen Kondensator zum Zwischenspeichern der elektrischen Energie, einen Transistor zum Schalten und einen Chip zum codieren bzw. dekodieren der Daten umfassen. Die Daten können durch die Adapterelektronik gemäß einem anderen Kommunikationsprotokoll kodiert werden und mittels der Sendespule über den zweiten Magnetfluss an die zweite Spule ausgesandt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adapterelektronik dazu eingerichtet ist, elektrische Energie aus dem empfangenen magnetischen Fluss zwischen zu speichern und mit der zwischengespeicherten elektrischen Energie den zweiten magnetischen Fluss mit einer anderen Frequenz als eine Frequenz des ersten magnetischen Flusses durch Schalten eines elektrischen Stroms zu erzeugen. Mit anderen Worten ist die Adapterelektronik dazu eingerichtet, mittels der aus dem ersten magnetischen Fluss empfangenen elektrischen Energie den auszusendenden zweiten magnetischen Fluss zu erzeugen. Dies geschieht über ein Schalten eines elektrischen Stroms, welcher so geschaltet wird, dass die Frequenz des auszusenden zweiten magnetischen Flusses von der Frequenz des empfangenen ersten magnetischen Flusses abweicht.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Ladevorgang zwischen Systemen, welche eine unterschiedliche Nutzfrequenz verwenden, ermöglicht wird. Die Adapterelektronik kann beispielsweise als Umrichter ausgestaltet sein. Mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses kann in der Empfangsspule ein elektrischer Strom induziert werden, welcher der Adapterelektronik zugeführt werden kann. Die elektrische Energie des induzierten Stroms kann von der Adapterelektronik verwendet werden, um einen Sendestrom für die Sendespule bereitzustellen. Dieser Sendestrom kann derart beschaffen sein, dass der zweite magnetische Fluss eine andere Frequenz aufweist als der erste magnetische Fluss.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung ein Ablageprofil zum Ablegen eines Geräts aufweist wobei eine der Gesamtflächen in dem Ablageprofil vorgesehen ist. Mit anderen Worten umfasst die Adaptervorrichtung ein Ablageprofil, welches dazu eingerichtet ist, ein Ablegen eines Geräts in einer vorbestimmten Position zu ermöglichen, wobei das Ablageprofil derart gestaltet ist, dass die jeweilige Spule der Ladeanordnung gegenüber einer Gesamtfläche angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein zu ladendes Gerät für eine maximale Leistungsübertragung angeordnet werden kann. Das Ablageprofil kann beispielsweise als Mulde oder Schale gestaltet sein, welche sich am Adaptergehäuse befindet. Das Ablageprofil kann so bemessen sein, dass eine Spule der Ladeanordnung bezüglich eines der Magnetfelder, welches eine der Gesamtflächen durchfließt, derart angeordnet ist, dass eine maximale induktive Kopplung ermöglicht wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung ein Auflageprofil zum ausgerichteten Auflegen der Adaptervorrichtung auf einer Ladevorrichtung aufweist wobei eine der Gesamtflächen in dem Auflageprofil vorgesehen ist. Mit anderen Worten umfasst die Adaptervorrichtung ein Auflageprofil, welches dazu eingerichtet ist, ein Ablegen der Adaptervorrichtung auf einer Ladevorrichtung in einer vorbestimmten Position zu ermöglichen, wobei das Auflageprofil derart gestaltet ist, dass die jeweilige Spule der Ladeanordnung gegenüber einer Gesamtfläche angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Adaptervorrichtung für eine maximale Leistungsübertragung auf einer Ladevorrichtung angeordnet werden kann. Das Auflageprofil kann beispielsweise als Mulde oder Schale gestaltet sein, welche sich am Adaptergehäuse befindet. Das Auflageprofil kann so bemessen sein, dass eine Spule der Ladeanordnung bezüglich eines der Magnetfelder, welches eine der Gesamtflächen durchfließt, derart angeordnet ist, dass eine maximale induktive Kopplung ermöglicht wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Adaptervorrichtung dazu eingerichtet ist, Ladevorgänge mit einer Leistung bis zu 20 W durchzuführen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben einer Adaptervorrichtung für eine Zweispulen aufweisende induktive Ladeanordnung. Dabei ist es vorgesehen, dass ein erster sich zeitlich ändernder magnetischer Fluss aus einer ersten der Spulen von einer als Zwischenelement zum Anordnen zwischen den Spulen der Ladeanordnung ausgestaltete Adaptervorrichtung empfangen wird. Mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses wird von der Adaptervorrichtung ein zweiter sich zeitlich ändernder magnetischer Fluss an die zweite der Spulen abgegeben. Dabei sind bei der Adaptervorrichtung eine Gesamtfläche zum empfangen des ersten magnetischen Flusses und eine Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses unterschiedlich groß.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Adaptervorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine Ladeanordnung, umfassend eine erste und eine zweite Spule;
2 eine schematische Darstellung einer Adaptervorrichtung, umfassend zwei Magnetwerkstoffelemente
3 eine Adaptervorrichtung, umfassend zwei Magnetwerkstoffelemente;
4 eine schematische Darstellung einer Adaptervorrichtung, umfassend eine Empfangsspule und eine Sendespule; und
5 eine Adaptervorrichtung, umfassend eine Empfangsspule und eine Sendespule.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Ladeanordnung 1 umfassend eine erste Spule 2 und eine zweite Spule 3. Bei den Spulen 2,3 kann es sich beispielsweise um Flachspulen handeln, welche sich in ihrer Fläche und/oder Form voneinander unterscheiden. Dabei kann die erste Spule 2 eine Spule einer Ladevorrichtung 4 sein, welche dazu eingerichtet ist einen ersten magnetischen Fluss 5 zu erzeugen. Die erste Spule 2 kann dabei mit einer Ladeelektronik 6 elektrisch verbunden sein. Die Ladeelektronik 6 kann einen elektrischen Strom in die erste Spule 2 leiten, wodurch der erste magnetische Fluss 5 induziert wird. Vor der ersten Spule 2 kann eine zweite Spule 3 angeordnet sein. Die zweite Spule 3 kann eine kleinere Fläche 10 als die erste Spule 9 umschließen. Die zweite Spule 3 kann elektrisch mit einer Empfängerelektronik 7 verbunden sein. Ein Teil des ersten magnetischen Flusses 2 kann die Fläche der zweiten Spule 10 durchdringen. Der übrige Teil des ersten magnetischen Flusses 5 kann außerhalb der Fläche der zweiten Spule 3 als Streufluss 8 verlaufen. Der erste magnetische Fluss 5 kann zeitlich veränderlich sein. Insbesondere kann es ein oszillierender magnetischer Fluss sein. Durch den Teil des ersten magnetischen Flusses 5, welcher die Fläche der ersten Spule 9 durchdringt, kann ein elektrischer Strom 11 induziert werden, welcher die Empfängerelektronik 7 mit elektrischer Energie 12 versorgt. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Flächen 9, 10 der Spulen 2, 3 in ihren Abmessung unterscheiden, ist es nicht möglich den gesamten ersten magnetischen Fluss 5 durch die zweite Spule 3 zu leiten, wodurch die Ladeleistung begrenzt wird. Durch die geringe Kopplung kann auch die Kommunikation zwischen der Ladeelektronik 6 und der Empfängerelektronik 7 eingeschränkt sein, sodass es in Abhängigkeit von dem Kommunikationsprotokoll der Kommunikation unter Umständen dazu kommen kann, dass keine Energieübertragung gestartet wird oder keine Energieübertragung, welche einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Kommunikation kann beispielsweise über eine Lastmodulation an der zweiten Spule 3 erfolgen, welche über die Kopplung in der ersten Spule 2 abgebildet werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Adaptervorrichtung Adaptervorrichtung umfassend zwei Magnetwerkstoffelemente 14, 15. In 2 ist die bereits in 1 beschriebene Ladeanordnung 1 dargestellt, wobei der erste magnetische Fluss 5 mittels der zwei Magnetwerkstoffelemente 14, 15 beeinflusst oder geführt wird. Ein erstes Magnetwerkstoffelement ist ein Magnetwerkstoffkernelement 14, welches sich zwischen einer Empfangsspule 16 und einer Sendespule 17 befindet. Das Magnetwerkstoffkernelement 14 kann eine sich verjüngende Form aufweisen, wobei es sich von einer Grundfläche 18, welche beispielsweise mit einer Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses 19 übereinstimmt zu einer Deckfläche 20, welche mit einer Gesamtfläche zum Ausgeben eines zweiten magnetischen Flusses 21 übereinstimmt, verjüngt. Dabei kann das Magnetwerkstoffkernelement 14 die Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes aufweisen. Das Magnetwerkstoffkernelement 14 kann aus einem weichmagnetischen Material bestehen, welches beispielsweise eine Koerzitivfeldstärke von weniger als 100 A/m aufweist. Das Magnetwerkstoffkernelement 14 kann ferromagnetisch oder ferrimagnetisch sein, also eine hohe magnetische Permeabilität aufweisen, wodurch der erste magnetische Fluss 5 in ihm gebündelt wird. Der erste magnetische Fluss 5 kann die Grundfläche 18 des Magnetwerkstoffkernelements 14 durchdringen und durch das Magnetwerkstoffkernelement 14 fließen, bis er die Deckfläche 20 gebündelt als ein zweiter magnetischer Fluss 22 verlässt. Durch die Bündelung auf eine Deckfläche 20, welche auf die Fläche der zweiten Spule 10 der Anordnung angepasst ist, wird erreicht, dass ein größerer Anteil des ersten magnetischen Flusses 5 durch die zweite Spule 2 fließt. Somit wird die induktive Kopplung zwischen beiden Spulen 2,3 erhöht. Damit auch der rücklaufende magnetische Fluss 23, d.h. der magnetische Fluss welcher die Fläche der zweiten magnetische Spule 10 durchflossen hat, in gebündelter Form zu der ersten Spule 2 zugeführt werden kann, kann es sein, dass ein Magnetwerkstoffrückführelement 15 den rücklaufenden magnetischen Fluss 23 bündelt.
3 zeigt eine Adaptervorrichtung 13, welche nach dem in 2 beschriebenen Konzept funktioniert. Die Adaptervorrichtung 13 ist zwischen einer ersten Spule 2 und einer zweiten Spule 3 angeordnet. Die erste Spule 2 ist eine Spule einer Ladevorrichtung 4, welche dazu eingerichtet ist, eine Empfängervorrichtung 24 mittels eines induktiven Ladevorgangs aufzuladen. Die Ladevorrichtung 4 kann eine Ladeelektronik 6 umfassen, welche mit der ersten Spule 2 über eine elektrische Leitung 25 verbunden ist. Die Ladeelektronik 6 kann einen Strom bereitstellen, welcher den ersten magnetischen Fluss 5 in der ersten Spule 2 bewirkt. Der erste magnetische Fluss 5, welcher von der ersten Spule 2 erzeugt wurde, kann gebündelt durch die Fläche der ersten Spule 9 verlaufen. Die Fläche, welche sich auf der anderen Seite der Spule befindet kann von einer Magnetwerkstoffplatte 26 bedeckt sein. Dadurch kann der rückläufige magnetische Fluss 23 gebündelt in die erste Spule 2 rückgeführt werden. Die zweite Spule 3 kann zu einer Empfängervorrichtung 24 gehören und eine andere Fläche 10 als die erste Spule 9 aufweisen. Hinter der zweiten Spule 3 kann ebenfalls eine Magnetwerkstoffplatte 26 angeordnet sein, um einen rückläufigen magnetischen Fluss 23 bündeln zu können. Die zweite Spule 3 kann elektrisch leitend mit einer Empfängerelektronik 7 verbunden sein. Die Adaptervorrichtung 13 kann zwischen der Ladevorrichtung 4 und der Empfängervorrichtung 24 angeordnet sein. Die Anordnung kann so ausgerichtet sein, dass die Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses 19 deckungsgleich über der Fläche der ersten Spule 9 angeordnet ist. Die Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses 19 kann mit der Grundfläche 18 des Magnetwerkstoffkernelements 14 in ihren Abmessungen bevorzugt identisch sein oder sich um höchstens 30% von dieser unterscheiden. Eine Gesamtfläche zum Abgeben des zweiten magnetischen Flusses 21 kann bevorzugt mit der Deckfläche 20 des Magnetwerkstoffkernelements 14 identisch sein oder sich um höchstens 30% von dieser unterscheiden und deckungsgleich unter der Fläche der zweiten Spule 10 angeordnet sein. Aufgrund der Konzentration des magnetischen Flusses auf eine kleinere Fläche kann eine magnetische Flussdichte des ersten magnetischen Flusses 27 geringer sein als eine Flussdichte des zweiten magnetischen Flusses 28. Damit eine vorbestimmte Positionierung der Fläche der zweiten Spule 10 über der Deckfläche 20 ermöglicht werden kann, kann das Gehäuse der Adaptervorrichtung 29 ein Ablageprofil 30 aufweisen, in welches die Empfängervorrichtung 24 positioniert werden kann, wobei die Gesamtfläche zum Abgeben des zweiten magnetischen Flusses 21 und die Fläche der zweiten Spule 10 bevorzugt deckungsgleich übereinander liegen, wodurch eine optimale magnetische Kopplung ermöglicht wird. Das Ablageprofil 30 kann eine Form aufweisen, welche dazu führt, dass die Magnetwerkstoffplatte 26 hinter der zweiten Spule 3 eine vorbestimmte Position bezüglich des Magnetwerkstoffrückführelements 15 aufweist, wodurch eine optimale Rückführung des rücklaufenden magnetischen Flusses 23 ermöglicht wird. Das Magnetwerkstoffrückführelement 15 kann angepasst sein an die Form der Empfängervorrichtung 24 mit möglichst geringem Abstand zur Magnetwerkstoffplatte 26 und sich an der Innenseite des Gehäuses der Adaptervorrichtung 29 befinden. Die Adaptervorrichtung kann ein Auflageprofil 31 umfassen, welches auf die Form der Ladevorrichtung 4 angepasst ist. Es ist beispielsweise möglich, dass die Form des Auflageprofils 31 so an die Ladevorrichtung 4 angepasst ist, dass die Fläche der ersten Spule 9 gegenüber der Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses 19 angeordnet ist.
4 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer weiteren Ausführung der Adaptervorrichtung 13. Dargestellt sind die besagten Spulen 2, 3der Ladeanordnung 1, wobei zwischen den Spulen 2,3 eine erfindungsgemäße Adaptervorrichtung 13 angeordnet ist. Die Adaptervorrichtung 13 kann eine Empfangsspule 16 aufweisen, deren Fläche 32 möglichst deckungsgleich über der Fläche der ersten Spule 9 der Ladeanordnung 1 angeordnet sein kann. Die Adaptervorrichtung kann eine Sendespule 17 umfassen, deren Fläche 33 möglichst deckungsgleich gegenüber der Fläche der zweiten Spule 10 der Ladeanordnung 1 angeordnet sein kann. Die beiden Spulen 16, 17 der Adaptervorrichtung 13 können miteinander durch eine elektrische Leitung 25 verbunden sein. Dabei kann eine Adapterelektronik 34 zwischen beide Spulen 16, 17 geschaltet sein. Wird von der Ladevorrichtung 4 ein sich zeitlich ändernder erster magnetischer Fluss 5 erzeugt, kann dieser die Fläche der Empfangsspule 32 der Adaptervorrichtung durchdringen und einen elektrischen Strom 11 induzieren. Dieser Strom 11 kann der Sendespule 17 über eine elektrische Leitung 25 zugeführt werden, wodurch ein zweiter magnetischer Fluss 22 durch die Sendespule 17 erzeugt werden kann. Der zweite magnetische Fluss 22 kann durch die Fläche der zweiten Spule 10 der Empfängervorrichtung 24 verlaufen, wodurch in dieser ein elektrischer Strom 11 induziert werden kann. Erfolgt eine direkte Weiterleitung des in der Empfangsspule 16 induzierten Stroms 11 zur Senderspule 17, ohne dass der Strom 11 beispielsweise in seiner Frequenz verändert wird, so handelt es sich um eine passive Adaptervorrichtung. Es kann sein, dass eine Wechselfrequenz des ersten magnetischen Flusses 5 von einer vorgegebenen Frequenz der zweiten Spule 3 abweicht. Dabei kann es sein, dass der in der Empfangsspule 16 induzierte Strom 11 mittels der Adapterelektronik 34 angepasst wird, indem die Frequenz des induzierten Stroms 11 geändert wird, damit durch die Senderspule 17 der zweite magnetische Fluss 22 mit der notwendigen Frequenz erzeugt wird. Es kann auch sein, dass die Ladevorrichtung 4 und die Empfängervorrichtung 24 dazu eingerichtet sind, über die magnetischen Flüsse 5,22 zu kommunizieren, indem diese beispielsweise durch kodiertes Zuschalten einer Last moduliert werden. Dies kann beispielsweise erforderlich sein um einen Ladevorgang, geregelt durch die Ladeelektronik 6, einleiten zu können. Dabei kann der Standard der Kommunikation der Ladevorrichtung 4 und der Empfängervorrichtung 24 voneinander abweichen, sodass eine Kommunikation zwischen beiden Vorrichtungen nicht direkt möglich ist. Die Adapterelektronik 34 kann dabei derart eingerichtet sein, dass sie eine Kommunikation zwischen einer Ladevorrichtung 4 und einer Empfängervorrichtung 24 ermöglicht, indem sie den Strom 11 entsprechend wandelt. Auf den jeweils den Gesamtflächen 19, 21 abgewandten Seiten der Spulen 16, 17 der Adaptervorrichtung 13 können Magnetwerkstoffplatten 26 angeordnet sein, um den zweiten magnetischen Fluss 22 zu kanalisieren und Streufelder zu reduzieren.
5 zeigt eine Adaptervorrichtung 13, umfassend eine Empfangsspule 16 und eine Sendespule 17, welche nach dem in 4 beschriebenen Konzept funktioniert. Die Adaptervorrichtung 13 umfasst eine Empfangsspule 16 und eine Sendespule 17, welche gegenüber von zwei Spulen 2,3 der Ladeanordnung 1 ausgerichtet sind. Die Spulen 2,3 der Ladeanordnung und die Spulen 16, 17 der Adaptervorrichtung 13 sind an der jeweils abgewandten Seite durch Magnetwerkstoffplatten 26 bedeckt. Die Empfangsspule 16 kann über eine elektrische Leitung 25 mit der Adapterelektronik 34 verbunden sein, damit der in der Empfangsspule 16 induzierte Strom 11 der Adapterelektronik 34 zugeleitet werden kann. Die Adapterelektronik 34 kann elektrische Energie 12 zwischenspeichern und einen Sendestrom 11 an die Sendespule 17 leiten, wodurch der zweite magnetische Fluss 22 erzeugt werden kann. Der Sendestrom 11 kann durch die Adapterelektronik 34 so eingestellt sein, dass sich die Wechselfrequenz des zweiten magnetischen Flusses 22 von der Frequenz des ersten magnetischen Flusses 5 unterscheidet. Die Frequenz des zweiten magnetischen Flusses 22 kann mit einer Übertragungsfrequenz der Empfängervorrichtung 24 übereinstimmen.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Ladeadapter bereitgestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Ladeanordnung
2: erste Spule
3: zweite Spule
4: Ladevorrichtung
5: erster magnetischer Fluss
6: Ladeelektronik
7: Empfängerelektronik
8: Streufluss
9: Fläche der ersten Spule
10: Fläche der zweiten Spule
11: Strom
12: elektrische Energie
13: Adaptervorrichtung
14: Magnetwerkstoffkernelement
15: Magnetwerkstoffrückführelement
16: Empfangsspule
17: Sendespule
18: Grundfläche
19: Gesamtfläche zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses
20: Deckfläche
21: Gesamtfläche zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses
22: zweiter magnetischer Fluss
23: rücklaufender magnetischer Fluss
24: Empfängervorrichtung
25: elektrische Leitung
26: Magnetwerkstoffplatte
27: Flussdichte des ersten magnetischen Flusses
28: Flussdichte des zweiten magnetischen Flusses
29: Gehäuse der Adaptervorrichtung
30: Ablageprofil
31: Auflageprofil
32: Fläche der Empfangsspule
33: Fläche der Sendespule
34: Adapterelektronik

Claims

Adaptervorrichtung (13) für eine zwei Spulen (2,3) oder zwei Spulenarrays aufweisende induktive Ladeanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) als ein Zwischenelement zum Anordnen zwischen den Spulen (2,3) oder Spulenarrays der Ladeanordnung (1) ausgestaltet ist und dazu eingerichtet ist, einen sich zeitlich ändernden ersten magnetischen Fluss (5) aus einer ersten der Spulen (2,3) oder Spulenarrays zu empfangen und mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses (5) einen sich zeitlich ändernden zweiten magnetischen Fluss (5) an die zweite der Spulen (2,3) oder Spulenarrays abzugeben, wobei bei der Adaptervorrichtung (13) eine Gesamtfläche (19) zum Empfangen des ersten magnetischen Flusses (5) und eine Gesamtfläche (21) zum Ausgeben des zweiten magnetischen Flusses (22) unterschiedlich groß sind.
Adaptervorrichtung (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche zum Empfangen (19) des ersten magnetischen Flusses (5) um einen Faktor F größer ist als die Gesamtfläche zum Ausgeben (21) des Flusses, wobei der Faktor F mindestens 1,5 beträgt.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) zumindest ein Magnetwerkstoffkernelement (14) aufweist, wobei das Magnetwerkstoffkernelement (14) eine Form eines Kegelstumpfes oder eines Pyramidenstumpfes oder eine sich von einer Grundfläche (18) zu einer Deckfläche (20) verjüngende Form aufweist.
Adaptervorrichtung (13) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (18) des Magnetwerkstoffkernelements (14) mit einer der beiden Gesamtflächen (19, 21) übereinstimmt oder sich um höchstens 30% von dieser unterscheidet und die Deckfläche (20) des Magnetwerkstoffkernelements (14) mit der anderen der beiden Gesamtflächen (19, 21) übereinstimmt oder sich um höchstens 30% von dieser unterscheidet.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) ein Magnetwerkstoffrückführelement (15) zum Rückführen eines rücklaufenden magnetischen Flusses (23) aufweist.
Adaptervorrichtung (13) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetwerkstoffrückführelement (15) ein Magnetwerkstoffschalenkern/eine Magnetwerkstoffschale ist.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) zumindest eine Empfangsspule (16) und zumindest eine Sendespule (17) aufweist, wobei die zumindest eine Empfangsspule (16) insgesamt die Gesamtfläche zum Empfangen (19) des ersten magnetischen Flusses (5) bereitstellt und die zumindest eine Sendespule (17) die Gesamtfläche zum Ausgeben (21) des zweiten magnetischen Flusses (22) bereitstellt.
Adaptervorrichtung (13) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der zumindest einen Sendespule (17) und der zumindest einen Empfangsspule (16) jeweils eine Magnetwerkstoffplatte (26) an der von der jeweiligen Gesamtfläche (19, 21) abgewandten Seite angeordnet ist, und die zumindest eine Sendespule (17) und die zumindest eine Empfangsspule (16) jeweils im Betrieb nur durch den magnetischen Fluss (5,22) einer der Gesamtflächen (19, 21) durchflossen ist.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) eine Adapterelektronik (34) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie (12) der zumindest einen Empfangsspule (16) zu empfangen und an die zumindest eine Sendespule (17) zu übertragen.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterelektronik (34) dazu eingerichtet ist, an den beiden Gesamtflächen (19, 21) unterschiedliche Kommunikationsprotokolle zum jeweiligen Koordinieren eines Übertragungsvorgangs für den jeweiligen magnetischen Fluss (5,22) zu verwenden.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterelektronik (34) dazu eingerichtet ist, elektrische Energie (12) aus dem empfangenen ersten magnetischen Fluss (5) zwischenzuspeichern und mit der zwischengespeicherten elektrischen Energie (12) den auszusendenden zweiten magnetischen Fluss (22) mit einer anderen Frequenz als einer Frequenz des empfangenen ersten magnetischen Flusses (5) durch Schalten eines elektrischen Stromes (11) zu erzeugen.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) ein Ablageprofil (30) zum Ablegen eines Geräts aufweist, wobei eine der Gesamtflächen (19, 21) in dem Ablageprofil (30) vorgesehen ist.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) ein Auflageprofil (31) zum ausgerichteten Auflegen der Adaptervorrichtung (13) auf einer Ladevorrichtung aufweist, wobei eine der Gesamtflächen (30) in dem Auflageprofil (31) vorgesehen ist.
Adaptervorrichtung (13) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaptervorrichtung (13) dazu eingerichtet ist, Ladevorgänge mit einer Leistung bis zu 20 W durchzuführen.
Verfahren zum Betreiben einer Adaptervorrichtung (13) für eine zwei Spulen (2,3) oder zwei Spulenarrays aufweisende induktive Ladeanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass -ein erster sich zeitlich ändernder magnetischer Fluss (5) aus einer ersten der Spulen (2,3) oder Spulenarrays von einer als Zwischenelement zum Anordnen zwischen den Spulen (2,3) oder Spulenarrays der Ladeanordnung (1) ausgestalteten Adaptervorrichtung (13) empfangen wird, und -mittels des empfangenen ersten magnetischen Flusses (5) ein zweiter sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss (22) von der Adaptervorrichtung (13) an die zweite der Spulen (2,3) oder Spulenarrays abgeben wird, wobei bei der Adaptervorrichtung (13) eine Gesamtfläche zum Empfangen (19) des ersten magnetischen Flusses (5) und eine Gesamtfläche zum Ausgeben (21) des zweiten magnetischen Flusses (22) unterschiedlich groß sind.