DE102017220201A1 - Coil unit for an inductive charging system - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Spuleneinheit (110, 120) für ein induktives Ladesystem beschrieben. Die Spuleneinheit (110, 120) umfasst eine Spulenwicklung (210), die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Spulenstrom ein Magnetfeld (250) zu erzeugen, oder die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Magnetfeld (250) einen Spulenstrom zu erzeugen. Die Spulenwicklung (210) umfasst einen Leiter (211), der in einer Wickelrichtung (331) um eine Spulenachse (332) der Spulenwicklung (210) verläuft. Außerdem umfasst die Spuleneinheit (110, 120) einen elektrisch leitenden Schirm (300), der die Spulenwicklung (210) zumindest teilweise umschließt. Dabei ist der Schirm (300) ausgebildet, einen Strom (311, 312) innerhalb des Schirms (300), der die Spulenachse (332) entlang der Wickelrichtung (331) umläuft, zu unterbinden.A coil unit (110, 120) for an inductive charging system is described. The coil unit (110, 120) includes a coil winding (210) configured to generate a magnetic field (250) in response to a coil current or configured to generate a coil current in response to a magnetic field (250). The coil winding (210) comprises a conductor (211) extending in a winding direction (331) about a coil axis (332) of the coil winding (210). In addition, the coil unit (110, 120) comprises an electrically conductive screen (300) which at least partially surrounds the coil winding (210). In this case, the screen (300) is designed to prevent a current (311, 312) within the screen (300), which rotates the coil axis (332) along the winding direction (331).
Description
Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit, insbesondere eine Primäreinheit und/oder eine Sekundäreinheit, für ein induktives Ladesystem.The invention relates to a coil unit, in particular a primary unit and / or a secondary unit, for an inductive charging system.
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.Electric vehicles typically have a battery (i.e., an electrical energy store) in which electrical energy can be stored to operate an electric drive machine of the vehicle. The battery of the vehicle can be charged with electrical energy from a power grid. For this purpose, the battery is coupled to the power grid to transfer the electrical energy from the power grid into the battery of the vehicle. The coupling can be wired (via a charging cable) and / or wireless (based on an inductive coupling between a charging station and the vehicle).
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
Die Sekundärspule
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule
Die Spule
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine kosteneffiziente Spuleneinheit für ein induktives Ladesystem bereitzustellen, die eine reduzierte Beeinflussung von benachbarten (elektrischen und/oder elektronischen) Komponenten aufweist und/oder die eine zuverlässige Erkennung von Defekten ermöglicht.The present document addresses the technical problem of providing a cost effective coil unit for an inductive charging system which has a reduced effect on adjacent (electrical and / or electronic) components and / or which allows reliable detection of defects.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch 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.The object is solved by the independent claim. Advantageous embodiments are described, inter alia, in the dependent claims. It should be noted that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form a separate invention independent of the combination of all features of the independent claim, the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the specification, which is one of the Characteristics of the independent claims can form independent invention.
Gemäß einem Aspekt wird eine Spuleneinheit (z.B. eine Primäreinheit oder eine Sekundäreinheit) für ein induktives Ladesystem beschrieben. Das induktive Ladesystem kann dafür ausgebildet sein, den Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Straßenkraftfahrzeugs, zu laden.In one aspect, a coil unit (e.g., a primary unit or a secondary unit) for an inductive charging system is described. The inductive charging system can be designed to charge the energy store of an at least partially electrically driven vehicle, in particular a road motor vehicle.
Die Spuleneinheit umfasst eine Spulenwicklung, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Spulenstrom ein Magnetfeld zu erzeugen (im Falle einer Primäreinheit), oder die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Magnetfeld einen Spulenstrom zu erzeugen (im Falle einer Sekundäreinheit). Dabei umfasst die Spulenwicklung zumindest einen Leiter, der in einer Wickelrichtung um eine Spulenachse der Spulenwicklung verläuft. Die Spulenwicklung kann z.B. eine Zirkularspule oder eine Doppel D Spule bilden. Die Spulenachse kann sich entlang einer Übertragungsstrecke der Energieübertragung von der Primärspule zu der Sekundärspule eines induktiven Ladesystems erstrecken. Der zumindest eine Leiter (z.B. eine Litze aus einer Vielzahl von Einzeldrähten) kann mehrmals in Wickelrichtung um die Spulenachse gewickelt sein.The coil unit comprises a coil winding which is adapted to generate a magnetic field (in the case of a primary unit) in response to a coil current, or which is adapted to generate a coil current in response to a magnetic field (in the case of a secondary unit). In this case, the coil winding comprises at least one conductor which extends in a winding direction about a coil axis of the coil winding. The coil winding may e.g. forming a circular coil or a double D coil. The coil axis may extend along a transmission path of energy transfer from the primary coil to the secondary coil of an inductive charging system. The at least one conductor (e.g., a strand of a plurality of individual wires) may be wound several times in the winding direction about the spool axis.
Außerdem umfasst die Spuleneinheit einen elektrisch leitenden Schirm (z.B. einen Schirm aus Metall), der die Spulenwicklung zumindest teilweise umschließt. Insbesondere kann der Schirm die Spulenwicklung nahezu vollständig umschließen. Dabei kann der Schirm auf der Vorderseite der Spulenwicklung angeordnet sein (wobei die Vorderseite der Übertragungsstrecke des induktiven Ladesystems zugewandt ist). Des Weiteren kann der Schirm auf der Rückseite der Spulenwicklung angeordnet sein (wobei die Rückseite von der Übertragungsstrecke des induktiven Ladesystems abgewandt ist). Ferner kann der Schirm seitlich zwischen der Vorderseite und der Rückseite verlaufen, sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite der Spulenwicklung. Folglich kann der Schirm eine Hülle um die Spulenwicklung bilden.In addition, the coil unit includes an electrically conductive shield (e.g., a metal shield) that at least partially encloses the coil winding. In particular, the shield can almost completely surround the coil winding. In this case, the screen can be arranged on the front side of the coil winding (the front side facing the transmission path of the inductive charging system). Furthermore, the screen can be arranged on the rear side of the coil winding (the rear side facing away from the transmission path of the inductive charging system). Further, the screen may extend laterally between the front and the back, both on the inside and on the outside of the coil winding. Thus, the screen can form a wrap around the coil winding.
Dabei ist der Schirm jedoch ausgebildet, einen Strom und/oder einen geschlossenen Strompfad innerhalb des Schirms, der die Spulenachse entlang der Wickelrichtung umläuft, zu unterbinden. Insbesondere kann der Schirm derart ausgebildet sein, dass der Summenstrom im Schirm, der die Spulenachse entlang der Wickelrichtung vollständig umläuft, null ist. Dabei können dennoch in unterschiedlichen Bereichen des Schirms Ströme in Wickelrichtung auftreten. Diese Ströme in den unterschiedlichen Bereichen heben sich jedoch in Summe auf. Mit anderen Worten, der Schirm ist derart ausgebildet, dass kein Strom vollständig um die Spulenachse herum durch den Schirm fließen kann (und somit der Schirm selbst eine Spulenwicklung bilden würde). Insbesondere kann der Schirm zumindest eine elektrisch isolierende Unterbrechung bzw. Trennstelle umfassen, die den Schirm quer zu der Wickelrichtung unterbricht. Die zumindest eine Unterbrechung kann dabei z.B. jeweils durch einen Spalt gebildet werden, der den Schirm entlang einer Fläche bzw. Ebene, die z.B. senkrecht zu der Wickelrichtung verläuft, auftrennt. Beispielsweise kann ein Schirm aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten aufgebaut sein (z.B. 5, 10, 20, 50, 100, 500, 1000 oder mehr Drähte), die jeweils senkrecht zur Wickelrichtung verlaufen und die jeweils gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die Drähte können dabei jeweils die Spulenwicklung senkrecht zur Wickelrichtung vollständig umlaufen. So kann eine rein elektrische Schirmung bereitgestellt werden, da durch das Magnetfeld in einem, aus senkrecht zur Wickelrichtung verlaufenden Drähten zusammengesetzten, Schirm keine (signifikanten) Schirmströme induziert werden. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Drähten kann ein besonders energieeffizienter Schirm bereitgestellt werden.In this case, however, the screen is designed to prevent a current and / or a closed current path within the screen, which rotates around the coil axis along the winding direction. In particular, the screen can be designed such that the sum current in the screen, which completely circumscribes the coil axis along the winding direction, is zero. Nevertheless, currents in the winding direction can occur in different areas of the screen. However, these currents in the different areas cancel each other out. In other words, the screen is designed such that no current can flow completely through the screen around the coil axis (and thus the screen itself would form a coil winding). In particular, the screen may comprise at least one electrically insulating break or separation point which interrupts the screen transversely to the winding direction. The at least one interruption may be e.g. are each formed by a gap separating the screen along a plane, e.g. perpendicular to the winding direction, separates. For example, a screen may be constructed of a plurality of electrically conductive wires (e.g., 5, 10, 20, 50, 100, 500, 1000 or more wires) each perpendicular to the winding direction and electrically insulated from each other. The wires can completely circulate the coil winding perpendicular to the winding direction. Thus, a purely electrical shielding can be provided, since no (significant) shielding currents are induced by the magnetic field in a screen composed of wires extending perpendicular to the winding direction. By using a plurality of wires, a particularly energy efficient screen can be provided.
Durch die Bereitstellung eines Schirms kann die maximale magnetische Flussdichte des Magnetfelds an dem Leiter der Spulenwicklung reduziert werden, ohne das Magnetfeld an der jeweils anderen Spuleneinheit des induktiven Ladesystems wesentlich zu beeinflussen. Folglich können die Anforderungen an den für die Spulenwicklung verwendeten Leiter reduziert werden. Insbesondere können ggf. Einzeldrähte mit größeren Durchmessern verwendet werden. Somit können die Kosten einer Spuleneinheit reduziert werden. Des Weiteren kann der Schirm zur Schirmung von elektrischen Feldern verwendet werden, so dass Anforderungen an EMV Filter der Spuleneinheit reduziert werden. Ferner ermöglicht die Verwendung eines Schirms die Erkennung eines Defekts der Spulenwicklung.By providing a shield, the maximum magnetic flux density of the magnetic field at the conductor of the coil winding can be reduced without substantially influencing the magnetic field at the respective other coil unit of the inductive charging system. As a result, the requirements for the conductors used for the coil winding can be reduced. In particular, individual wires with larger diameters may possibly be used. Thus, the cost of a coil unit can be reduced. Furthermore, the screen can be used for shielding electric fields, thus reducing requirements for EMC filters of the coil unit. Further, the use of a screen enables detection of a coil winding defect.
Der Schirm weist typischerweise ein erstes Ende auf einer ersten Seite der Unterbrechung und ein zweites Ende auf einer zweiten Seite der Unterbrechung auf. Die beiden Enden können durch einen Spalt räumlich voneinander getrennt sein. Der Spalt kann z.B. 2%, 1% oder weniger des Windungsumfangs der Spulenwicklung breit sein.The shield typically has a first end on a first side of the break and a second end on a second side of the break. The two ends can be spatially separated by a gap. The gap may e.g. 2%, 1% or less of the Windungsumfangs the coil winding be wide.
Die Unterbrechung kann derart sein, dass Strom nicht direkt über die Unterbrechung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende fließen kann. Des Weiteren kann die Unterbrechung derart sein, dass Strom, der auf der ersten Seite der Unterbrechung auf das erste Ende zufließt, an dem ersten Ende seine Flussrichtung umkehrt und wieder auf der ersten Seite der Unterbrechung von dem ersten Ende wegfließt. In entsprechender Weise kann auch am zweiten Ende eine Umkehr der Flussrichtung des Stroms innerhalb des Schirms erfolgen. Es kann somit zuverlässig ein die Spulenachse umlaufender Strom vermieden werden.The interruption may be such that current can not flow directly across the interruption between the first end and the second end. Further, the interruption may be such that current flowing on the first side of the interruption to the first end reverses its direction of flow at the first end and flows away again on the first side of the interruption from the first end. In a corresponding manner, a reversal of the Flow direction of the current within the screen done. It can thus reliably avoid the coil axis circulating current.
Der auf das erste Ende zufließende Strom kann in einem Umkehrbereich am ersten Ende in einen von dem ersten Ende wegfließenden Strom umgekehrt werden. Die Spulenwicklung kann einen bestimmten Windungsumfang aufweisen, wobei der Windungsumfang z.B. der (ggf. mittleren) Länge des Leiters einer Windung der Spulenwicklung entspricht. Der Umkehrbereich an einem Ende des Schirms kann sich über 5% oder weniger des Windungsumfangs erstrecken.The current flowing to the first end may be reversed in a reverse region at the first end into a current flowing away from the first end. The coil winding may have a certain winding circumference, the winding circumference being e.g. the (possibly middle) length of the conductor corresponds to one turn of the coil winding. The reverse area at one end of the screen may extend over 5% or less of the winding circumference.
Der Umkehrbereich kann eine Vielzahl von elektrisch isolierten Umkehrleitern umfassen, in denen der Strom von einer auf das erste Ende zufließenden Flussrichtung in eine von dem ersten Ende wegfließenden Flussrichtung umgelenkt wird. Die Umkehrleiter können z.B. aus der Fläche bzw. aus dem Blech des Schirms herausgestanzt werden.The reverse region may include a plurality of electrically isolated reversing conductors in which the flow is deflected from a direction of flow to the first end into a direction of flow away from the first end. The reversing conductors may be e.g. be punched out of the surface or from the sheet of the screen.
Dabei kann ein Umkehrleiter einen Eingang umfassen, in den auf das erste Ende zufließender Strom in den Umkehrleiter fließt. Des Weiteren kann ein Umkehrleiter einen Ausgang umfassen, aus dem von dem ersten Ende wegfließender Strom aus dem Umkehrleiter fließt. Ein Umkehrleiter kann dann zwischen dem Eingang und dem Ausgang seine Erstreckungsrichtung um mehr als 90° (insbesondere um ca. 180°) verändern. Beispielsweise kann ein Umkehrleiter zwischen dem Eingang und dem Ausgang U- oder halbkreis-förmig verlaufen. Der Strom in dem Schirm kann somit durch die Umkehrleiter umgelenkt werden.In this case, a reversing conductor may comprise an input into which current flowing to the first end flows into the reversing conductor. Furthermore, a reversing conductor may include an output from which current flowing away from the first end flows out of the reversing conductor. A reversing conductor can then change its direction of extension between the input and the output by more than 90 ° (in particular by approximately 180 °). For example, a reversing conductor between the input and the output U- or semicircle-shaped. The current in the screen can thus be redirected by the reversing conductors.
Die Umkehrleiter können nebeneinander angeordnet sein, wobei jeweils zwei direkt benachbarte Umkehrleiter durch einen Isolationsbereich voneinander elektrisch isoliert sind. Dabei kann die Vielzahl von Umkehrleitern einen inneren Umkehrleiter umfassen, der im Vergleich zu den (insbesondere im Vergleich zu allen) anderen Umkehrleitern die kürzeste Länge aufweist. Des Weiteren kann die Vielzahl von Umkehrleitern einen äußeren Umkehrleiter umfassen, der im Vergleich zu den (insbesondere im Vergleich zu allen) anderen Umkehrleitern die längste Länge aufweist.The reversing conductors can be arranged next to one another, with two directly adjacent reversing conductors being electrically insulated from each other by an insulating region. In this case, the plurality of reversing conductors may comprise an inner reversing conductor, which has the shortest length compared to the (especially in comparison to all) other reversing conductors. Furthermore, the plurality of reversing conductors may comprise an outer reversing conductor which has the longest length compared to the other reversing conductors (in particular in comparison to all).
Durch die Bereitstellung von einzelnen Umkehrleitern kann der Stromfluss im Umkehrbereich möglichst gleichmäßig verteilt werden. Insbesondere kann so vermieden werden, dass am ersten Ende des Schirms relativ hohe Stromdichten und relativ hohe ohmsche Verluste auftreten. Das zweite Ende des Schirms kann in entsprechender Weise eine Vielzahl von Umkehrleitern aufweisen.By providing individual reversing conductors, the current flow in the reversing region can be distributed as evenly as possible. In particular, it can thus be avoided that relatively high current densities and relatively high ohmic losses occur at the first end of the screen. The second end of the screen may similarly comprise a plurality of reversing conductors.
Folglich können das erste Ende des Schirms und das zweite Ende des Schirms jeweils einen Umkehrbereich umfassen, in dem sich die Flussrichtung des Stroms umkehrt. Dabei können der Umkehrbereich des ersten Endes und der Umkehrbereich des zweiten Endes aufeinanderliegen und durch eine Isolationsschicht voneinander elektrisch isoliert sein. Insbesondere können der Umkehrbereich des ersten Endes und der Umkehrbereich des zweiten Endes derart aufeinanderliegen, dass die Ströme in den Umkehrbereichen auf beiden Seiten der Isolationsschicht die gleiche Flussrichtung aufweisen. Die aufeinanderliegenden Umkehrbereiche können sich dabei entlang der Spulenachse erstrecken oder die aufeinanderliegenden Umkehrbereiche können gebogen sein, so dass sich die aufeinanderliegenden Umkehrbereiche zumindest bereichsweise parallel zu der Spulenwicklung erstrecken. Durch das Aufeinanderlegen der Umkehrbereiche können die Stromdichten an den Enden des Schirms weiter reduziert werden.Thus, the first end of the screen and the second end of the screen may each comprise a reversal region in which the direction of flow of the stream reverses. In this case, the reversal region of the first end and the reversal region of the second end may lie on one another and be electrically insulated from one another by an insulating layer. In particular, the reversal region of the first end and the reversal region of the second end may lie on one another such that the currents in the reversal regions on both sides of the insulating layer have the same direction of flow. The superposed reversal areas may extend along the coil axis or the superposed reversal areas may be bent, so that the superimposed reversal areas at least partially extend parallel to the coil winding. By stacking the reversal areas, the current densities at the ends of the screen can be further reduced.
Der Schirm kann geerdet und/oder mit Masse gekoppelt sein, insbesondere um eine elektrische Abschirmung und/oder eine Fehlerdiagnose zu ermöglichen bzw. zu verbessern.The shield may be grounded and / or grounded, in particular to facilitate or enhance electrical shielding and / or fault diagnosis.
Der Schirm kann mehrere Schirmlagen umfassen, die elektrisch voneinander isoliert sind. Die Schirmlagen können dabei im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite, der Innenseite, der Rückseite und/oder der Außenseite der Spulenwicklung verlaufen. Durch die Bereitstellung von mehreren (relativ dünnen) Schirmlagen können die Schirmverluste weiter reduziert werden.The shield may include a plurality of shield layers that are electrically isolated from each other. The shield layers can run substantially parallel to the front side, the inside, the back side and / or the outside of the coil winding. By providing several (relatively thin) shield layers, the shielding losses can be further reduced.
Das Magnetfeld ohne Schirm kann eine magnetische Feldlinie mit einem Feldverlauf quer zu der Wickelrichtung aufweisen, der zumindest teilweise um die Spulenwicklung verläuft. In entsprechender Weise kann der Schirm einen Schirmverlauf quer zu der Wickelrichtung aufweisen, der zumindest teilweise um die Spulenwicklung verläuft. Der Schirmverlauf stellt dabei einen Querschnitt des Schirms quer zu der Wickelrichtung dar. Der Schirmverlauf kann oberhalb der Spulenwicklung bzw. auf der Vorderseite der Spulenwicklung eine geringere Krümmung aufweisen als der Feldverlauf. So kann eine Reduzierung der maximalen Flussdichte an dem Leider der Spulenwicklung bewirkt werden.The magnetic field without a shield can have a magnetic field line with a field profile transverse to the winding direction, which extends at least partially around the coil winding. In a corresponding manner, the screen may have a screen course transversely to the winding direction, which runs at least partially around the coil winding. In this case, the screen course represents a cross section of the screen transversely to the winding direction. The screen course can have a smaller curvature above the coil winding or on the front side of the coil winding than the field profile. Thus, a reduction of the maximum flux density can be effected on the coil winding unfortunate.
Das Magnetfeld ohne Schirm kann in unmittelbarer Nähe zu der Spulenwicklung (insbesondere am Leiter der Spulenwicklung) eine erste maximale Flussdichte und in einem bestimmten Abstand von der Spulenwicklung (z.B. an der jeweils anderen Spuleneinheit des induktiven Ladesystems) eine zweite mittlere Flussdichte aufweisen. Der Schirm kann derart ausgebildet sein, dass das Magnetfeld in unmittelbarer Nähe zu der Spulenwicklung eine gegenüber der ersten maximalen Flussdichte reduzierte maximale Flussdichte aufweist, und dass das Magnetfeld in dem bestimmten Abstand eine mittlere Flussdichte aufweist, die im Wesentlichen der zweiten mittleren Flussdichte entspricht. Zur Bereitstellung eines derartigen Schirms können im Rahmen einer Simulation ein oder mehrere Parameter des Schirms (insbesondere eine Form bzw. ein Querschnitt des Schirms, ein Material des Schirms und/oder eine Dicke des Schirms) angepasst werden.The magnetic field without a shield may have a first maximum flux density in the immediate vicinity of the coil winding (in particular on the conductor of the coil winding) and a second average flux density at a specific distance from the coil winding (eg at the respective other coil unit of the inductive charging system). The screen may be formed such that the magnetic field in the immediate vicinity of the coil winding opposite the first maximum flux density has reduced maximum flux density, and that the magnetic field in the specific distance has an average flux density which substantially corresponds to the second average flux density. To provide such a screen, one or more parameters of the screen (in particular a shape or a cross-section of the screen, a material of the screen and / or a thickness of the screen) can be adapted within the scope of a simulation.
Die Spuleneinheit kann Elektronik (z.B. mit einem Wechselrichter oder mit einem Gleichrichter) umfassen, die eingerichtet ist, den Spulenstrom für die Spulenwicklung bereitzustellen (z.B. mittels eines Wechselrichters) oder den Spulenstrom aus der Spulenwicklung gleichzurichten (z.B. mittels eines Gleichrichters). Die Elektronik kann eine Schirmung umfassen, die mit dem Schirm elektrisch leitend gekoppelt ist. So kann eine zuverlässige elektrische Abschirmung der gesamten Spuleneinheit bewirkt werden.The coil unit may include electronics (e.g., an inverter or a rectifier) configured to provide the coil current to the coil winding (e.g., by means of an inverter) or to rectify the coil current from the coil winding (e.g., by means of a rectifier). The electronics may include a shield electrically coupled to the shield. Thus, a reliable electrical shielding of the entire coil unit can be effected.
Die Spuleneinheit kann einen Isolationswächter umfassen, der eingerichtet ist, Information in Bezug auf einen Übergangswiderstand zwischen der Spulenwicklung und dem Schirm zu erfassen. Auf Basis des Übergangswiderstands kann dann zuverlässig ein Defekt der Spulenwicklung (z.B. infolge einer mechanischen Einwirkung) detektiert werden.The coil unit may include an isolation monitor configured to acquire information regarding a contact resistance between the coil winding and the screen. Based on the contact resistance, it is then possible to reliably detect a defect of the coil winding (due to, for example, a mechanical action).
Die Spuleneinheit kann einen Spulenkern umfassen, der an einer Seite (insbesondere an der Rückseite) der Spulenwicklung angeordnet ist. Der Schirm kann dann auf der dem Spulenkern zugewandten Seite der Spulenwicklung (d.h. auf der Rückseite der Spulenwicklung) eine andere Form aufweisen als auf der dem Spulenkern abgewandten Seite der Spulenwicklung (d.h. auf der Vorderseite der Spulenwicklung). Insbesondere kann eine Anpassung an den Verlauf der Feldlinien des Magnetfelds auf den beiden Seiten der Spulenwicklung erfolgen. So kann die maximale magnetische Flussdichte an dem Leiter der Spulenwicklung weiter reduziert werden.The coil unit may comprise a coil core which is arranged on one side (in particular on the rear side) of the coil winding. The shield may then have a different shape on the coil core side (i.e., on the back side of the coil winding) than on the side of the coil winding (i.e. In particular, an adaptation to the course of the field lines of the magnetic field can take place on the two sides of the coil winding. Thus, the maximum magnetic flux density at the conductor of the coil winding can be further reduced.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein induktives Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers beschrieben. Das Ladesystem umfasst eine Primäreinheit mit einer Primärspule, die eingerichtet ist, ein Magnetfeld zur Übertragung von Energie zu erzeugen. Außerdem umfasst das Ladesystem eine Sekundäreinheit mit einer Sekundärspule, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem Magnetfeld einen Strom zum Laden des Energiespeichers zu erzeugen. Die Primäreinheit und/oder die Sekundäreinheit können gemäß der in diesem Dokument beschrieben Spuleneinheit aufgebaut sein.According to a further aspect, an inductive charging system for charging an energy store is described. The charging system includes a primary unit having a primary coil configured to generate a magnetic field for transmitting energy. In addition, the charging system comprises a secondary unit with a secondary coil, which is set up to generate a current for charging the energy store in dependence on the magnetic field. The primary unit and / or the secondary unit may be constructed according to the coil unit described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ladevorrichtung beschrieben (insbesondere zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs), die die in diesem Dokument beschriebene Primäreinheit umfasst.According to a further aspect, a charging device is described (in particular for charging the energy accumulator of a vehicle), which comprises the primary unit described in this document.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Sekundäreinheit umfasst.In another aspect, a road vehicle (particularly a passenger car or a truck or a bus) is described that includes the secondary unit described in this document.
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.It should be understood that the methods, devices and systems described herein may be used alone as well as in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, devices, and systems described herein may be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs; -
2a bis2c beispielhafte Spulen für ein induktives Ladesystem; -
3a beispielhafte Feldlinien bei einer Spulenwicklung ohne Schirm; -
3b beispielhafte Feldlinien bei einer Spulenwicklung mit Schirm; -
3c ein beispielhaftes magnetisches Feld, das von den Wirbelströmen eines Schirms bewirkt wird; -
4a einen beispielhaften Schirm in einer Draufsicht (von der Übertragungsstrecke) auf eine Spulenwicklung; -
4b beispielhafte Ströme in dem Schirm einer Spulenwicklung; -
4c einen beispielhaften Umkehrbereich des Schirms einer Spulenwicklung; -
4d beispielhafte Umkehrbereiche eines Schirms; -
5a eine beispielhafte Schirmung einer Spuleneinheit; und -
5b eine beispielhafte Vorrichtung zur Erkennung eines Spulendefekts
-
1 exemplary components of an inductive charging system for charging the energy storage of a vehicle; -
2a to2c exemplary coils for an inductive charging system; -
3a exemplary field lines in a coil winding without screen; -
3b exemplary field lines in a coil winding with screen; -
3c an exemplary magnetic field caused by the eddy currents of a screen; -
4a an exemplary screen in a plan view (of the transmission path) on a coil winding; -
4b exemplary currents in the screen of a coil winding; -
4c an exemplary reverse region of the screen of a coil winding; -
4d exemplary reverse regions of a screen; -
5a an exemplary shield of a coil unit; and -
5b an exemplary device for detecting a coil defect
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer kosteneffizienten Primäreinheit
Aufgrund der lokal auftretenden, relativ hohen Flussdichten des Magnetfelds
Aufgrund der relativ hohen Flussdichten und dem dadurch bewirkten Proximity-Effekt sind jedoch Einzeldrähte mit 10-mal kleineren Durchmessern erforderlich. Um einen Leiter
Des Weiteren können die Spulen
Ferner kann typischerweise an einer Spule
Ein derartiger Schirm
Im Umkehrbereich
Als Folge einer derartigen Anordnung der Umkehrleiter
Die beiden Enden
Am Ende
Da die Stromflüsse in gegenüberliegenden Umkehrleitern
Die Spulenwicklung
Der Schirm
Durch einen doppel- oder mehrwandigen Schirm
Des Weiteren kann ein Schirm
Die Trennstelle bzw. die Unterbrechung
Bei Verwendung eines Schirms
Eine Spule
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann die maximale magnetische Flussdichte insbesondere am Rand einer Spulenwicklung
Wenn eine Spule
Durch die Verwendung eines Schirms
Des Weiteren ermöglichen es die beschriebenen Maßnahmen, in effizienter und zuverlässiger Weise eine Beschädigung einer Spule
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.The present invention is not limited to the embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and figures are intended to illustrate only the principle of the proposed methods, apparatus and systems.
Claims (18)
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