DE202012101402U1

DE202012101402U1 - Coil unit and device for inductive transmission of electrical energy

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Publication number: DE202012101402U1
Application number: DE202012101402U
Authority: DE
Original assignee: Conductix Wampfler GmbH
Current assignee: Conductix Wampfler GmbH
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2013-07-18
Anticipated expiration: 2022-04-18

Abstract

Spuleneinheit (3; 11) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit von einem Gehäuse (4; 12) umgebenen Spulenwicklungen (5; 13) einer Spule (6; 14), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Außenseite (7; 15) des Gehäuses (4; 12) und den Spulenwicklungen (5; 13) ein Schutzelement (8; 16) gegen mechanische Beschädigungen der Spulenwicklungen (5; 13) angeordnet ist.Coil unit (3; 11) for inductively transmitting electrical energy with coil windings (5; 13) of a coil (6; 14) surrounded by a housing (4; 12), characterized in that between at least one outside (7; 15) of the housing (4; 12) and the coil windings (5; 13) a protective element (8; 16) against mechanical damage to the coil windings (5; 13) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie sowie die Verwendung der Spuleneinheit. The invention relates to a coil unit according to the preamble of claim 1, a device for inductive transmission of electrical energy and the use of the coil unit.

Im Bereich der induktiven Energieübertragung zu beweglichen Verbrauchern, beispielsweise Elektro-Landfahrzeugen wie Automobilen oder Lastwagen, ist es bekannt, deren Fahrzeugbatterie über eine ortsfest installierte Primärspule einer Ladestation und eine am Fahrzeugboden angeordnete Sekundärspule zu laden. Zum Laden ist die Primärspule auf oder in der Fahrbahn angeordnet, beispielsweise auf öffentlich zugänglichen Parkplätzen, Ladebereichen von Tankstellen oder in der Garage des Fahrzeugbesitzers. Zum Laden wird das Fahrzeug über die Primärspule gefahren, so dass die im Fahrzeug angeordnete Sekundärspule auf die Primärspule ausgerichtet ist. In the field of inductive energy transmission to mobile consumers, such as electric land vehicles such as automobiles or trucks, it is known to load their vehicle battery via a stationarily installed primary coil of a charging station and arranged on the vehicle floor secondary coil. For loading, the primary coil is arranged on or in the roadway, for example on publicly accessible parking spaces, charging areas of petrol stations or in the garage of the vehicle owner. For charging, the vehicle is driven over the primary coil, so that the secondary coil arranged in the vehicle is aligned with the primary coil.

Ein Beispiel für eine solche Spulenanordnung mit in den Boden eingelassener Primärspule offenbart die DE 10 2009 033 236 A1 . Dort sind die Spulen gegen äußere mechanische Beschädigungen nur durch ein die Spulenwicklungen umgebendes Gehäuse geschützt. An example of such a coil arrangement with embedded in the ground primary coil discloses the DE 10 2009 033 236 A1 , There, the coils are protected against external mechanical damage only by a surrounding the coil windings housing.

Befindet sich über der Primärspule kein Fahrzeug, so kann die nach oben hin offene Sichtseite der Primärspule von oben beschädigt werden, beispielsweise durch herabfallende Gegenstände oder mutwillige Beschädigungen. Auch wenn ein Fahrzeug mit geringer Bodenfreiheit über die Primärspule fährt, kann deren Gehäuse und ggf. auch die darin enthaltenen Spulenwicklungen beschädigt werden. Die Sichtseite der Sekundärspule am Fahrzeugboden kann beispielsweise durch Steinschlag oder Überfahren von auf der Fahrbahn liegenden Gegenständen beschädigt werden. If there is no vehicle above the primary coil, then the visible side of the primary coil which is open at the top can be damaged from above, for example by falling objects or wanton damage. Even if a vehicle with low ground clearance drives over the primary coil, its housing and possibly also the coil windings contained therein can be damaged. The visible side of the secondary coil on the vehicle floor can be damaged, for example, by stone chipping or driving over objects lying on the road surface.

Wegen der Gefahren, die bei einer Beschädigung insbesondere der Spulenwicklungen der Primärspule oder der Sekundärspule bestehen, beispielsweise wenn Spulenwicklungen kurzgeschlossen werden, besteht der Wunsch, die Spulen gegen Beschädigungen durch äußere, insbesondere mechanische Einwirkungen zu schützen. Gerade bei Beschädigungen durch Spitze Gegenstände kann das Gehäuse der Spulen leicht so stark zerstört werden, dass auch Spulenwicklungen beschädigt werden. Auch soll die Beschädigung der Spulen und insbesondere der Spulenwicklungen und ggf. anderer elektrischer Teile der Spulen wegen der hohen Reparaturkosten und der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Fahrzeugs verhindert werden. Because of the dangers that exist in case of damage, in particular the coil windings of the primary coil or the secondary coil, for example, when coil windings are short-circuited, there is a desire to protect the coils against damage from external, especially mechanical effects. Especially when damaged by tip objects, the housing of the coils can easily be so strongly destroyed that even coil windings are damaged. Also, the damage to the coils and in particular the coil windings and possibly other electrical parts of the coils should be prevented because of the high repair costs and the reliability and availability of the vehicle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu überwinden und eine eingangs genannte Spuleneinheit, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie sowie eine Verwendung der Spuleneinheit bereitzustellen, welche den sicheren und gegen äußere Einwirkungen geschützten Einsatz der induktiven elektrischen Energieübertragung bei Fahrzeugen, insbesondere bei Landfahrzeugen wie Kraftfahrzeugen, ermöglichen. The object of the present invention is to overcome the above-mentioned disadvantages and to provide an initially mentioned coil unit, a device for the inductive transmission of electrical energy and a use of the coil unit, which protect the safe and against external influences use of inductive electrical energy transmission in vehicles, in particular on land vehicles such as motor vehicles.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit einer Spuleneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie eine Verwendung der Spuleneinheit mit den Merkmalen des Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the invention with a coil unit having the features of claim 1, a device for inductive transmission of electrical energy with the features of claim 10 and a use of the coil unit with the features of claim 11. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are in the Subclaims specified.

Erfindungsgemäß ist die eingangs genannte Spuleneinheit dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einer Außenseite des Gehäuses und den Spulenwicklungen ein Schutzelement gegen mechanische Beschädigungen der Spulenwicklungen angeordnet ist. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Spulen und die empfindlichen Spulenwicklungen gegen kleinere mechanische Beschädigungen geschützt sind, wie sie u.a. beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs häufiger auftreten, beispielsweise beim Überfahren von auf der Fahrbahn liegenden Gegenständen. Bevorzugt kann dabei das Schutzelement näher an der Außenseite des Gehäuses angeordnet sein, wobei vorteilhaft auch mehrere Schutzelemente oder Lagen von Schutzelementen vorhanden sein können. According to the invention, the coil unit mentioned in the introduction is characterized in that a protective element against mechanical damage to the coil windings is arranged between at least one outer side of the housing and the coil windings. This can advantageously be ensured that the coils and the sensitive coil windings are protected against minor mechanical damage, as they u.a. occur more frequently during operation of a motor vehicle, for example when driving over objects lying on the road. In this case, the protective element may preferably be arranged closer to the outside of the housing, wherein advantageously also a plurality of protective elements or layers of protective elements may be present.

Bevorzugt kann das Schutzelement ein nicht ferromagnetisches, also ein nicht magnetisch leitendes und/oder nicht elektrisch leitfähiges Material umfassen, so dass die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Spule nicht nachteilig beeinflusst werden. The protective element may preferably comprise a non-ferromagnetic, that is to say a non-magnetically conductive and / or non-electrically conductive material, so that the magnetic and / or electrical properties of the coil are not adversely affected.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Schutzelement ein faseriges Material umfassen, welches kleinere Beschädigungen gut vermeiden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schutzelement flächig ausgebildet, so dass eine gute Abdeckung der zu schützenden Spulenwicklungen erreicht werden kann. Hierbei kann das Schutzelement bevorzugt ein Gewebe oder Geflecht sein, welches die Fertigung der Spule erleichtert. Weiter vorteilhaft kann das Schutzelement Kevlar, Aramid, Aramidpapier, Kohlefaser und/oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff umfassen, wobei Kevlar den Vorteil aufweist, dass es sehr stabil ist und dennoch die magnetischen und/oder elektrischen Eigenschaften der Spule nicht nachteilig beeinflusst.In an advantageous embodiment of the invention, the protective element may comprise a fibrous material, which can avoid minor damage well. In an advantageous embodiment, the protective element is formed flat, so that a good coverage of the coil windings to be protected can be achieved. In this case, the protective element may preferably be a woven or braided fabric, which facilitates the production of the coil. Further advantageously, the protective element Kevlar, aramid, aramid paper, carbon fiber and / or carbon fiber reinforced plastic include, with Kevlar has the advantage that it is very stable and yet does not adversely affect the magnetic and / or electrical properties of the coil.

In einer vorteilhaften und kostengünstigen Ausgestaltung kann das Schutzelement nur auf einer Sichtseite des Gehäuses angeordnet sein, da es beim Einsatz in Fahrzeugen oder Ladestationen für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge grundsätzlich ausreicht, wenn die nach außen hin zugänglichen Teile, insbesondere die Sichtseite der Spuleneinheit, geschützt sind. Die zum Fahrzeug oder zum Fahrbahnboden weisenden Teile der Spuleneinheit werden bei kleineren Beanspruchungen in der Regel nicht beschädigt und benötigen deshalb keinen zusätzlichen Schutz. In an advantageous and cost-effective embodiment, the protective element can only on a visible side of the housing may be arranged, since it is basically sufficient when used in vehicles or charging stations for electrically powered vehicles when the externally accessible parts, in particular the visible side of the coil unit, are protected. The pointing to the vehicle or the roadway parts of the coil unit are usually damaged at lower loads and therefore need no additional protection.

In einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausführung können das Schutzelement und/oder die Spulenwicklungen fest in das Gehäuse eingebettet, insbesondere mit dem Gehäuse vergossen sein. In a production-technically advantageous embodiment, the protective element and / or the coil windings can be firmly embedded in the housing, in particular cast with the housing.

In einer sicherheitstechnisch günstigen Ausgestaltung kann das Schutzelement oder Teile davon eine andere Farbe als das Gehäuse aufweisen, insbesondere eine zur Farbe des Gehäuses kontrastierende Farbe. Dadurch können Beschädigungen der Spuleneinheit bei einer Inspektion schnell erkannt werden. Insbesondere bei einem faserigen Material für das Schutzelement kann dann auch der Grad der Beschädigung einfach festgestellt werden. Liegen beispielsweise die Fasern blank, sind aber noch nicht zerschnitten oder zerrissen, so ist die Beschädigung als weniger schlimm anzusehen als wenn die Fasern zerschnitten sind, was u.a. auch an herausstehenden Faserenden erkennbar ist. In letzterem Fall besteht dann auch die Gefahr, dass die Beschädigung bis zu den Spulenwicklungen reicht, welche ggf. dann auch Kurzschlussgefährdet sind. In a safety-advantageous embodiment, the protective element or parts thereof may have a different color than the housing, in particular a contrasting color of the housing color. As a result, damage to the coil unit during an inspection can be detected quickly. In particular, in a fibrous material for the protective element and the degree of damage can then be easily determined. For example, if the fibers are bare, but are not yet cut or torn, the damage is less serious than when the fibers are cut, which is among other things. Also visible on protruding fiber ends. In the latter case, there is also the risk that the damage extends to the coil windings, which may then be at risk of short circuits.

Erfindungsgemäß ist die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärspuleneinheit und/oder eine Sekundärspuleneinheit wie die oben und nachfolgend beschriebene Spuleneinheit ausgebildet sind.According to the invention, the device mentioned in the introduction is characterized in that a primary coil unit and / or a secondary coil unit are designed as the coil unit described above and below.

Vorteilhaft kann die diese Spuleneinheit auch als ortsfeste Primärspuleneinheit einer Ladestation und/oder Sekundärspuleneinheit eines beweglichen Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bei einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Primärspule der Primärspuleneinheit und einer Sekundärspule Sekundärspuleneinheit des beweglichen Verbrauchers verwendet werden. Denn die Gefahren einer Beschädigung der Spuleneinheit treten vor allem bei dem Einsatz im Bereich der elektrisch betriebenen Fahrzeuge auf, welche induktiv mit elektrischer Energie versorgt werden. Denn da diese Fahrzeuge in großer Zahl von normalen Verbrauchern verwendet werden sollen, muss eine große Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Benutzung durch die fachlich nicht speziell ausgebildeten Verbraucher sichergestellt werden, auch beim unsachgemäßen Einsatz. Advantageously, this coil unit can also be used as a stationary primary coil unit of a charging station and / or secondary coil unit of a mobile consumer, in particular of a motor vehicle, in a device for inductive transmission of electrical energy between a primary coil of the primary coil unit and a secondary coil secondary coil unit of the mobile consumer. Because the dangers of damage to the coil unit occur especially when used in the field of electrically powered vehicles, which are supplied with electrical energy inductively. Because these vehicles are to be used in large numbers of normal consumers, a great deal of safety and reliability in use by the non-specialist trained consumers must be ensured, even when improper use.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Spuleneinheit detailliert anhand von 1 beschrieben, welche eine schematische geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung 1 zeigt. Hereinafter, the coil unit according to the invention will be described in detail with reference to FIG 1 which shows a schematic sectional side view of an energy transmission device according to the invention 1 shows.

Die Energieübertragungsvorrichtung 1 weist in an sich bekannter Weise eine ortsfest am Fahrbahnboden 2 installierte Primärspuleneinheit 3 auf. Die Primärspuleneinheit 3 umfasst dabei als wesentliche Bestandteile ein Gehäuse 4 aus Kunststoff, in das eine Vielzahl von Spulenwicklungen 5 einer Primärspule 6 eingegossen sind. Das Gehäuse 4 weist die Form eines Kegelstumpfs auf, kann aber auch andere geeignete Formen haben. Zwischen einer nach außen hin zugänglichen, eine Außenseite des Gehäuses 4 bildende Sichtseite 7 und der Primärspule 6 respektive den Spulenwicklungen 5 ist im Kunststoff des Gehäuses 4 ein Schutzelement 8 in Form eines flächigen Gewebes aus Kevlar eingegossen. Kevlar weist hierbei den Vorteil auf, dass es weder elektrisch leitfähig noch ferromagnetisch ist. Das Schutzelement 8 beeinflusst deshalb die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Primärspule 6 und somit der Energieübertragungsvorrichtung 1 nicht. The energy transmission device 1 has a known manner, a stationary on the roadway floor 2 installed primary coil unit 3 on. The primary coil unit 3 includes as essential components a housing 4 made of plastic, in which a variety of coil windings 5 a primary coil 6 are poured. The housing 4 has the shape of a truncated cone, but may also have other suitable shapes. Between an outwardly accessible, an outside of the housing 4 forming visible side 7 and the primary coil 6 respectively the coil windings 5 is in the plastic of the case 4 a protective element 8th Cast in the form of a planar Kevlar fabric. Kevlar has the advantage that it is neither electrically conductive nor ferromagnetic. The protective element 8th therefore influences the electrical and magnetic properties of the primary coil 6 and thus the energy transmission device 1 Not.

Als weiteren Bestandteil weist die Energieübertragungsvorrichtung 1 in an sich bekannter Weise eine an einem Fahrzeugboden 9 eines Fahrzeugs 10 installierte Sekundärspuleneinheit 11 auf. Die Sekundärspuleneinheit 11 entspricht dabei in der vorliegenden Ausführung der Primärspuleneinheit 3 und weist wie diese ein kegelstumpfförmiges Gehäuse 12 aus Kunststoff auf, in das eine Vielzahl von Spulenwicklungen 13 einer Sekundärspule 14 eingegossen sind. Zwischen einer nach außen hin offenen Sichtseite 15 des Gehäuses 12 und den Spulenwicklungen 13 ist im Kunststoff des Gehäuses 4 ein Schutzelement 16 in Form eines flächigen Gewebes aus Kevlar eingegossen. As another component, the energy transmission device 1 in a conventional manner one on a vehicle floor 9 of a vehicle 10 installed secondary coil unit 11 on. The secondary coil unit 11 corresponds in the present embodiment, the primary coil unit 3 and, like this, has a frusto-conical housing 12 made of plastic, in which a variety of coil windings 13 a secondary coil 14 are poured. Between an open to the outside visible side 15 of the housing 12 and the coil windings 13 is in the plastic of the case 4 a protective element 16 Cast in the form of a planar Kevlar fabric.

In der vorliegenden Ausführung ist das Schutzelement 8 bzw. 16 in weißer Farbe gehalten, während die Gehäuse 4 bzw. 12 aus schwarzem Kunststoff gegossen sind. Hierdurch können Beschädigungen, die bis zum Schutzelement 8 bzw. 16 reichen, leicht von außen erkannt werden. Gerade bei einer Inspektion des in der Regel im Dunklen liegenden Fahrzeugbodens 9 können Beschädigungen der Sekundärspule 14 auch bei schlechten Lichtverhältnissen gut und sicher erkannt werden. Insbesondere wenn das Gewebe aus einem faserigen Material besteht, können zerrissene oder anderweitig beschädigte Fasern leicht erkannt werden.In the present embodiment, the protective element is 8th respectively. 16 kept in white color while the case 4 respectively. 12 are cast from black plastic. This can damage up to the protective element 8th respectively. 16 rich, easily recognized from the outside. Especially with an inspection of the usually lying in the dark vehicle floor 9 can damage the secondary coil 14 be recognized well and safely even in low light conditions. In particular, when the fabric is made of a fibrous material, torn or otherwise damaged fibers can be easily recognized.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Energieübertragungsvorrichtung Energy transmission device
22: Fahrbahnboden roadway floor
33: Primärspuleneinheit Primary coil unit
44: Gehäuse der Primärspuleneinheit Housing of the primary coil unit
55: Spulenwicklungen der Primärspulen Coil windings of the primary coils
66: Primärspule primary coil
77: Sichtseite der Primärspuleneinheit Visible side of the primary coil unit
88th: Schutzelement der Primärspuleneinheit Protective element of the primary coil unit
99: Fahrzeugboden vehicle floor
1010: Kraftfahrzeug motor vehicle
1111: Sekundärspuleneinheit Secondary coil unit
1212: Gehäuse der Sekundärspuleneinheit Housing of the secondary coil unit
1313: Spulenwicklungen der Sekundärspule Coil windings of the secondary coil
1414: Sekundärspule secondary coil
1515: Sichtseite der Sekundärspuleneinheit Visible side of the secondary coil unit
1616: Schutzelement der Sekundärspuleneinheit Protective element of the secondary coil unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009033236 A1 [0003]

Claims

Coil unit ( 3 ; 11 ) for the inductive transmission of electrical energy from a housing ( 4 ; 12 ) surrounded coil windings ( 5 ; 13 ) of a coil ( 6 ; 14 ), characterized in that between at least one outer side ( 7 ; 15 ) of the housing ( 4 ; 12 ) and the coil windings ( 5 ; 13 ) a protective element ( 8th ; 16 ) against mechanical damage of the coil windings ( 5 ; 13 ) is arranged.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to claim 1, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) comprises a non-ferromagnetic and / or non-electrically conductive material.

Coil unit according to claim 1 or 2, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) comprises a fibrous material.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) is formed flat.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) is a woven or braided fabric.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) Kevlar, aramid, carbon fiber and / or carbon fiber reinforced plastic.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) on a visible side ( 7 ; 15 ) of the housing ( 4 ; 12 ) is arranged.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) and / or the coil windings ( 5 ; 13 ) firmly in the housing ( 4 ; 12 ), in particular with the housing ( 4 ; 12 ) are shed.

Coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective element ( 8th ; 16 ) or parts thereof a different color than the housing ( 4 ; 12 ), in particular a to the color of the housing ( 4 ; 12 ) have contrasting color.

Contraption ( 1 ) for the inductive transmission of electrical energy between a primary coil ( 6 ) of a stationary primary coil unit ( 3 ) and a secondary coil ( 14 ) one on a mobile consumer, in particular a motor vehicle ( 9 ) arranged secondary coil unit ( 11 ), characterized in that the primary coil unit ( 3 ) and / or the secondary coil unit ( 11 ) are formed according to one of claims 1 to 9.

Use of a coil unit ( 3 ; 11 ) according to one of claims 1 to 9 as a stationary primary coil unit ( 3 ) and / or secondary coil unit ( 11 ) of a mobile consumer, in particular a motor vehicle ( 9 ), in a device ( 1 ) for the inductive transmission of electrical energy between a primary coil ( 6 ) of the primary coil unit ( 3 ) and a secondary coil ( 14 ) Secondary coil unit ( 10 ) of the mobile consumer.