EP4731467A1 - Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse - Google Patents

Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse

Info

Publication number
EP4731467A1
EP4731467A1 EP24735560.5A EP24735560A EP4731467A1 EP 4731467 A1 EP4731467 A1 EP 4731467A1 EP 24735560 A EP24735560 A EP 24735560A EP 4731467 A1 EP4731467 A1 EP 4731467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
edge
edge angle
power conversion
conversion arrangement
cutoff
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24735560.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Veit PFÄTTISCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brusa Elektronik AG
Original Assignee
Brusa Elektronik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brusa Elektronik AG filed Critical Brusa Elektronik AG
Publication of EP4731467A1 publication Critical patent/EP4731467A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/302—Cooling of charging equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/422—Discharge tongues
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4226—Fan casings
    • F04D29/4246—Fan casings comprising more than one outlet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/085—Cooling by ambient air
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10—Emission reduction
    • B60L2270/14—Emission reduction of noise
    • B60L2270/142—Emission reduction of noise acoustic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/30—Arrangement of components
    • F05D2250/38—Arrangement of components angled, e.g. sweep angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Eine Leistungsumwandlungsanordnung (3) dient als drahtlose Ladestation ("Ground-Pad-Modul") zur Energieversorgung eines drahtlosen Ladegerätes eines Elektrofahrzeugs. Sie weist eine magnetische Baugruppe (31) und eine elektronische Baugruppe (32) auf, sowie Wärmeabführungsmittel mit einem Radiallüfter (5) zum Kühlen der magnetischen und/oder der elektronischen Baugruppe. Der Radiallüfter (5) fördert mit einem Lüfterrad (51) die Luft in mindestens einen Auslasskanal (56) hinein an einer Cutoff-Kante (55) vorbei. Dabei ist die Cutoff-Kante (55) bezüglich einer Rotationsachse (53) des Radiallüfters (5) in einem Nahbereich (63) zum Lüfterrad (51) um einen wirksamen Kantenwinkel (k), angewinkelt, insbesondere um einen wirksamen Kantenwinkel (k) von mindestens zwanzig Grad.

Description

LEISTUNGSUMWANDLUNGSANORDNUNG MIT KÜHLGEBLÄSE
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungsanordnung zur Umwandlung der elektrischen Leistung eines elektrischen Speisestroms in elektromagnetische Leistung eines oszillierenden elektromagnetischen Leides. Die Leistungsumwandlungsanordnung umfasst eine magnetische Baugruppe zur Aufnahme eines elektrischen Wechselstroms und zur Abstrahlung eines oszillierenden elektromagnetischen Feldes, sowie eine elektronische Baugruppe zur Aufnahme des elektrischen Speisestroms und zu dessen Umwandlung in einen elektrischen Wechselstrom zur Versorgung der magnetischen Baugruppe. Die Leistungsumwandlungsanordnung umfasst ferner Wärmeabführungsmittel zum Abführen von Wärme, die von der elektronischen Baugruppe und/oder der magnetischen Baugruppe während ihres jeweiligen Leistungsumwandlungsbetriebs erzeugt wird.
Die Leistungsumwandlungsanordnung, die auch als drahtlose Ladestation oder als Ground-Pad-Modul (GPM) bezeichnet wird, kann zur Energieversorgung eines drahtlosen Ladegerätes, auch als Car-Pad-Modul (CPM) bezeichnet, eingesetzt werden. Ein solches CPM kann das oszillierende elektromagnetische, vorwiegend magnetische Feld vom GPM empfangen, in einen Wechselstrom umwandeln, diesen weiter umwandeln (typischerweise gleichrichten) und daraus einen Ladestrom (typischerweise Gleichstrom) bilden, der zum Laden einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs verwendet wird. Batterien von Elektrofahrzeugen können mit Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) geladen werden. Typische AC-Ladegeräte können eine Ladeleistung von bis zu 22 kW bereitstellen. AC -Ladesysteme können in kabelgebundene Ladesysteme und kabellose Ladesysteme unterteilt werden, wobei kabellose Ladesysteme hauptsächlich als induktive Ladesysteme (ICS) ausgeführt werden. Ein ICS besteht in der Regel aus zwei separaten Modulen, die häufig als Ground-Pad-Modul (GPM) und Car-Pad- Modul (CPM) bezeichnet werden. Das GPM wird außerhalb des Elektrofahrzeugs installiert, während das CPM im Inneren des Elektrofahrzeugs, in der Regel an der Unterseite des Lahrzeugs, angebracht ist. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem GPM und dem CPM ermöglicht die Energieübertragung vom GPM zum CPM, und das CPM wird wiederum zum Laden einer Batterie des Elektrofahrzeugs verwendet. Kabellose Ladesysteme sind oft bequemer für den Benutzer, da in der Regel kein manueller Eingriff erforderlich ist, um den Ladevorgang der Batterie zu starten, außer dem Abstellen des Lahrzeugs über dem GPM.
Ein GPM weist typischerweise eine magnetische Baugruppe und eine elektronische Baugruppe auf. Die magnetische Baugruppe weist eine Spule und Ferritelemente auf, die sich im Betrieb des GPM erwärmen und gekühlt werden müssen. Ebenso muss die elektronische Baugruppe gekühlt werden. Die magnetische und elektrische Baugruppe können in einem gemeinsamen Gehäuse oder in separaten, funktional gekoppelten Modulen angeordnet sein. Zum Kühlen der elektronischen Baugruppe und/oder der magnetischen Baugruppe kann eine Luftkühlung mit einem oder mehreren Radiallüftern angeordnet sein. Radiallüfter führen zu störenden Geräuschemissionen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Leistungsumwandlungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit einem Radiallüfter mit reduzierten Geräuschimmissionen.
Diese Aufgabe löst eine Leistungsumwandlungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Leistungsumwandlungsanordnung dient zur Umwandlung der elektrischen Leistung eines elektrischen Speisestroms in elektromagnetische Leistung eines oszillierenden elektromagnetischen Feldes. Sie weist auf:
• eine magnetische Baugruppe zur Aufnahme oder Abgabe eines elektrischen Wechselstroms und zur Abstrahlung eines oszillierenden elektromagnetischen Feldes, sowie
• eine elektronische Baugruppe zur Aufnahme des elektrischen Speisestroms und zu dessen Umwandlung in einen elektrischen Wechselstrom zur Versorgung der magnetischen Baugruppe,
• Wärmeabführungsmittel zum Abführen von Wärme, die von der elektronischen Baugruppe und/oder der magnetischen Baugruppe während ihres jeweiligen Leistungsumwandlungsbetriebs erzeugt wird.
Dabei ist es der Fall, dass die Wärmeabführungsmittel mindestens einen Radiallüfter aufweisen, der zum Fördern von Luft zum Kühlen der magnetischen und/oder der elektronischen Baugruppe angeordnet ist, wobei der Radiallüfter mit einem Lüfterrad die Luft in mindestens einen Auslasskanal hinein an mindestens einer Cutoff-Kante vorbei fördert, wobei die Cutoff-Kante bezüglich einer Rotationsachse des Radiallüfters in einem Nahbereich zum Lüfterrad um einen Winkel, im Folgenden wirksamer Kantenwinkel genannt, angewinkelt ist, insbesondere um einen wirksamen Kantenwinkel von mindestens zwanzig Grad.
Bei einem Radiallüfter ist die Cutoff-Kante der Teil des Ventilatorgehäuses am Auslass, der den Schaufelspitzen des Laufrads am nächsten ist. Eine herkömmliche Abtrennung hat eine gerade Kante parallel zu den Schaufelspitzen, während die Kanten einer V-Kerbe schräg zu den Schaufelspitzen verlaufen.
Kantenwinkel können beispielsweise in einer Projektion der Cutoff-Kante entlang die Richtung einer Verbindungsgeraden zwischen der Cutoff-Kante und der Rotationsachse gemessen werden. Die Projektion kann auf eine Ebene erfolgen, welche die Rotationsachse enthält und normal zur Verbindungsgeraden liegt. Wenn in einem Abschnitt der Cutoff-Kante die Cutoff-Kante in dieser Projektion nicht geradlinig verläuft, wird eine Ausgleichsgerade (Regressionsgerade) durch diese Projektion gelegt. Der Winkel dieser Ausgleichsgerade relativ zur Rotationsachse wird als mittlerer Kantenwinkel in diesem Abschnitt betrachtet.
Der wirksame Kantenwinkel ist so bezeichnet, weil der entsprechende Abschnitt der Cutoff-Kante im Nahbereich zum Lüfterrad hegt und damit einen starken Einfluss auf die Strömung und auf die Geräuschentwicklung hat. Der wirksame Kantenwinkel kann als der mittlere Kantenwinkel im Nahbereich definiert sein. Er kann auch als der mittlere Kantenwinkel in einem Bereich bis zur halben Höhe des Lüfterrads definiert sein.
Indem die Cutoff-Kante wie oben beschrieben angewinkelt ist, führt sie im Nahbereich vom Lüfterrad weg zu einem entfernten Bereich. Je mehr die Cutoff-Kante vom Lüfterrad entfernt ist, desto geringer sind Verwirbelungen und Geräuschemissionen, jedoch auf Kosten der Förderleistung. Mit der Wahl des wirksamen Kantenwinkels im Nahbereich kann ein Ausgleich zwischen diesen gegensätzlichen Anforderungen geschaffen werden.
Die magnetische und die elektronische Baugruppe sind funktional miteinander verbunden, indem sie elektrische Energie austauschen. Sie können in einem gemeinsamen Gehäuse oder Modul angeordnet sein, oder in separaten Gehäusen Modulen, die elektrisch miteinander verbunden sind.
In Ausführungsformen liegt die Leistungsumwandlungsanordnung in Kombination mit einem drahtlosen Ladegerät vor, wobei die Leistungsumwandlungsanordnung als drahtlose Ladestation ausgebildet ist, und die Leistungsumwandlungsanordnung und das Ladegerät zusammen ein induktives Leistungsübertragungssystem bilden, insbesondere zum Laden oder Entladen einer Batterie eines Fahrzeugs. In Ausführungsformen beträgt der mittlere wirksame Kanten winkel zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°, insbesondere 45°.
In Ausführungsformen verläuft die Cutoff-Kante, beginnend beim Nahbereich, zunächst im Nahbereich im Mittel mit einem ersten Kantenwinkel, und anschliessend verläuft sie im Mittel mit einem zweiten Kantenwinkel, wobei der zweite Kantenwinkel kleiner ist als der erste Kantenwinkel.
Dies hat als Wirkung, dass im Nahbereich der Abstand der Cutoff-Kante vom Lüfterrad grösser wird, als dies bei einem Verlauf der Cutoff-Kante in die gleiche Richtung wie im verbleibenden Bereich der Fall wäre. Der geförderte Luftstrom erfährt dadurch im Nahbereich eine vergleichsweise weniger starke Ablenkung und hat einen grösseren Strömungsquerschnitt. Dadurch erfährt die Strömung eine bessere Ablösung von der Cutoff-Kante, mit weniger Verwirbelungen. Dies hat eine merkliche Verringerung der akustischen Emissionen zur Folge. Zusätzlich zum oben beschriebenen Ausgleich zwischen Emissionen und Förderleistung ist mit dieser Form der Cutoff-Kante eine Verringerung der Emissionen bei gleicher Förderleistung möglich.
Die Charakterisierung des Verlaufs der Cutoff-Kante kann in derselben Projektion erfolgen, wie sie oben bezüglich des Kantenwinkels beschrieben ist. Wenn also vom Winkel der Cutoff-Kante an einer bestimmten Stelle oder als mittlerer Winkel über einen bestimmten Abschnitt der Cutoff-Kante die Rede ist, sind damit Winkel in dieser Projektion zu verstehen. Die Aussagen bleiben gültig, wenn die Projektionsrichtung und die Projektionsebene leicht um die Rotationsachse verdreht werden.
In Ausführungsformen weist die Cutoff-Kante den folgenden Verlauf auf: beginnend beim Nahbereich verläuft sie zunächst im Nahbereich mit dem ersten Kantenwinkel und anschliessend im entfernten Bereich mit einem kleineren Kantenwinkel. Insbesondere verläuft sie mit jeweils einem stetigen Übergang zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kantenwinkeln. Dieser stetige Übergang ist bezüglich Verwirbelung vorteilhaft.
In Ausführungsformen weist die Cutoff-Kante einen S-förmigen Verlauf auf: beginnend beim Nahbereich verläuft sie zunächst im Nahbereich mit dem ersten Kantenwinkel und anschliessend einem kleineren Kantenwinkel, und anschliessend im entfernten Bereich mit einem wieder grösseren Kantenwinkel. Insbesondere verläuft sie mit jeweils einem stetigen Übergang zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kantenwinkeln.
In Ausführungsformen weist die Cutoff-Kante einen U-förmigen Verlauf auf: beginnend beim Nahbereich verläuft sie zunächst im Nahbereich mit dem ersten Kantenwinkel und anschliessend einem kleineren Kantenwinkel, und anschliessend im entfernten Bereich mit mindestens einem Kantenwinkel mit umgekehrtem Vorzeichen. Insbesondere verläuft sie mit jeweils einem stetigen Übergang zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kantenwinkeln.
In Ausführungsformen deckt, bezüglich einer Ausdehnung des Lüfterrads in Richtung der Rotationsachse betrachtet, im Folgenden Höhe des Lüfterrads genannt, der Nahbereich zwischen 10% und 60% der Höhe des Lüfterrads ab, insbesondere zwischen 20% und 40% der Höhe des Lüfterrads.
Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 eine Garage mit einem darin abgestellten Fahrzeug;
Figur 2 eine Anordnung einer kabellosen Ladestation und eines kabellosen Ladegeräts; Figur 3 einen Radiallüfter der kabellosen Ladestation;
Figur 4 -5 perspektivische Darstellungen des Lüfterrads in Relation zu einer Cutoff-Kante;
Figur 6 eine seitliche Ansicht der Cutoff-Kante; und Figur 7 - 9 verschiedene Verläufe einer Cutoff-Kante.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder funktional gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine Garage 1, in der ein Fahrzeug 2 über einer kabellosen Ladestation 3 geparkt ist, die sich ausserhalb des Fahrzeugs 2 befindet und einen Sender zur Übertragung eines oszillierenden Magnetfeldes aufweist. Die Ladestation 3 ist in der Figur sichtbar, da das Fahrzeug 2 transparent dargestellt ist. Eine solche Ladelösung ist sehr komfortabel und erspart dem Fahrer das An- und Abstecken eines Ladekabels.
Figur 2 ist eine Vergrößerung eines Ausschnitts von Abbildung 1 und zeigt die kabellose Ladestation 3 oder GPM (Ground Pad Module) sowie ein über der Ladestation 3 angeordnetes kabelloses Ladegerät 4 oder CPM (Car Pad Module) zum Aufladen einer Traktionsbatterie, typischerweise einer Hochspannungsbatterie (HV), des Fahrzeugs 2. Das besagte Ladegerät 4 ist in das Fahrzeug 2 eingebaut. Als Teile innerhalb des GPM 3 sind schematisch eine magnetische Baugruppe 31 und eine elektronische Baugruppe 32 eingezeichnet. Die magnetische Baugruppe weist eine Spule und Ferritelemente auf, die sich im Betrieb des GPM 3 erwärmen und gekühlt werden müssen. Ebenso muss die elektronische Baugruppe 32 gekühlt werden. Die magnetische und elektrische Baugruppe können wie hier gezeigt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ können sie in separaten Gehäusen oder Modulen angeordnet sein, die funktional zum Austausch elektrischer Energie miteinander gekoppelt sind. Figur 3 zeigt schematisch einen im GPM 3 angeordneten Radiallüfter 5 zur Luftkühlung von Baugruppen des GPM 3, insbesondere der magnetischen Baugruppe 31 und/oder der elektronischen Baugruppe 32. Dazu wird Kühlluft über die Ferrite und Litze der magnetischen Baugruppe 31 geleitet, sowie über die elektronische Baugruppe 323.
Der Radiallüfter 5 weist ein Lüfterrad 51 mit einer Rotationsachse 53 und Schaufeln 52 auf. Das Lüfterrad 51 fördert Kühlluft von einem Einlassbereich 54 her zu einem oder mehreren Auslasskanälen 56. Bei jedem Auslasskanal 56 wird an einer Cutoff- Kante 55 der Luftstrom vom Lüfterrad 51 weg in den Auslasskanal 56 geleitet. Dabei entstehen Verwirbelungen des Luftstroms an der Cutoff-Kante 55, die zu Geräuschemissionen führen und den Wirkungsgrad des Radiallüfters 5 verschlechtern.
Figur 4 und 5 zeigen perspektivische Darstellungen nur des Lüfterrads 51 in Relation zur Cutoff-Kante 55. Figur 6 zeigt eine seitliche Ansicht nur der Cutoff-Kante 55. Die Darstellung zeigt zwei geneigte und leicht geschwungene Linien. Die linke dieser Linien stellt den in der Ansicht sichtbaren äussersten Rand der Cutoff-Kante 55 dar, die rechte dieser Linien stellt einen Übergang zwischen einem gekrümmten Bereich der Cutoff-Kante 55 und einem daran anschliessenden planen Bereich der Wandung des Auslasskanals 56 dar.
Die Cutoff-Kante 55 als Ganzes ist bezüglich der Rotationsachse 53 geneigt. Ein gemittelter Verlauf der Cutoff-Kante 55 ist strichliert eingezeichnet. Der Winkel dieses Verlaufs bezüglich der Rotationsachse 53 ist als mittlerer Winkel oder Kantenwinkel k bezeichnet. Werden nur einzelne Abschnitte der Cutoff-Kante 55 betrachtet, so können diese einen anderen mittleren Kantenwinkel aufweisen.
In der Figur 6 im unteren Teil der Cutoff-Kante 55 beginnend weist die Cutoff-Kante
55 einen ersten Randbereich 64 auf, der in einem Höhenbereich unterhalb eines unteren Randes des Lüfterrads 51 verläuft. Anschliessend weist die Cutoff-Kante 55 einen ersten Randbereich 64 auf, in welchem die Cutoff-Kante 55 zunächst nahe am Lüfterrad 51 und dann sich von diesem entfernend verläuft, zu einem entfernten Bereich 62 hin. Anschliessend an den entfernten Bereich 62 liegt ein zweiter Randbereich 61, der in einem Höhenbereich oberhalb eines oberen Randes des Lüfterrads 51 verläuft. Wenn im Folgenden von "Höhe" die Rede ist, dann ist damit die Höhe wie in der Figur 6 gemeint, also ausgehend vom unteren Rand des Lüfterrads 51. Der Einlassbereich 54 liegt unterhalb des Lüfterrads 51. Die einströmende Luft gelangt also von unten her in das Lüfterrad 51.
Der Nahbereich 63 kann auch als wirksamer Bereich bezeichnet werden, und der mittlere Kantenwinkel im Nahbereich 63 als wirksamer Kantenwinkel, weil er einen relativ grossen Einfluss auf die Luftströmung und die damit verbundenen Effekte bezüglich Lärm und Förderleistung hat. Der Nahbereich kann, je nach Ausführungsform, zwischen 10% und 60% der Höhe des Lüfterrads 51 abdecken, insbesondere zwischen 20% und 40% der Höhe des Lüfterrads 51.
In einer Projektion auf eine Eben normal zur Rotationsachse 53 weist die Cutoff-Kante 55 einen keilförmigen Querschnitt auf, wie in Figur 3 gut erkennbar. Mit zunehmender Höhe der Cutoff-Kante 55 entfernt sie sich einerseits vom Lüfterrad 51 und andererseits wird die Krümmung (in der genannten Projektion betrachtet) zunehmend kleiner. Dies ist in der Figur 3 durch strichlierte Höhenlinien dargestellt: Die durchgehende Linie entspricht dem Verlauf der Cutoff-Kante 55 auf der Höhe des ersten Randbereichs 64, die strichlierten Linien dem Verlauf bei zunehmender Höhe. Dies hat zur Folge, dass bei zunehmender Höhe der Weg des Luftstroms entlang der Cutoff-Kante 55 länger wird. Damit wird die Umlenkung der Luft geringer. Diese geringere Umlenkung, in Kombination mit dem grösseren Abstand zum Lüfterrad 51, führt dazu, dass die Verwirbelung der Luft mit den erwähnten nachteiligen Wirkungen kleiner wird. Die Ablösung des Luftstroms in den Auslasskanal 56 wird also verbessert. Dies geschieht auf Kosten der Förderleistung. Gemäss vorgegebenen Designkriterien kann durch die Wahl des wirksamen Kantenwinkels ein Ausgleich zwischen Geräuschentwicklung und Förderleistung gewählt werden.
Durch eine spezielle Formgebung des Verlaufs der Cutoff-Kante 55 kann bei diesem Ausgleich ein Gesamtoptimum verbessert werden: Die Cutoff-Kante 55 gemäss Figur 6 weist dazu einen S-förmigen Verlauf auf: Beginnend beim Nahbereich 63 verläuft sie zunächst im Nahbereich 63 mit einem ersten Kantenwinkel und anschliessend einem kleineren Kantenwinkel, und anschliessend im entfernten Bereich 62 mit einem wieder grösseren Kantenwinkel.
Bestimmend dabei ist der Verlauf mit dem der zunächst grösseren und dann kleineren Kantenwinkel. Damit kann beispielsweise, verglichen mit einer geraden Cutoff-Kante 55, bei gleicher Geräuschentwicklung eine bessere Förderleistung erzielt werden. Alternativ kann bei gleichere Förderleistung eine geringer Geräuschentwicklung erzielt werden. Das Optimum des Verlaufs kann durch numerische Simulationen ermittelt werden.
Der Verlauf der Cutoff-Kante 55 über die gesamte Höhe kann verschieden gestaltet sein, wie in den Figuren 7-9 gezeigt. Diese zeigen jeweils schematisch gerade Abschnitte, entsprechend mittleren Kantenwinkeln der jeweiligen Abschnitte. Typischerweise sind die Übergänge zwischen den Abschnitten geglättet oder abgerundet, also mit stetigen Übergängen wie in der Figur 6.
Figur 7: Die Cutoff-Kante 55 verläuft im ganzen Nahbereich (63) mit dem ersten Kantenwinkel und anschliessend im entfernten Bereich (62) mit einem kleineren Kantenwinkel. Figur 8: Die Cutoff-Kante 55 weist einen S-förmigen Verlauf auf, wie oben schon detailliert beschrieben. Figur 9: die Cutoff-Kante 55 weist einen U- förmigen Verlauf auf, beginnend im Nahbereich 63 mit dem ersten Kantenwinkel und anschliessend einem kleineren Kantenwinkel, und anschliessend im entfernten Bereich (62) mit mindestens einem Kanten winkel mit umgekehrtem Vorzeichen. Gemäss weiteren Ausführungsformen verläuft die Cutoff-Kante 55 im entfernten Bereich zumindest annähernd spiegelbildlich zum Nahbereich 63.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Garage
2 Fahrzeug
3 GPM
31 magnetische Baugruppe
32 elektronische Baugruppe
4 CPM
5 Radiallüfter
51 Lüfterrad
52 Schaufeln
53 Rotationsachse
54 Einlassbereich
55 Cutoff-Kante
56 Auslasskanal
61 erster Randbereich
62 entfernter Bereich
63 Nahbereich
64 zweiter Randbereich

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Leistungsumwandlungsanordnung (3) zur Umwandlung der elektrischen Leistung eines elektrischen Speisestroms in elektromagnetische Leistung eines oszillierenden elektromagnetischen Feldes, aufweisend
• eine magnetische Baugruppe (31) zur Aufnahme oder Abgabe eines elektrischen Wechselstroms und zur Abstrahlung eines oszillierenden elektromagnetischen Feldes, sowie
• eine elektronische Baugruppe (32) zur Aufnahme des elektrischen Speisestroms und zu dessen Umwandlung in einen elektrischen Wechselstrom zur Versorgung der magnetischen Baugruppe,
• Wärmeabführungsmittel zum Abführen von Wärme, die von der elektronischen Baugruppe und/oder der magnetischen Baugruppe während ihres jeweiligen Leistungsumwandlungsbetriebs erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeabführungsmittel mindestens einen Radiallüfter (5) aufweisen, der zum Fördern von Luft zum Kühlen der magnetischen und/oder der elektronischen Baugruppe angeordnet ist, wobei der Radiallüfter (5) mit einem Lüfterrad (51) die Luft in mindestens einen Auslasskanal (56) hinein an mindestens einer Cutoff-Kante (55) vorbei fördert, wobei die Cutoff-Kante (55) bezüglich einer Rotationsachse (53) des Radiallüfters (5) in einem Nahbereich (63) zum Lüfterrad (51) um einen Winkel, im Folgenden wirksamer Kantenwinkel (k) genannt, angewinkelt ist, insbesondere um einen wirksamen Kantenwinkel (k) von mindestens zwanzig Grad.
2. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss Anspruch 1, in Kombination mit einem drahtlosen Ladegerät (4), wobei die Leistungsumwandlungsanordnung (3) als drahtlose Ladestation ausgebildet ist, und die Leistungsumwandlungsanordnung (3) und das Ladegerät (4) zusammen ein induktives Leistungsübertragungssystem bilden, insbesondere zum Laden oder Entladen einer Batterie eines Fahrzeugs (2).
3. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mittlere wirksame Kanten winkel (k) zwischen 30° und 60° beträgt, insbesondere zwischen 40° und 50°, insbesondere 45°.
4. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Cutoff-Kante (55), beginnend beim Nahbereich (63), zunächst im Nahbereich (63) im Mittel mit einem ersten Kantenwinkel verläuft und anschliessend im Mittel mit einem zweiten Kantenwinkel verläuft, wobei der zweite Kantenwinkel kleiner ist als der erste Kantenwinkel.
5. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss Anspruch 4, wobei die Cutoff- Kante (55) den folgenden Verlauf aufweist: beginnend beim Nahbereich (63), zunächst im Nahbereich (63) mit dem ersten Kantenwinkel und anschliessend im entfernten Bereich (62) mit einem kleineren Kantenwinkel, und insbesondere mit jeweils einem stetigen Übergang zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kantenwinkeln.
6. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss Anspruch 4, wobei die Cutoff- Kante (55) einen S-förmigen Verlauf aufweist, beginnend beim Nahbereich (63), zunächst im Nahbereich (63) mit dem ersten Kanten winkel und anschliessend einem kleineren Kantenwinkel, und anschliessend im entfernten Bereich (62) mit einem wieder grösseren Kantenwinkel, und insbesondere mit jeweils einem stetigen Übergang zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kantenwinkeln.
7. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss Anspruch 4, wobei die Cutoff- Kante (55) einen U-förmigen Verlauf aufweist, beginnend beim Nahbereich (63), zunächst im Nahbereich (63) mit dem ersten Kanten winkel und anschliessend einem kleineren Kantenwinkel, und anschliessend im entfernten Bereich (62) mit mindestens einem Kanten winkel mit umgekehrtem Vorzeichen, und insbesondere mit jeweils einem stetigen Übergang zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Kantenwinkeln.
8. Leistungsumwandlungsanordnung (3) gemäss einem Ansprüche 4 bis 6, wobei bezüglich einer Ausdehnung des Lüfterrads (51) in Richtung der Rotationsachse (53) betrachtet, im Folgenden Höhe des Lüfterrads (51) genannt, der Nahbereich (63) zwischen 10% und 60% der Höhe des Lüfterrads (51) abdeckt, insbesondere zwischen 20% und 40% der Höhe des Lüfterrads (51).
EP24735560.5A 2023-06-22 2024-06-17 Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse Pending EP4731467A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023116495.3A DE102023116495A1 (de) 2023-06-22 2023-06-22 Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse
PCT/EP2024/066828 WO2024260927A1 (de) 2023-06-22 2024-06-17 Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4731467A1 true EP4731467A1 (de) 2026-04-29

Family

ID=91664245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24735560.5A Pending EP4731467A1 (de) 2023-06-22 2024-06-17 Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4731467A1 (de)
KR (1) KR20260021048A (de)
CN (1) CN121311377A (de)
DE (1) DE102023116495A1 (de)
WO (1) WO2024260927A1 (de)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54122415A (en) * 1978-03-15 1979-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd Blower
DE4313617C2 (de) * 1993-04-26 1996-04-25 Kreis Truma Geraetebau Radialgebläse
DE19619692A1 (de) * 1995-05-23 1996-11-28 Unisia Jecs Corp Zentrifugalpumpe
US6039532A (en) * 1996-07-18 2000-03-21 Iowa State University Research Foundation, Inc. Blower fan blade passage rate noise control scheme
DE29920373U1 (de) * 1999-11-19 2000-01-13 Motoren Ventilatoren Landshut Gmbh, 84030 Landshut Gehäuse für einen Lüfter, insbesondere einen Radiallüfter
US7597541B2 (en) * 2005-07-12 2009-10-06 Robert Bosch Llc Centrifugal fan assembly
US20090169373A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Fu Zhun Precision Industry (Shen Zhen) Co., Ltd. Centrifugal blower and bottom housing thereof
DE102008051362A1 (de) * 2008-10-15 2010-04-22 Behr Gmbh & Co. Kg Radialgebläsegehäuse
RU2506181C2 (ru) * 2009-07-15 2014-02-10 Кондуктикс-Вампфлер Гмбх Система для индуктивной зарядки транспортных средств, снабженных электронной системой позиционирования
DE102020202840A1 (de) * 2020-03-05 2021-09-09 Mahle International Gmbh Stationäre Induktionsladevorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung

Also Published As

Publication number Publication date
CN121311377A (zh) 2026-01-09
DE102023116495A1 (de) 2024-12-24
KR20260021048A (ko) 2026-02-12
WO2024260927A1 (de) 2024-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19757605C2 (de) Elektromotor mit Kühlung
DE3642724A1 (de) Elektromotor mit einem frequenzumrichter zur steuerung der motorbetriebsgroessen
WO2017178321A1 (de) Ladestecker und ladestation zur abgabe elektrischer energie an einen empfänger elektrischer energie
DE102021115991B3 (de) Verbindungselement zum Einbau in eine elektrische Komponente, elektrische Komponente und Fahrzeug mit einer elektrischen Komponente
DE102008001028A1 (de) Gehäuse für eine elektronische Schaltung mit Kühlkanalsystem
DE102019112105A1 (de) Elektrofahrzeug mit einer Batterie in Unterfluranordnung
WO2020052971A1 (de) Stromkompensierte drossel, filter, hochvoltbordnetz sowie kraftfahrzeug
EP1343954A1 (de) Elektrisch angetriebener strömungsverdichter
DE112017008053T5 (de) Elektromotor- und Inverteranordnung
EP3380735B1 (de) Schaufel eines luftförderrads mit s-förmiger schaufelkantengeometrie
EP4584119A1 (de) Fahrzeug-ladedose und fahrzeug
EP4731467A1 (de) Leistungsumwandlungsanordnung mit kühlgebläse
DE2242572A1 (de) Staubsaugeraggregat
DE102022129660A1 (de) Adapter und Adapterbaugruppe
EP2132808B1 (de) Batterie
WO2020058052A1 (de) Strömungsleitvorrichtung und frontend-modul für ein kraftfahrzeug
DE102019217508A1 (de) Elektromaschinensystem und Kraftfahrzeug
DE102010054848A1 (de) Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
DE102018104831A1 (de) Lüfteranordnung für ein Kraftfahrzeug
DE102021102778A1 (de) Abschirmfederkontakt, Steckverbinder mit einem Abschirmfederkontakt und Steckverbindersystem mit einem Abschirmfederkontakt
WO2025119910A1 (de) Hauptspulenbaugruppe und modul mit einer hauptspulenbaugruppe
DE202025105942U1 (de) Wellenerdungsring
DE102023117935A1 (de) Drahtloses lademodul mit kühlsystem
WO2025224226A1 (de) Drahtloses lademodul mit kühlsystem
WO2024153799A1 (de) Batteriegehäuse und batteriesystem

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20251202

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR