WO2014139605A1 - Primärseitige spulenanordnung zur induktiven energieübertragung mit quadrupolen - Google Patents

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WO2014139605A1
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Faical Turki
Jürgen MEINS
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Paul Vahle Gmbh & Co. Kg
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    • H01F2003/005—Magnetic cores for receiving several windings with perpendicular axes, e.g. for antennae or inductive power transfer

Definitions

  • the present invention relates to a primary-side coil arrangement for an inductive energy transmission system for transmitting energy between a primary and a secondary-side coil arrangement.
  • Primary coil arrangements for inductive energy transmission systems are widely known. There are e.g. simple circular planar coils or two planar rectangular coils used for energy transfer on the primary side.
  • a disadvantage of the known primary-side coil arrangements is that the power density is often not high enough or due to the selected coil arrangement, this only cooperates with a specific coil arrangement on the secondary side with a satisfactory efficiency.
  • the object of the present invention is to provide a primary-side coil arrangement which has the highest possible power density and, if necessary, is compatible with various secondary-side coil arrangements.
  • the invention is based on the fundamental idea that the magnetic fluxes generated with the four coil regions can be determined relative to one another by the phase position of the coil currents relative to one another, so that a maximum power density can be achieved depending on the use of a specific or several secondary coil arrangement types.
  • the invention includes Also, embodiments in which the primary-side arrangement is always operated only with a certain secondary-side Spulenan glovessart, in which case an automatic adjustment to other secondary-side coil arrangement types need not be implemented.
  • the currents are to be permanently adjusted or adjusted so that the respectively required phase positions of the magnetic flux with respect to one another are set in the coil regions of the primary-side coil arrangement.
  • the primary-side arrangement can detect the secondary-side coil arrangement type and then adjust or adjust the phase position of the coil currents accordingly. This can be done by communication between the primary and secondary side arrangements. However, it is also possible that the primary-side arrangement recognizes the nature of the secondary coil arrangement due to the coupling. Thus, the primary control device can change the phase position of the magnetic fluxes in the coil regions of the primary coil arrangement between different modes and determine the coupling for each mode, the best coupling determining the mode to be selected for the energy transmission.
  • the four coil regions according to the invention are each formed by individual planar coils that are as far as possible non-overlapping.
  • a substantially higher power density is achievable when using overlapping primary-side coils forming the four coil regions, two coils each comprising a coil region at least on three sides.
  • the four coil regions can advantageously be formed from four rectangular coils, wherein each two rectangular coils are arranged with their longer sides next to each other and together form a pair of coils. The two coil pairs are rotated by 90 ° to each other over each other. This advantageous arrangement results in a mechanical and electrical decoupling of the coils, whereby magnetically decoupled circuits and a higher power density can be achieved by better utilization of the ferrites.
  • the 2-phase spatially and temporally offset 90 ° coil system generates a spatially rotating 2-pole field distribution.
  • the coil regions can also be referred to as magnetic poles, since they are distinguished by the fact that within a coil region the magnetic flux has the same phase position everywhere.
  • This mode may also be referred to as the first mode.
  • the respective coil regions of the primary coil arrangement assigned to a secondary-side coil must each have phase-magnetic Generate rivers.
  • the phase position of the magnetic fluxes of the primary-side coil regions, which are assigned to different secondary-side coils, is 180 ° to one another. This mode can also be called a second mode.
  • a secondary-side coil arrangement which, like the primary-side coil arrangement, has four coil regions, the four primary-side coil regions should produce magnetic fluxes whose phase positions correspond to 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °.
  • This mode can also be called the third mode.
  • the coils of the coil assemblies each form, together with capacitances, parallel or series resonant circuits.
  • the coils of a coil pair can advantageously be connected in series.
  • the primary-side coil arrangement according to the invention can be formed from individual coils, advantageously four planar overlapping coils, which are arranged parallel to a ferrite and together with them form the coils and coil regions.
  • the coil areas can be square, rectangular, part-circular (pie) or triangular in shape, each coil region is arranged in a quadrant of a rectangular coordinate system.
  • the shape of each coil region can be arbitrarily formed within a quadrant.
  • the primary-side coil arrangement can consequently have a rectangular, in particular square, round, in particular circular, or elliptical outer contour. The same applies to the secondary-side coil arrangement.
  • planar windings are to be formed according to the shape of the required coil areas, in the form that they surround or surround two coil areas.
  • a coil can surround two coil regions arranged in adjacent or diagonally opposite quadrants, wherein the respective overlapping coils are arranged orthogonal to one another.
  • At least one further coil is arranged parallel to the previously described coil arrangement with four coil regions, which can generate its own magnetically decoupled magnetic field. In this way, an improved coupling can be achieved with a horizontal offset between the primary-side and secondary-side coil arrangement.
  • inductive energy transmission systems form the coils of the coil assembly together with at least one capacitor resonant circuits.
  • the primary-side oscillating circuits are fed by at least one controlled inverter.
  • Fig. 1 A coil arrangement according to the invention with four in one
  • FIG. 2 shows a primary coil arrangement with four coil areas in cooperation with a secondary circular coil arrangement
  • Fig. 3 primary coil assembly consisting of four rectangular
  • Fig. 6 primary coil assembly consisting of four semicircular and overlapping coils
  • Fig. 7 primary coil assembly consisting of four triangular and overlapping coils
  • FIG. 8 shows a special form of a primary coil arrangement consisting of two coils forming Eighth, which are arranged orthogonal to one another and form four coil areas;
  • FIG. 9 inductive energy transmission device with a primary-side and a secondary-side coil arrangement
  • FIG. 10 shows a possible embodiment of the primary coil arrangement as a solenoid
  • FIG. 11 shows a primary coil arrangement according to FIG. 9 with a secondary solenoid coil arrangement
  • Fig. 12 Circuit for the primary side of an inductive power transmission system
  • Fig. 13 Circuit for the secondary side of an inductive power transmission system.
  • FIG. 1 shows a coil arrangement Ai according to the invention with four coil areas BE P 1, BE P2 , BE P3 and BE P4 lying in one plane.
  • the coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 , BE P4 are arranged in the quadrants I to IV for a better understanding of the invention.
  • the individual coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 , BE P4 have mutually different shapes and sizes.
  • the coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 , BE P4 are clamped by coils, which are not shown in Figure 1, since the coil shapes and number of coils can be configured differently.
  • the phase position of the magnetic fluxes in the individual coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 , BE P4 can be set. If only one secondary-side coil arrangement type is always used or used, the phase positions in the individual coil regions BE P i, BE P2 , BE P3 , BE P4 of the primary-side coil arrangement Ai can be predefined. Once interoperability is required, i. E. different secondary secondary-side coil arrangements A 2 energy is to be supplied by means of the primary-side coil arrangement Ai, the phase angles of the magnetic fluxes in the primary-side coil regions BE P i, BE P2 , BE P3 , BE P4 be mutually changeable.
  • FIG. 2 shows a primary coil arrangement Ai according to the invention with four coil areas BE P 1, BE P2 , BE P3 , BE P4 in cooperation with a secondary coil arrangement A 2 with a circular coil SP S i.
  • the coil arrangements A 1 and A 2 preferably have the same external appearance Contours on. However, it is possible that the shape and size of the coil assemblies Ai and A 2 differ from each other.
  • the magnetic flux densities Bi to B 4 must be the same, ie. H . the phase difference is between all coil areas 0 °.
  • FIG. 3 shows a primary coil arrangement Ai consisting of four rectangular coils SPi to SP 4 .
  • the coils SPi and SP 2 form a first coil pair SPpi and the coils SP 3 and SP 4 form a second coil pair SP P2 .
  • the phase position cpli of the current Ii flowing through the coil SPi is selected such that a magnetic flux B S PI with a phase position cpB S pi of 0 ° adjusts itself in the total area encompassed by the coil SPi.
  • the phase position CPL 2 of the current flowing through the coil SP 2 current I 2 is chosen such that a magnetic flux is established B SP2 having a phase angle CPB SP2 of 180 ° in the area spanned by the coil SP 2 Gross.
  • the phase position cpl 3 of the current flowing through the coil SP 3 current I 3 is chosen such that a magnetic flux B adjusts SP3 having a phase angle CPB SP3 of 90 ° in the area spanned by the coil SP 3 Total.
  • the phase position cpl 4 of the current flowing through the coil SP 4 current I 4 is selected such that adjusts a magnetic flux B S p 4 with a phase position cpB S p 4 of 270 ° in the spanned by the coil SP 4 total area.
  • a secondary coil arrangement A 2 likewise having four coil regions BE S i -4 , which is shown on the right in FIG. 2, can cooperate with the previously primary coil arrangement Ai according to FIG. 3, wherein the secondary coil arrangement can be constructed identically to the primary coil arrangement Ai.
  • the phase positions coil currents in the coils of the secondary-side coil assembly A 2 can move relative to the values indicated in the figure.
  • Figures 4 and 5 show primary coil assembly Ai, which may be constructed identical to the primary coil assembly Ai shown in Figure 3 in cooperation with a secondary coil assembly A 2 consisting of two rectangular coils SSi and SS 2 , which are operated in push-pull.
  • the coils SSi and SS 2 are shaped so that they spatially superimpose the size and shape of two juxtaposed primary-side coil regions BE P i, BE P2 and BE P3 , BE P4 .
  • the magnetic fluxes B, in the primary coil regions BEpi, BE P2 , BE P3 , BE P4 which respectively correspond to a secondary-side coil SSi, SS 2 , must have the same phase position cpB.
  • the coil areas BEpi and BE P2 correspond to the coil SSI and the coil areas BE P3 and BEp 4 to the coil SS2. Due to the push-pull operation of the secondary-side coils SSi and SS 2 , the phase positions of the coil regions BE P i and BE P2 are compared to the areas BE P3 and BE P4 shifted by 180 ° to choose and the phase positions cpIi -4 coil currents Ii -4 set accordingly or to regulate.
  • the coil areas BEpi and BE P4 correspond to the coil SSI and the coil areas BE P2 and BE P3 to the coil SS2. Due to the push-pull operation of the secondary-side coils SSi and SS 2 , the phase positions of the coil areas BE P i and BE P4 are compared with the areas BE P2 and BE P3 shifted by 180 ° to choose and the phase positions cpIi -4 coil currents Ii -4 set accordingly or to regulate.
  • FIG. 6 shows a primary coil arrangement Ai consisting of four overlapping coils SPi -4 . These form on top of each other the coil areas BEpi -4 .
  • the only difference to the structure compared to the embodiment shown in Figure 3 is that the coil SPi -4 are not rectangular, but semi-circular.
  • FIG. 7 shows a primary coil arrangement Ai consisting of four overlapping coils SPi -4 . These form on top of each other the coil areas BEpi-4.
  • the only difference to the structure compared to the embodiment shown in Figure 3 is that the coil SPi -4 are not rectangular, but triangular.
  • the coordinate system with its quadrants I to IV is tilted in contrast to the embodiments described above by 45 °, as shown in dashed lines on the right in FIG.
  • FIG. 8 shows a special form of a primary coil arrangement Ai consisting of two eight-shaped coils SPi and SP 2 , each of which form two rectangular coil regions BE P i, BE P2 and BE P3 , BE P4 which are arranged orthogonal to one another and thus four adjoining coil regions form . Due to the nature of the winding of the coils SPi and SP 2 , the phase positions cpB of the coil regions BE P i, BE P3 and BE P2 , BE P4 formed by a coil are phase-shifted relative to one another by 180 °.
  • phase shift cpl of the coil currents Ii and I 2 to each other by 90 ° is achieved that in the four coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 and BE P4 phase positions cpB of 45 °, 135 °, 225 ° and 315 ° for set the magnetic flux densities Bi -4 .
  • FIG. 9 shows an inductive energy transmission device with a primary-side and a secondary-side coil arrangement Ai, A 2 .
  • the planar windings form the coils of the coil assemblies Ai, A 2 together with the ferrite plates Fi, F 2 .
  • the primary-side coils SPi -4 are rectangular in shape and arranged according to the embodiment shown in FIG. 3 and described with respect to one another, so that together they form the coil regions BE P i, BE P2 , BE P3 and BE P4 .
  • the coil terminals AN 2 of the secondary coil arrangement are led out through a recess in the middle of the ferrite plate F 2 upwards.
  • FIG. 10 shows a possible embodiment of the primary coil arrangement Ai as a solenoid.
  • the coil arrangement Ai has a ferrite plate FE, the narrow end faces F a . dl as well as a flat top F 0 and a flat bottom Fu has.
  • Windings W 1 ( W 2) are wound around the ferrite plate FE, which are orthogonal to each other and intersect with each other on the top F 0 in the center K of the ferrite plate F.
  • the windings Wi, W 2 form the Coils SPi, 2 .
  • the windings Wi and W 2 span with their legs WSu, WSi 2 , WS 2 i, WS 22 the coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 and BE P4 .
  • phase positions cpB for the magnetic flux densities Bi -4 in the coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 and BE P4 as in the embodiments described above be set.
  • FIG. 11 shows a primary coil arrangement according to FIG. 9 with a secondary solenoid coil arrangement A 2 . Due to the orthogonal coils SSi and SS 2, the secondary solenoid coil arrangement A 2 has four coil areas BE S i, BE S2 , BE S 3 and BE S4 , which are connected to the primary-side coil areas BE P i, BE P2 , BE P3 and BE P4 interact .
  • FIG. 12 shows the structure of the primary-side arrangement Ai, which is fed by two controlled bridge inverters 1.
  • the coils SPi and SP 2 are connected in series with resonant circuit capacitors C P i and C P2 and together with them form the resonant circuits RES P.
  • the switches Tl-4 the coil currents Ii and I 2 are set.
  • the coils SP 3 and SP 4 are connected in series with resonant circuit capacitors C P3 and C P4 and together with them form further resonant circuits RES P.
  • the switch Tl-4 the coil currents I 3 and I 4 are set.
  • a center impedance L PM is connected in each case with its one pole to the connection point V P and with its other pole to the center tap MTP of the capacitive voltage divider C G i_i, C G i_ 2 .
  • FIG. 13 shows a construction of the secondary-side arrangement A 2 .
  • the coils SSi and SS 2 are connected in series with resonant circuit capacitors C S i and C s2 and together with them form the resonant circuits RES S.
  • the two oscillating circuits are connected in series with one another and are connected to the AC voltage connection of the first bridge rectifier 2.
  • the output-side smoothing capacitors C G i_i, C G i_ 2 form a capacitive voltage divider.
  • the coils SS 3 and SS 4 are connected in series with resonant circuit capacitors C s3 and C s4 and together with them form further resonant circuits RES S.
  • the two resonant circuits RES S are also connected in series and are connected to the AC voltage terminal of the second bridge rectifier 2.
  • the output-side smoothing capacitors C G i_i, C G i_2 also form a capacitive voltage divider.
  • the additional impedances are connected with their first pole to the connection point of the coils SSi and SS 2 or SS 3 and SS 4 and with their other pole to the center nabgriff of the capacitive voltage divider C G i_i, C G i_ 2 .
  • the secondary coil assembly A2 may be formed according to the above-described embodiments for the primary coil assembly, wherein then a rectifier circuit z. B. gem. Figure 13 can be connected downstream.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem zur Übertragung von Energie zwischen einer primär- und einer sekundärseitigen Spulenanordnung (A1, A2), dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Spulenanordnung (A1) vier Spulen (SP1, SP2, SP3, SP4) aufweist, die vier nebeneinander angeordnete Spulenbereiche (BEP1, BEP2, BEP3, BEP4) der Spulenanordnung (A1) bilden, wobei die Phasenlage (φIi) der durch die Spulen (SP1, SP2, SP3, SP4) fließenden Spulenströme (I1, I2, I3, I4) zueinander die Phasenlage (φΒi) der sich in den Bereichen (BEP1, BEP2, BEP3, BEP4) einstellenden magnetischen Flussdichte (Bi) bestimmt, wobei bei einer Verwendung einer sekundärseitigen Spulenanordnung (A2) mit vier nebeneinander angeordneten Spulenbereichen (BES1, BES2, BES3, BES4) die Phasenlage (φIi) der Spulenströme (I1, I2, I3, I4) derart eingestellt ist, dass in den vier Bereichen (BEP1, BEP2, BEP3, BEP4) der primärseitigen Spulenanordnung (A1) die Phasenlage (φΒi) der sich einstellenden magnetischen Flussdichten (Bi) zueinander 0°, 90°, 180° und 270° Grad betragen.

Description

Primärseitige Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung mit Quadrupolen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem zur Übertragung von Energie zwischen einer primär- und einer sekundärseitigen Spulenanordnung .
Primäre Spulenanordnungen für induktive Energieübertragungssysteme sind vielfältig bekannt. Es werden z.B. einfache zirkuläre planare Spulen oder zwei planare rechteckförmige Spulen zur Energieübertragung auf der Primärseite verwendet.
Nachteilig bei den bekannten primärseitigen Spulenanordnungen ist, dass die Leistungsdichte oft nicht hoch genug ist oder aufgrund der gewählten Spulenanordnung diese nur mit einer bestimmten Spulenanordnung auf der Sekundärseite mit einem befriedigenden Wirkungsgrad zusammenwirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine primärseitige Spulenanordnung bereit zu stellen, welche eine möglichst hohe Leistungsdichte aufweist und zudem, sofern notwendig, kompatibel zu verschiedenen sekundärseitigen Spulenanordnungen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Spulenanordnung gemäß einer Spulenanordnung der Ansprüche 1,2 oder 3 gelöst. Die Erfindung basiert auf dem grundlegenden Gedanken, dass die mit den vier Spulenbereichen erzeugten magnetischen Flüsse in ihrer Phasenlage zueinander durch die Phasenlage der Spulenströme zueinander bestimmbar sind, so dass je nach Verwendung einer bestimmten oder mehrerer sekundärseitigen Spulenanordnungsarten eine maximale Leistungsdichte erzielbar ist. Die Erfindung umfasst jedoch auch Ausführungsformen, bei denen die primärseitige Anordnung stets nur mit einer bestimmten sekundärseitigen Spulenanordnungsart betrieben wird, wobei dann eine automatische Anpassung an andere sekundärseitige Spulenanordnungsarten nicht mehr implementiert sein muss. In diesem Fall sind die Ströme dauerhaft so einzustellen bzw. einzuregeln, dass sich in den Spulenbereichen der primärseitigen Spulenanordnung die jeweils benötigten Phasenlagen des magnetischen Flusses zueinander einstellen .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die primärseitige Anordnung die sekundärseitige Spulenanordnungsart erkennen und dann entsprechend die Phasenlage der Spulenströme einstellen bzw. einregeln kann. Dies kann durch eine Kommunikation zwischen den primär- und sekundärseitigen Anordnungen erfolgen. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die primärseitige Anordnung aufgrund der Kopplung die Art der sekundärseitigen Spulenanordnung erkennt. So kann die primärseitige Steuerungsvorrichtung die Phasenlage der magnetischen Flüsse in den Spulenbereichen der primärseitigen Spulenanordnung zwischen verschiedenen Modi ändern und die Kopplung für jeden Modi bestimmen, wobei die beste Kopplung den für die Energieübertragung zu wählenden Modus bestimmt.
Im einfachsten Fall sind die erfindungsgemäßen vier Spulenbereiche jeweils von einzelnen sich möglichst nicht überlappenden planaren Spulen gebildet. Eine wesentlich höhere Leistungsdichte ist jedoch erzielbar, wenn sich überlappende primärseitige Spulen verwendet werden, die die vier Spulenbereiche bilden, wobei jeweils zwei Spulen einen Spulenbereich zumindest an drei Seiten umfassen. So können die vier Spulenbereiche vorteilhaft aus vier rechteckigen Spulen gebildet werden, wobei jeweils zwei rechteckige Spulen mit ihren längeren Seiten nebeneinander angeordnet sind und zusammen jeweils ein Spulenpaar bilden. Die beiden Spulenpaare sind um 90° zueinander verdreht übereinander angeordnet. Durch diese vorteilhafte Anordnung ergibt sich eine mechanische und elektrische Entkopplung der Spulen, wodurch magnetisch entkoppelte Kreise und eine höhere Leistungsdichte durch bessere Ausnutzung der Ferrite erreicht werden.
Das 2-phasige räumlich und zeitlich zueinander um 90° versetzte Spulensystem erzeugt eine räumlich rotierende 2-polige Feldverteilung . Die Spulenbereiche können auch als magnetische Pole bezeichnet werden, da sie sich dadurch auszeichnen, dass innerhalb eines Spulenbereiches der magnetische Fluss überall die gleiche Phasenlage aufweist.
Sofern eine Sekundärspulenanordnung bestehend aus einer einzelnen zirkulären Sekundärspule verwendet wird, deren äußere Kontur der Form und Größe der der primärseitigen Spulenanordnung mit vier Spulenbereichen entsprechen kann, so müssen in den vier Spulenbereichen die magnetischen Flüsse von ihrer Phasenlage her identisch sein . Diese Betriebsart kann auch als erster Modus bezeichnet werden.
Sofern eine Sekundärspulenanordnung bestehend aus zwei einzelnen recht- eckförmigen und nebeneinander angeordneten Sekundärspulen verwendet wird, deren äußere Gesamtkontur von der Form und Größe der der primärseitigen Spulenanordnung mit vier Spulenbereichen entspricht, so müssen die jeweils einer sekundärseitigen Spule zugeordneten Spulenbereiche der Pri- märspulenanordnung jeweils phasengleiche magnetische Flüsse erzeugen. Die Phasenlage der magnetischen Flüsse der primärseitigen Spulenbereiche, welche unterschiedlichen sekundärseitigen Spulen zugeordnet sind beträgt 180° zueinander. Diese Betriebsart kann auch als zweiter Modus bezeichnet werden.
Wird dagegen eine sekundärseitige Spulenanordnung verwendet, die ebenfalls wie die primärseitige Spulenanordnung vier Spulenbereiche aufweist, so sollten die vier primärseitigen Spulenbereiche magnetische Flüsse erzeugen, deren Phasenlagen 0°, 90°, 180° und 270° entsprechen. Diese Betriebsart kann auch als dritter Modus bezeichnet werden.
Die Spulen der Spulenanordnungen bilden jeweils zusammen mit Kapazitäten Parallel- oder Reihenschwingkreise. Bei der Verwendung von Reihenschwingkreisen können die Spulen eines Spulenpaares vorteilhaft in Reihe geschaltet werden.
Die erfindungsgemäße primärseitige Spulenanordnung kann aus einzelnen Spulen, vorteilhaft vier planaren sich überlappenden Wicklungen gebildet sein, die parallel zu einem Ferrit angeordnet sind und mit diesem zusammen die Spulen und Spulenbereiche bilden. Die Spulenbereiche können quadratisch, rechteckig, teilkreisförmig (Tortenstücke) oder dreieckig ausgebildet sein, wobei jeder Spulenbereich in einem Quadranten eines rechtwinkligen Koordinatensystems angeordnet ist. Letztendlich kann die Form jedes Spulenbereiches innerhalb eines Quadranten beliebig ausgebildet sein. Die primärseitige Spulenanordnung kann folglich eine rechteckige, insbesondere quadratische, runde, insbesondere kreisförmige, oder elliptische Außenkontur aufweisen. Gleiches gilt für die sekundärseitige Spulenanordnung.
Die planaren Wicklungen sind entsprechend der Form der geforderten Spulenbereiche auszubilden, in der Form, dass sie zwei Spulenbereiche umschließen bzw. umranden. Dabei kann eine Spule zwei in benachbarten oder diagonal gegenüberliegenden Quadranten angeordnete Spulenbereiche umschließen, wobei die sich jeweils überlappenden Spulen um orthogonal zueinander angeordnet sind .
Es ist ferner möglich, dass mindestens eine weitere Spule parallel zu zuvor beschriebene Spulenanordnung mit vier Spulenbereichen angeordnet ist, welche ein eigenes magnetisch entkoppeltes Magnetfeld erzeugen kann. Hierdurch kann eine verbesserte Kopplung bei einem horizontalen Versatz zwischen der primärseitigen und sekundärseitigen Spulenanordnung erreicht werden.
Wie bei allen induktiven Energieübertragungssystemen bilden die Spulen der Spulenanordnung zusammen mit jeweils mindestens einem Kondensator Schwingkreise. Die primärseitigen Schwingkreise werden dabei von mindestens einem gesteuerten Wechselrichter gespeist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Spulen eines zuvor beschriebenen Spulenpaares jeweils in Reihe geschaltet sind, wobei eine Mittenabgriffsimpedanz mit ihrem einen Pol mit dem Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Spulen eines Spulenpaares und mit seinem anderen Pol mit dem Mittelpunkt/Mittelabgriff, Plus- oder Minus-Pol des Zwischenkreis des Wechselrichters elektrisch verbunden ist.
Es wird ebenso ein induktives Energieübertragungssystem mit einer erfindungsgemäßen primären Spulenanordnung beansprucht. Die Sekundäre Spu- lenanordnung kann dabei wie vorbeschrieben ausgestaltet sein. Es ist gleichsam möglich, dass die sekundäre Spulenanordnung identisch zur primären Spulenanordnung ausgebildet ist, wobei dann lediglich eine Gleichrichterschaltung nachgeschaltet sein muss.
Nachfolgend wir anhand von Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 : Eine erfindungsgemäße Spulenanordnung mit vier in einer
Ebene liegenden Spulenbereichen;
Fig. 2 : primäre Spulenanordnung mit vier Spulenbereichen in Zusammenspiel mit einer sekundären kreisförmigen Spulenanordnung;
Fig. 3 : primäre Spulenanordnung bestehend aus vier rechteckförmigen
Spulen;
Fig. 4 und 5 : primäre Spulenanordnung mit vier Spulenbereichen in Zusammenspiel mit einer sekundären Spulenanordnung bestehend aus zwei rechteckförmigen Spulen;
Fig. 6: primäre Spulenanordnung bestehend aus vier halbkreisförmigen und sich überlappenden Spulen;
Fig. 7 : primäre Spulenanordnung bestehend aus vier dreiecksförmigen und sich überlappenden Spulen;
Fig. 8: Sonderform einer primären Spulenanordnung bestehend aus zwei Achten bildenden Spulen, die orthogonal zueinander angeordnet sind und vier Spulenbereiche bilden;
Fig. 9 : induktive Energieübertragungsvorrichtung mit einer primärsei- tigen und einer sekundärseitigen Spulenanordnung;
Fig. 10 : eine mögliche Ausführungsform der primären Spulenanordnung als Solenoid; Fig. 11 : eine primäre Spulenanordnung gemäß Figur 9 mit einer sekundären Solenoid-Spulenanordnung;
Fig. 12 : Schaltung für die Primärseite eines induktiven Energieübertragungssystems;
Fig. 13 : Schaltung für die Sekundärseite eines induktiven Energieübertragungssystems.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Spulenanordnung Ai mit vier in einer Ebene liegenden Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3 und BEP4. Die Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 sind zum besseren Verständnis der Erfindung in den Quadranten I bis IV angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die einzelnen Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 zueinander unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Die Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 werden durch Spulen aufgespannt, die in Figur 1 nicht dargestellt sind, da die Spulenformen und Anzahl der Spulen unterschiedlich ausgestaltet sein können.
Je nach Art der verwendeten sekundärseitigen Spulenanordnung A2, kann die Phasenlage der magnetischen Flüsse in den einzelnen Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 eingestellt werden. Sofern stets nur eine sekundärseitige Spulenanordnungsart eingesetzt bzw. verwendet wird, können die Phasenlagen in den einzelnen Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 der primärseitigen Spulenanordnung Ai fest vorgegeben werden. Sobald eine Interoperabilität gefordert ist, d .h . verschieden ausgebildete sekundärseitige Spulenanordnungen A2 mittels der primärseitigen Spulenanordnung Ai Energie zugeführt werden soll, müssen die Phasenlagen der magnetischen Flüsse in den primärseitigen Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 zueinander änderbar sein.
Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße primäre Spulenanordnung Ai mit vier Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 in Zusammenspiel mit einer sekundären Spulenanordnung A2 mit einer zirkulären Spule SPSi- Die Spulenanordnungen Ai und A2 weisen bevorzugt gleiche äußere Konturen auf. Es ist jedoch möglich, dass sich die Form und Größe der Spulenanordnungen Ai und A2 voneinander unterscheiden. Um mit maximalem Wirkungsgrad Energie von der Spu- lenanordnung Ai zur sekundärseitigen Spulenanordnung A2 übertragen zu können, müssen, wie rechts in Figur 2 dargestellt, in den einzelnen Spulenbereichen BEpi, BEP2, BEP3, BEP4 die Phasenlagen cpB, der magnetischen Flussdichten Bi bis B4 gleich sein, d . h . die Phasendifferenz beträgt zwischen allen Spulenbereichen 0°.
Die Figur 3 zeigt eine primäre Spulenanordnung Ai bestehend aus vier recht- eckförmigen Spulen SPi bis SP4. Die Spulen SPi und SP2 bilden ein erstes Spulenpaar SPpi und die Spulen SP3 und SP4 bilden ein zweites Spulenpaar SPP2. Die Phasenlage cpli des durch die Spule SPi fließenden Stroms Ii ist derart gewählt, dass sich ein magnetischer Fluss BSPI mit einer Phasenlage cpBSpi von 0° in der von der Spule SPi umspannten Gesamtfläche einstellt. Die Phasenlage cpl2 des durch die Spule SP2 fließenden Stroms I2 ist derart gewählt, dass sich ein magnetischer Fluss BSP2 mit einer Phasenlage cpBSP2 von 180° in der von der Spule SP2 umspannten Gesamtfläche einstellt. Die Phasenlage cpl3 des durch die Spule SP3 fließenden Stroms I3 ist derart gewählt, dass sich ein magnetischer Fluss BSP3 mit einer Phasenlage cpBSP3 von 90° in der von der Spule SP3 umspannten Gesamtfläche einstellt. Die Phasenlage cpl4 des durch die Spule SP4 fließenden Stroms I4 ist derart gewählt, dass sich ein magnetischer Fluss BSp4 mit einer Phasenlage cpBSp4 von 270° in der von der Spule SP4 umspannten Gesamtfläche einstellt.
Dadurch, dass die Spulenpaare SPPi und SPP2 sind um 90° zueinander verdreht und übereinander angeordnet, sind ergeben sich in den Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3, BEP4 die resultierende Phasenlagen cpBi-4 von 315°, 45, 135° und 225° für die resultierenden magnetischen Flussdichten Bi-4.
Eine ebenfalls vier Spulenbereiche BESi-4 aufweisende sekundärseitige Spulenanordnung A2, die rechts in Figur 2 dargestellt ist, kann der zuvor primär- seitigen Spulenanordnung Ai gemäß der Figur 3 zusammenwirken, wobei die sekundäre Spulenanordnung identisch zur primären Spulenanordnung Ai aufgebaut sein kann . Bei Belastung und nicht optimaler horizontaler Positionierung der beiden Spulenanordnungen Ai und A2 zueinander können die sich Phasenlagen Spulenströme in den Spulen der sekundärseitigen Spulenanordnung A2 gegenüber den in der Figur angegebenen Werten verschieben . Die Figuren 4 und 5 zeigen primäre Spulenanordnung Ai, welche identisch zu der in Figur 3 dargestellten primären Spulenanordnung Ai aufgebaut sein kann in Zusammenspiel mit einer sekundären Spulenanordnung A2 bestehend aus zwei rechteckförmigen Spulen SSi und SS2, welche im Gegentakt betrieben werden. Die Spulen SSi und SS2 sind so geformt, dass sie die Größe und Form zweier nebeneinander angeordneter primärseitiger Spulenbereiche BEPi, BEP2 und BEP3, BEP4 räumlich überlagern. Damit eine optimale Energieübertragung erfolgen kann, müssen die magnetischen Flüsse B, in den primären Spulenbereichen BEpi, BEP2, BEP3, BEP4, welche jeweils mit einer sekundärseitigen Spule SSi, SS2 korrespondieren die gleiche Phasenlage cpB aufweisen.
Bei der in Figur 4 gezeigten relativen Ausrichtung der sekundären Spulenanordnung A2 zur primärseitigen Spulenanordnung Ai korrespondieren die Spulenbereiche BEpi und BEP2 mit der Spule SSI und die Spulenbereiche BEP3 und BEp4 mit der Spule SS2. Aufgrund des Gegentaktbetriebes der sekundärseitigen Spulen SSi und SS2, sind die Phasenlagen der Spulenbereiche BEPi und BEP2 gegenüber den Bereichen BEP3 und BEP4 um 180° verschoben zu wählen und die Phasenlagen cpIi-4 Spulenströme Ii-4 entsprechend einzustellen bzw. einzuregeln .
Bei der in Figur 5 gezeigten relativen Ausrichtung der sekundären Spulenanordnung A2 zur primärseitigen Spulenanordnung Ai korrespondieren die Spulenbereiche BEpi und BEP4 mit der Spule SSI und die Spulenbereiche BEP2 und BEP3 mit der Spule SS2. Aufgrund des Gegentaktbetriebes der sekundärseitigen Spulen SSi und SS2, sind die Phasenlagen der Spulenbereiche BEPi und BEP4 gegenüber den Bereichen BEP2 und BEP3 um 180° verschoben zu wählen und die Phasenlagen cpIi-4 Spulenströme Ii-4 entsprechend einzustellen bzw. einzuregeln .
Die Figur 6 zeigt eine primäre Spulenanordnung Ai bestehend aus vier sich überlappenden Spulen SPi-4. Diese bilden übereinander angeordnet die Spulenbereiche BEpi-4. Der einzige Unterschied zum Aufbau gegenüber der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass die Spulen SPi-4 nicht rechteckig, sondern halbkreisförmig ausgebildet sind. Die Figur 7 zeigt eine primäre Spulenanordnung Ai bestehend aus vier sich überlappenden Spulen SPi-4. Diese bilden übereinander angeordnet die Spulenbereiche BEpi-4. Der einzige Unterschied zum Aufbau gegenüber der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform besteht darin, dass die Spulen SPi-4 nicht rechteckig, sondern dreieckig ausgebildet sind . Das Koordinatensystem mit seinen Quadranten I bis IV ist im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen um 45° gekippt, wie es rechts in Figur 7 gestrichelt dargestellt ist.
Die Figur 8 zeigt eine Sonderform einer primären Spulenanordnung Ai bestehend aus zwei achtförmigen Spulen SPi und SP2, die jeweils zwei rechteckför- mige Spulenbereiche BEPi, BEP2 und BEP3, BEP4 bilden die orthogonal zueinander angeordnet sind und somit vier aneinandergrenzende Spulenbereiche bilden . Durch die Art der Wicklung der Spulen SPi und SP2 sind die Phasenlagen cpB der von einer Spule gebildeten Spulenbereiche BEPi, BEP3 und BEP2, BEP4 jeweils zueinander um 180° phasenverschoben . Durch eine Phasenverschiebung cpl der Spulenströme Ii und I2 zueinander um 90° wird erreicht, dass sich in den vier Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3 und BEP4 Phasenlagen cpB von 45°, 135°, 225° und 315° für die magnetischen Flussdichten Bi-4 einstellen .
Die Figur 9 zeigt eine induktive Energieübertragungsvorrichtung mit einer pri- märseitigen und einer sekundärseitigen Spulenanordnung Ai, A2. Die planaren Wicklungen bilden die Spulen der Spulenanordnungen Ai, A2 zusammen mit den Ferritplatten Fi, F2. Die primärseitigen Spulen SPi-4 sind rechteckförmig ausgebildet und entsprechend der in Figur 3 dargestellten und beschriebenen Ausführungsform zueinander angeordnet, so dass sie zusammen die Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3 und BEP4 bilden . Die Spulenanschlüsse AN2 der sekundärseitigen Spulenanordnung sind durch eine Aussparung in der Mitte der Ferritplatte F2 hindurch nach oben herausgeführt.
Die Figur 10 zeigt eine mögliche Ausführungsform der primären Spulenanordnung Ai als Solenoid . Die Spulenanordnung Ai weist eine Ferritplatte FE auf, die schmale Stirnseiten Fa.dl sowie eine flache Oberseite F0 und eine flache Unterseite Fu hat. Um die Ferritplatte FE sind Wicklungen W1( W2 herum gewickelt, die orthogonal zueinander angeordnet sind und sich auf der Oberseite F0 in der Mitte K der Ferritplatte FE kreuzen . Die Wicklungen Wi, W2 bilden die Spulen SPi,2. Die Wicklungen Wi und W2 spannen mit ihren Schenkeln WSu, WSi2, WS2i, WS22 die Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3 und BEP4 auf. Durch entsprechende Phasenlagen der Ströme in den Wicklungen Wi, W2 bzw. SPi,2, können die Phasenlagen cpB für die magnetischen Flussdichten Bi-4 in den Spulenbereiche BEPi, BEP2, BEP3 und BEP4 wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen eingestellt werden.
Die Figur 11 zeigt eine primäre Spulenanordnung gemäß Figur 9 mit einer sekundären Solenoid-Spulenanordnung A2. Die sekundären Solenoid- Spulenanordnung A2 weist aufgrund der orthogonal zueinander angeordneten Spulen SSi und SS2 vier Spulenbereiche BESi, BES2, BES3 und BES4 auf, die mit den primärseitigen Spulenbereichen BEPi, BEP2, BEP3 und BEP4 zusammenwirken.
Die Figur 12 zeigt den Aufbau der primärseitigen Anordnung Ai, welche durch zwei gesteuerte Brückenwechselrichter 1 gespeist wird . Die Spulen SPi und SP2 sind in Reihe zu Schwingkreiskondensatoren CPi und CP2 geschaltet und bilden zusammen mit diesen die Resonanzkreise RESP. Mittels der Schalter Tl- 4 werden die Spulenströme Ii und I2 eingestellt. Ebenso sind die Spulen SP3 und SP4 in Reihe zu Schwingkreiskondensatoren CP3 und CP4 geschaltet und bilden zusammen mit diesen weitere Resonanzkreise RESP. Mittels der Schalter Tl-4 werden die Spulenströme I3 und I4 eingestellt.
Eine Mittenimpedanz LPM ist jeweils mit ihrem einen Pol mit dem Verbindungspunkt VP und mit ihrem anderen Pol mit dem Mittenabgriff MTP des kapazitiven Spannungsteilers CGi_i, CGi_2 verbunden.
Die Figur 13 zeigt einen Aufbau der sekundärseitigen Anordnung A2. Die Spulen SSi und SS2 sind in Reihe zu Schwingkreiskondensatoren CSi und Cs2 geschaltet und bilden zusammen mit diesen die Resonanzkreise RESS. Die beiden Schwingkreise sind zueinander in Reihe geschaltet und sind an den Wechsel- spannungsanschluss des ersten Brückengleichrichters 2 angeschlossen. Die ausgangsseitigen Glättungskondensatoren CGi_i, CGi_2 bilden einen kapazitiven Spannungsteiler. Ebenso sind die Spulen SS3 und SS4 in Reihe zu Schwingkreiskondensatoren Cs3 und CS4 geschaltet und bilden zusammen mit diesen weitere Schwingkreise RESS. Die beiden Schwingkreise RESS sind ebenfalls zu- einander in Reihe geschaltet und sind an den Wechselspannungsanschluss des zweiten Brückengleichrichters 2 angeschlossen. Die ausgangsseitigen Glät- tungskondensatoren CGi_i, CGi_2 bilden ebenfalls einen kapazitiven Spannungsteiler. Mittels der zusätzlichen Impedanzen LSM erfolgt ein automatischer Abgleich der Resonanzfrequenzen der Schwingkreise RESS an die Frequenz der Systemfrequenz, sofern es aufgrund eines horizontalen Versatzes der Spulenanordnungen Ai, A2 aus der optimalen Position heraus zu einer Änderung der Gesamtimpedanz der sekundärseitigen Schwingkreise kommt. Die zusätzlichen Impedanzen sind dabei mit ihrem ersten Pol mit dem Verbindungspunkt der Spulen SSi und SS2 bzw. SS3 und SS4 und mit ihrem anderen Pol mit dem Mitte nabgriff des kapazitiven Spannungsteilers CGi_i, CGi_2 verbunden.
Es versteht sich von selbst, dass die sekundäre Spulenanordnung A2 entsprechend der vorbeschriebenen Ausführungsformen für die primäre Spulenanordnung ausgebildet sein kann, wobei ihr dann eine Gleichrichterschaltung z. B. gem. Figur 13 nachgeschaltet sein kann.

Claims

Patentansprüche
1. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem zur Übertragung von Energie zwischen einer primär- und einer sekundärseitigen Spulenanordnung (Ai, A2), dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Spulenanordnung (Ai) Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) aufweist, die vier nebeneinander angeordnete Spulenbereiche (BEPi , BEP2, BEP3, BEP4) der Spulenanordnung (Ai) bilden, wobei die Phasenlage (φΐ,) der durch die Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) fließenden Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) zueinander die Phasenlage (φΒ,) der sich in den Bereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) einstellenden magnetischen Flussdichte (B,) bestimmt, wobei bei einer Verwendung einer sekundärseitigen Spulenanordnung (A2) mit vier nebeneinander angeordneten Spulenbereichen (BESi, BES2, BES3, BES4) die Phasenlage (φΐ,) der Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) derart eingestellt ist, dass in den vier Bereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) der pri- märseitigen Spulenanordnung (Ai) die Phasenlage (φΒ,) der sich einstellenden magnetischen Flussdichten (B,) zueinander 0°, 90°, 180° und 270° Grad betragen.
2. Primärseitige Spulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (φΐ,) der Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) der primär- seitigen Spulenanordnung (Ai) bei Verwendung von vier Spulen zueinander 0°, 90°, 180° und 270° betragen und bei Verwendung von zwei diagonal verlegten Spulen zueinander 180° betragen.
3. Primärseitige Spulenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Spulenanordnung (Ai) Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) aufweist, die vier nebeneinander angeordnete Spulenbereiche (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) der Spulenanordnung (Ai) bilden, wobei die Phasenlage (φΐ,) der durch die Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) fließenden Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) zueinander die Phasenlage (φΒ,) der sich in den Bereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) einstellenden magnetischen Flussdichte (B,) bestimmt, wobei bei Verwendung einer sekundärseitigen Spulenanordnung (A2) mit zwei ne- beneinander angeordneten planaren Spulenbereichen (BESi, BES2) jedem sekundärseitigen Spulenbereich (BESi, BES2) jeweils zwei primärseitige Spulenbereiche (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) zugeordnet sind, und die Phasenlagen (cpBi) der sich einstellenden magnetischen Flussdichten (B,) in den jeweils einem sekundärseitigen Spulenbereich (BESi, BES2) zugeordneten primärseitigen Spulenbereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) zueinander 0° betragen, und dass die Phasenlagen (φΒ,) der sich einstellenden magnetischen Flussdichten (B,) in den jeweils unterschiedlichen sekundärseitigen Spulenbereichen (BESi, BES2) zugeordneten primärseitigen Spulenbereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) zueinander 180° betragen.
Primärseitige Spulenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (φΐ,) der Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) zwischen jeweils zwei Spulenpaaren (SPPi, SPP2) gleich 180° und die Phasenlage (cpli) der Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) zwischen den Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) eines jeden Spulenpaares (SPPi, SPP2) jeweils 0° beträgt.
Primärseitige Spulenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Spulenanordnung (Ai) Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) aufweist, die vier nebeneinander angeordnete Spulenbereiche (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) der Spulenanordnung (Ai) bilden, wobei die Phasenlage (φΐ,) der durch die Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) fließenden Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) zueinander die Phasenlage (φΒ,) der sich in den Bereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) einstellenden magnetischen Flussdichte (B,) bestimmt, wobei die Phasenlage (φΒ,) der sich in den Bereichen (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) einstellenden magnetischen Flussdichte (B,) zueinander 0° (Null Grad) beträgt.
Primärseitige Spulenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage (φΐ,) der Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) der primärseitigen Spulenanordnung (Ai) bei Verwendung einer sekundärseitigen zirkulären Spulenanordnung (A2) mit einem Spulenbereich (BESi) zueinander 0° (Null Grad) beträgt.
7. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungs- WO 2014/139605 " L ~ PCT/EP2013/075814
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (CPU) die Art der sekundärseitigen Spulenanordnung (A2) erkennt und anhand der Art der sekundärseitigen Spulenanordnung (A2) die Phasenlage (φΐ,) der Spulenströme (Ii, I2, I3, I4) zueinander einstellt.
8. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Spulenanordnung aus vier Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) gebildet ist, wobei jeweils eine Spule (SP,) jeweils mit mindestens zwei anderen Spulen (SPj) überlappt und mit diesen zwei, insbesondere räumlich nebeneinander angeordnete, Spulenbereiche (BEj, BEj) bildet.
9. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der vier Spulenbereiche (BEi, BE2, BE3, BE4) in einem Quadranten (I, II, III, IV) angeordnet ist, wobei die Spulenbereiche (BEi, BE2, BE3, BE4) insbesondere eine quadratische, rechteckige, dreieckige oder teilkreisförmige Außenkontur aufweisen.
10. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spule nur einen oder zwei Spulenbereiche (BE,, BEj) überdeckt oder umschließt.
11. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Spule zwei nebeneinander liegende Spulenbereiche (BEj, BEj) oder zwei diagonal zueinander angeordnete Spulenbereiche (BEi, BEj) überdeckt.
12. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) rechteckförmig ausgebildet sind, wobei jeweils zwei Spulen (SPi, SP2; SP3, SP4) ein Spulenpaar (SPpi, SPP2) bilden, wobei die Spulenpaare um 90° zueinander verdreht und übereinander angeordnet sind.
13. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verwendung einer sekundärseitigen Spulenanordnung (A2) mit vier nebeneinander angeordneten Spulenbereiche (BESi, BES2, BES3, BES4) die Phasenlage (cpli ,cpl2) der Spulenströme (Ii, I2) der Spulen (SPi, SP2) des ersten Spulenpaares (SPPi) 0° und 180° und die Phasenlage (cpl3 ,cpl4) der Spulenströme (I3, I4) der Spulen (SP3, SP4) des zweiten Spulenpaares (SPP2) 90° und 270° beträgt
14. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnungen (Ai, A2) eine rechteckige, insbesondere quadratische, runde, insbesondere kreisförmige, oder elliptische Außenkontur aufweisen.
15. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (Ai) zusätzlich zu den vier Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) mindestens eine weitere Spule (SPZU) aufweist, die mit mindestens einem, insbesondere allen, vier nebeneinander angeordnete Spulenbereiche (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) überlappend angeordnet ist.
16. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) mit mindestens einem Kondensator (CPi) einen Schwingkreis bildet, und dass die einzelnen Schwingkreise von mindestens einem gesteuerten Wechselrichter gespeist sind.
17. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) eines Spulenpaares (SPPi, SPP2) jeweils in Reihe geschaltet sind, wobei eine Mittenabgriffs-Impedanz (LPM) mit ihrem einen Pol mit dem Verbindungspunkt (V) der beiden in Reihe geschalteten Spu- len (SPi, SP2, SP3, SP4) und mit seinem anderen Pol mit dem Mittelpunkt/Mittelabgriff, Plus- oder Minus-Pol des Zwischenkreis des Wechselrichters elektrisch verbunden ist.
18. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) planare Spulen sind.
19. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Spulenpaare (SPPi, SPP2) bildenden Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) durch jeweils eine einzige Wicklung, insbesondere mit Mittenabgriff, gebildet sind .
20. Primärseitige Spulenanordnung für ein induktives Energieübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (SPi, SP2, SPP, SP4) um eine Ferritplatte (FE) herum angeordnet, insbesondere gewickelt sind, wobei die Spulen (SPi, SP2, SP3, SP4) zumindest auf einer flachen Seite (F0) der Ferritplatte (FE) orthogonal zueinander angeordnet sind und/oder sich zumindest auf der flachen Seite (F0) der Ferritplatte (FE), insbesondere in deren Mitte, kreuzen.
21. Primärseitige Spulenanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die primärseitige Spulenanordnung (Ai) eine Solenoid- Anordnung ist, wobei die Spulen (SPi, SP2) durch die Wicklungen (Wi, W2) gebildet sind, welche an den flachen Seiten (F0, Fu) sowie an den schmalen Stirnseiten (Fa, Fb, Fc, Fd) der Ferritplatte (FE) anliegen.
22. Primärseitige Spulenanordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (Wi, W2) mittels Wechselrichter gespeist werden.
23. Primärseitige Spulenanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsschenkel (WSu, WSi2, WS2i, WS22) miteinander vom Kreuzungspunkt (K) die Ferritplatte (FE) in Bereiche aufteilen, welche die Spulenbereiche (BEPi, BEP2, BEP3, BEP4) bilden.
24. Induktives Energieübertragungssystem zur Übertragung von Energie zwischen einer primär- und einer sekundärseitigen Spulenanordnung (Ai, A2) mit einer primärseitigen Spulenanordnung (Ai) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
25. Induktives Energieübertragungssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Spulenanordnung (A2) durch eine zirkuläre Spulenanordnung, einer Spulenanordnung mit zwei planaren nebeneinander angeordneten Spulen oder entsprechend zu einer primärseitigen Spulenanordnung gemäß einer der Ansprüche 1 bis 23 gebildet ist.
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