WO2018065435A1 - Induktive ladeeinheit für ein fahrzeug - Google Patents

Induktive ladeeinheit für ein fahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2018065435A1
WO2018065435A1 PCT/EP2017/075119 EP2017075119W WO2018065435A1 WO 2018065435 A1 WO2018065435 A1 WO 2018065435A1 EP 2017075119 W EP2017075119 W EP 2017075119W WO 2018065435 A1 WO2018065435 A1 WO 2018065435A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
loading unit
base
base support
unit
mesh
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/075119
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Krammer
Detlef Helm
Florian Niedermeier
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to CN201780061361.9A priority Critical patent/CN109843635B/zh
Publication of WO2018065435A1 publication Critical patent/WO2018065435A1/de
Priority to US16/375,254 priority patent/US11667205B2/en

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
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • 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
    • B60L53/10—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
    • B60L53/122—Circuits or methods for driving the primary coil, e.g. supplying electric power to the coil
    • 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
    • B60L53/124—Detection or removal of foreign bodies
    • 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
    • H01F27/02—Casings
    • H01F27/022—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—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—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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—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
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • 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
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • 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
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/36—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles by positioning the vehicle
    • 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

Definitions

  • the invention relates to an inductive charging unit for a vehicle.
  • the document EP 30 26 682 A1 describes a ground unit of a contactless energy transmission system.
  • the object underlying the invention is to provide an inductive charging unit for a vehicle, which helps to keep complexity and costs low in their manufacture.
  • Charging unit for a vehicle comprising a trough-shaped base support.
  • the base support has a base and the base laterally enclosing side walls.
  • the base and the side walls form one
  • the loading unit further comprises one of the base area
  • Primary coil is for inductive coupling with a Vehicle associated secondary coil formed and arranged in the tub.
  • the charging unit includes a in the tub
  • the loading unit may be a ground unit, in particular a so-called “on-ground” ground unit.
  • the base support may be, for example, a
  • the inventive allows
  • Loading unit a simple, inexpensive production.
  • stabilizing floor structures to protect the loading unit from bending as well as supporting structures to protect against damage when crossing a vehicle, such as to call support columns.
  • the base carrier has a curvature directed from the base surface towards the top surface. For example, due to the curvature, an air space is created under the ground unit. Advantageously, so material, weight and cost can be saved.
  • Such a curvature can be particularly simple, for example by means of deep drawing or punching, are formed.
  • the base support may have a plurality of such bulges.
  • Basic support on the edge of the vault on a footprint The primary coil and the curvature of the base support are arranged to each other such that when passing through the vehicle occurring mechanical forces are conducted past from the top surface to the footprint on the primary coil.
  • this contributes to a robustness of the loading unit, so that a safety overrun of
  • Charging unit can be ensured with little effort. For example, in the area of the footprint
  • this region of the trough is in particular free of further components such as a ferrite of the charging unit.
  • the curvature as a side wall allows a one-piece design of the
  • the curvature forming the side wall of the basic carrier has in particular a section of the basic carrier which forms an outer side of the loading unit and a further section of the basic carrier which forms an inner side of the loading unit.
  • the two sections can be
  • the two sections can meet at an upper edge of the side wall facing away from the base. At their respective upper edge facing away from the end have
  • sections include a footprint.
  • Base support one of the tub remote from the outside, which is designed as a ramp for passage through the vehicle.
  • the outside is especially about
  • the base carrier which includes a predetermined Auffahrwinkel with the base.
  • the driving angle is for example between 0 ° and 45 °.
  • the outer side may in this context be curved and have a side facing the trough increasing in amount Auffahrwinkel.
  • such a displacement of the loading unit can be largely prevented during a crossing.
  • one of the base surface facing away from the upper edge of the side walls terminates each with the top surface.
  • the side wall projects beyond the primary coil and / or a ferrite
  • the side wall can serve as a lateral shield for a magnetic field provided during operation of the charging unit, so that a efficient charging with inductive coupling with the
  • Vehicle associated secondary coil is contributed.
  • this allows a particularly simple and cost-effective production of the charging unit.
  • the sheet is formed conductive
  • the charging unit comprises a ferrite structure with an annular body and radially extending transversely to the annular body radial elements.
  • Radial elements are coupled together via the annular body and spaced from each other.
  • the ferrite structure is arranged at a distance from a respective inner side of the side walls of the base carrier facing the trough.
  • the side wall can thereby serve as a lateral shielding plate for a magnetic field provided during operation of the charging unit.
  • the sheet is made conductive in this context, for example made of aluminum, to ensure the described shielding of the magnetic field.
  • Filler material designed as potting compound made of fiberglass or short fiber with epoxy resin.
  • the filling material forms the top surface of the loading unit.
  • the loading unit comprises a cover plate which covers the top surface of
  • the cover plate has a projection on which the side walls of the base support laterally
  • the supernatant also has in each case a bend towards the base surface of the base support, so that the
  • the charging unit comprises a flexible sensor fabric for the detection of metallic foreign bodies in the region of the magnetic field of the primary coil.
  • the flexible sensor fabric may be a mesh.
  • the meshwork includes a
  • a plurality of sensor lines which are arranged in a first direction parallel to each other, lined up.
  • the sensor lines span a plurality of meshes in a second direction transverse to the first direction.
  • Meshes of adjacent sensor lines are each coupled together so that the sensor lines form the mesh.
  • the meshwork allows reliable detection of foreign bodies in the magnetic field.
  • no board is required, so that a cost of materials, weight, space volume and cost of a device for object recognition in a magnetic field can be kept low.
  • this allows
  • the meshwork can be easily and inexpensively using established concepts and machines getting produced.
  • a number of turns and mesh size of the task can be easily adjusted.
  • the sensor lines are in the first direction in
  • the second direction is in particular perpendicular to the first direction.
  • the coupled meshes span a mesh that extends in the first and second directions.
  • the meshes form in particular sensor coils of a device for
  • the sensor line is preferably formed from an enameled wire.
  • Sensor coils can be connected in series.
  • the series-connected sensor coils can be wound in the same direction.
  • FIG. 3 shows the inductive charging unit in detail
  • Figure 4 shows a first embodiment of
  • FIGS. 7 to 10 show a second embodiment of the invention
  • inductive charging unit in perspective oblique view, top view, and
  • inductive charging unit in sectional view and enlarged sectional view
  • FIG. 14 shows a conventional housing of a
  • inductive charging unit in sectional view
  • Figures 15 to 40 a mesh, a device comprising the mesh, a method for
  • Figure 1 shows a structure of an inductive charging system, comprising a first loading unit 100, which is arranged, for example, on the ground and can also be referred to as a ground unit, and a second charging unit 200, the
  • the first charging unit 100 has a housing 101, a primary coil 103 arranged in the housing 101 and a ferrite 105.
  • the second charging unit 200 likewise has a housing 201, a secondary coil 203 and a ferrite 205.
  • Loading units 100, 200 arranged at a predetermined distance d one above the other. An energy transfer takes place via magnetic coupling of the primary and secondary coil 103, 203. Due to the large air gap between the loading units 100, 200, the coils 103, 203 are only loosely coupled.
  • FIG. 2 shows by way of example a construction of the first one
  • the second loading unit 200 is basically the same, but vertical
  • the second loading unit 200 should, inter alia, at her
  • an upper surface of the first loader unit 100 should provide protection against crushing stones. To make matters worse, the first loading unit 100 is relatively large,
  • FIG. 3 shows the first charging unit 100 again in FIG.
  • the first charging unit 100 for example, a resonant capacitor 111, which is coupled to the primary coil 103. Further, the first loading unit 100 includes, for example, a
  • Positioning unit 113 for guiding and / or
  • a FOD unit 115 for detecting foreign bodies in the magnetic field of the first charging unit 100, by way of example comprising sixty sensor coils; a temperature sensor 117 and a
  • Control unit 119 for signal evaluation.
  • FOD unit 115 it is also possible to use a LOD unit ("living object detection", LOD) for detecting animals in the air gap or when a person reaches into the air gap 200, in the case that the FOD unit 115 detects a metallic foreign object, the primary coil 103 may be turned off.
  • LOD unit living object detection
  • the first charging unit 100 has a supply input 121, for example an HF strand, via which the first charging unit 100 is supplied with electrical energy, for example with a frequency of 85 kHz. Furthermore, the first charging unit 100 has a supply input 121, for example an HF strand, via which the first charging unit 100 is supplied with electrical energy, for example with a frequency of 85 kHz. Furthermore, the first charging unit 100 has a supply input 121, for example an HF strand, via which the first charging unit 100 is supplied with electrical energy, for example with a frequency of 85 kHz. Furthermore, the first charging unit 100 has a supply input 121, for example an HF strand, via which the first charging unit 100 is supplied with electrical energy, for example with a frequency of 85 kHz. Furthermore, the first charging unit 100 has a supply input 121, for example an HF strand, via which the first charging unit 100 is supplied with electrical energy, for example with a frequency of 85 kHz. Furthermore, the first charging unit 100 has a supply input 121, for
  • Exemplary are the
  • Communication inputs 125 formed for communication by CAN protocol while at the input 127 a
  • a part of the electronics or the entire electronics of the first charging unit 100 for example, also externally in a wall unit 120 (so-called "Wallbox") arranged and via the inputs 121-129 with the first
  • Charging unit 100 may be coupled.
  • the primary coil 103 will typically be in a very
  • the housing must be strong enough over an entire coil area to keep loads away from the bobbin. This results in a high material, weight and space requirements and yet can not completely protect the ferrites from hard loads.
  • the first loading unit 100 has a trough-shaped basic carrier 130.
  • the base support 130 is formed for example of aluminum, for example, from a 2mm thick sheet.
  • the base support 130 has a plurality of bulges 131, 133 which, for example, by deep drawing and / or punching the
  • Base carrier 130 are formed.
  • the outer bulges 131 form side walls of the first loading unit 100 and together with a bottom surface of the base support and a top surface 140 define a well volume of the base support 130.
  • the FOD unit 115 or the LOD unit in addition to the primary coil 103 and the ferrite 105, for example, the FOD unit 115 or the LOD unit as well as other components 151 such as electronics and
  • the supply input 121 further protrudes into the tub volume as shown schematically.
  • the tub volume is filled with a potting compound 107.
  • the primary coil 103, the ferrite 105 and the other components 151 together with the HF strand of the
  • Potting compound 107 may be used materials that are compatible with electronic components such as
  • Plastic or another fiber-plastic composite, exemplified short fiber with epoxy resin.
  • the potting compound 107 forms, in particular, a housing for the primary coil 103 and / or the ferrite 105 and / or the further components 151 in the roll volume of the first loading unit 100.
  • the potting compound 107, the individual components 103, 105, 151 both include as well as hold in position and / or in shape, so that more support structures can be avoided.
  • the hardened potting compound 107 can form a top surface of the first loading unit 100.
  • Embodiment variant is on the potting compound 107 a
  • Cover plate 140 is arranged, which is for example a GRP plate.
  • the cover plate 140 has at its ends in each case a projection 141 with respect to an upper edge of the bulges 131, which is also curved and conforms to a side remote from the ferrite 105 of the bulges 131.
  • a projection 141 with respect to an upper edge of the bulges 131, which is also curved and conforms to a side remote from the ferrite 105 of the bulges 131.
  • the first loading unit 100 On its support surfaces 137 (see Fig. 10) on the floor, the first loading unit 100 also has rubber pads 135 which allow a soft, non-slip support at the bottom.
  • a hollow space formed by the bulges 131, 133 between the base support 130 and the floor serves to reduce material expenditure and weight. Due to the central bulges 133 may also have a stiffness of the base support 130th
  • Charging unit 100 can be set to a predetermined value.
  • the shape is designed so that, if necessary, in combination with the cover plate 140, a required bending stiffness of the first charging unit
  • FIGS. 5 and 6 respectively show the propagation of
  • Magnetic field lines B in the operation of inductive charging systems The first charging unit 100 as shown in Figure 5 has a conventional housing 101 without shielding edge.
  • the field lines B extend very far to the sides of the inductive charging system, since there is no shielding.
  • the propagation of the field lines B towards the sides of the inductive charging system is significantly reduced in comparison with the first charging unit 100 according to FIG. This is on the vault 131
  • the first loading unit 100 is such
  • the first charging unit 100 is preferably formed such that only a very small percentage of the field lines B are shielded from the bulge 131, so that an efficiency of the inductive charging system can be kept high.
  • the ferrite 105 is arranged for this purpose with a predetermined distance A to the ferrite 105 facing side of the buckle 131.
  • the base carrier 130 thus provides efficient shielding of the magnetic field lines B both in FIG.
  • FIG. 7 shows a second exemplary embodiment of the first charging unit 100 in an inductive charging system
  • the first loading unit 100 is For example, formed analogous to the first embodiment and differs only in the form of the ferrite 105. This has in the illustrated
  • Embodiment on a star-shaped structure This is, for example, an N95 ferrite from EPCOS, which is sintered or cut.
  • the ferrite 105 may also have a multiplicity of radial elements 1051, which are connected to one another via a ring 1053. Notwithstanding the illustrated embodiments, a variety of other ferrite structures are conceivable, the similar properties
  • Embodiment a non-planar structure, which is adapted to a course of the magnetic field lines B of a flat ferrite structure. This is possible
  • Figure 9 shows the first loading unit 100 along the section ⁇ - ⁇ ⁇ of Figure 8.
  • the sheet of the base support 130 is formed so that the
  • FIG. 10 shows the first loading unit 100 of FIG. 9 under mechanical load.
  • FIG. 10 shows by way of example pressure forces F when passing through a vehicle, which are conducted past the ferrite 105 and the primary coil 103.
  • the bulges 133 are for this purpose designed in particular such that the
  • the first charging unit 100 in particular the ferrite 105, is advantageously designed so that sufficient space for
  • Potting compound 107 is present to lead the forces F around the ferrite 105 around.
  • Loading unit 100 (see Fig. 12) can be initiated by the fact that the components 151 of
  • Potting compound 107 are wrapped.
  • FIG. 11 shows a third exemplary embodiment of the first charging unit 100 in a sectional view.
  • the first loading unit 100 is analogous to the first or second, for example
  • the first charging unit 100 for detecting foreign bodies has a flexibly formed FOD unit 115, which is laminated by way of example and along which
  • the laminated FOD unit 115 forms the cover plate 140.
  • the flexible FOD unit can advantageously be held in shape by the potting material 107.
  • the flexible FOD unit 115 may include a flexible sensor fabric such as a mesh.
  • Mesh a device comprising the mesh, a method for producing the mesh and a
  • FIG. 12 shows an enlarged detail of FIG. 11.
  • Loading unit 100 are between the ferrite 105 and the
  • Base support 130 arranged to the shielding effect for
  • the components 151 may in this case be laminated in directly, for example.
  • the components 151 may in this case be laminated in directly, for example.
  • Film capacitors are encapsulated and fixed by the potting compound 107.
  • the properties of the potting compound e.g. Thermal expansion should be selected accordingly.
  • FIG. 13 shows a fourth exemplary embodiment of the first loading unit 100 in a sectional view.
  • Loading unit 100 is analogous to the first example, formed in the second or third embodiment and differs in the shape of the curvature 131. This is on their ferrite 105 (not shown here)
  • Figure 15 shows the charging system again in perspective oblique view.
  • the two loading units 100, 200 extend parallel to each other in a first direction X and a second direction Y, spaced from each other in a third direction Z.
  • a space between the two load units 100, 200 for power transmission is "flooded" in their operation with magnetic flux density Are there metallic or
  • a warning can be sent to a user.
  • the flux density of the magnetic field in the Operation of the two loading units 100, 200 is in this case high in the ferrites 105, 205. Near the turns of the coils 103, 203, the flux density is already smaller in magnitude, and decreases within the air gap between the two
  • the electrically conductive and / or ferromagnetic object 10 shown in FIG. 16 is in the range of high field strength.
  • the object 10 is, for example, a flat disk such as a coin (FIG. 17). In the object 10 becomes according to the law of induction
  • Magnetic field B is oriented.
  • Sensor coil arrays can be used as FOD unit 115, which is similar to a conventional metal detector
  • FIG. 20A shows (from left to right) a sensor coil 1151, an excitation pulse and an equivalent circuit during pulse measurement; as a typical characteristic here comes one
  • Figure 20B shows (from left to right) two coupled ones
  • FIG. 20C shows (from left to right) a sensor coil 1151 and an equivalent circuit diagram under resonance measurement
  • FIG. 20D shows a plurality of sensor coils 1151 and a primary coil 103 (alternatively a secondary coil 203 can also be used) when the magnetic field of the magnetic field is analyzed
  • the FOD unit 115 can be arranged in a plane immediately above the primary coil 103 within the housing 101.
  • a FOD unit 215 can also be arranged in a plane directly below the secondary coil 203 within the housing 201.
  • a construction of these FOD units 115, 215 can be carried out by way of example by means of a printed circuit board which covers an entire area
  • sensor coils 1151 for detecting the object 10 are realized by means of the measuring methods described with reference to FIGS. 20A-20D.
  • the large area used for energy transmission above or below the coil 103, 203 the area of high magnetic flux density is monitored. At least one double layer is required for the printed circuit board in order to be able to represent crossovers. Components need not be equipped except for the contact.
  • Sensor coils 1151 can be realized on the circuit board. It should be noted that while small sensor coils 1151 are sensitive to small objects 10, they are insensitive to objects 10 that are far away from the sensor coils 1151. Furthermore, large sensor coils 1151 can detect badly small objects 10. Standardized
  • Sensor coils 1151 do not take into account inhomogeneity of the magnetic field during operation of the charging units 100, 200. A multiplicity of coil sizes and shapes of the sensor coils 1151 again requires a high level of application complexity due to the different sensitivities. After all
  • FIG. 21 shows an exemplary FOD unit 115 in FIG.
  • FIGS. 20A-20D Top view with thirty-six sensor coils 1151, which according to the number of sensor coils 1151 provides thirty-six different measurement values for the characteristics indicated in FIGS. 20A-20D.
  • the sensor coils 1151 may be connected in series.
  • the thirty-six sensor coils 1151 have been combined into ten rows of coils 1153. As shown by the arrows
  • alternating sensor coils 1151 wound in opposite directions are combined to form a coil row 1153.
  • FIG. 23 shows a coil row 1153 with opposite directions
  • the coil row 1153 is realized, for example, by a sensor line 1150 which, with its start and end, with the control unit 119
  • the sensor line 1150 exemplarily forms five meshes 21, the part of the sensor line 1150 represented by dashed lines each having a part of the sensor line 1150 extending in the background
  • each stitch 21 has only one turn in the present case. Notwithstanding this, the meshes 21 can also have a plurality of turns, generally n turns, for example (see FIG. 23).
  • Each of the rows of coils 1153 can be arranged above the respective coil 103, 203 in such a way that the voltages induced by the energy transmission
  • Vehicle underbody requirements such as safe placement on bollard or the like can be guaranteed. This leads to an additional mechanical complexity of the loading units 100, 200.
  • a coil row 1153 covers both directions of the magnetic field during operation of the charging units 100, 200, then the induced voltages compensate almost completely even with windings of the same direction.
  • the coil row 1153 is for this purpose to be arranged such that the sum of the surface elements of
  • FIG. 16 of the FOD unit 115 when arranged as shown in FIG. 16 of the FOD unit 115 from FIG. 24 when the sensor coils 1151 to rows of coils 1153 according to FIG. 25 are coupled.
  • FIG. 26 shows a coil row 1153 with the same direction
  • Coil row 1153 is in turn by a
  • Sensor line 1150 realized, which is coupled with its beginning and end with the control unit 119 evaluation.
  • the sensor line 1150 exemplarily forms five meshes 21.
  • Each mesh 21 has only one turn in the present case. Notwithstanding this, the mesh 21 can also have several
  • Windings generalized so have n turns (see Fig. 26).
  • Each of the rows of coils 1153 can be arranged above the respective coil 103, 203 in such a way that the voltages induced by the energy transmission
  • FIG. 27 shows a first example of a meshwork 20, by way of example comprising fifty sensor coils 1151, combined to form ten rows of coils 1153, each having five
  • the rows of coils 1153 are arranged in parallel to each other in the first direction X lined up and each extending in the second direction Y.
  • each coil row 1153 has, analogously to FIG. 26, a sensor line 1150 with sensor coils 1151 wound in the same direction and formed, for example, from enameled copper wire.
  • the sensor line 1150 in a first variant intersects at the beginning or end of each mesh 21 with respect to the second direction Y in a crossover point 22, so that a braid analogous to a wire mesh fence is formed.
  • the coil row 1153 in a second variant ( Figure 29) respectively at the beginning or End of each stitch 21 with respect to the second direction Y have a holder or clip 26 through which the stitches 21 are held together.
  • Structure of the mesh 20 can be supplemented by a spacer 27. This can, for example, more
  • the mesh 20 can alternatively also be knit or in a fourth
  • Example ( Figure 34) are also made webe-like. When produced by knitting, the stitches 21
  • Weft threads 29 can be used together with a comb 24, 25 (see Figures 36A-36E), that the weft thread 29 spans corresponding stitches 21.
  • FIG. 34 shows two rows of coils 1153 arranged in parallel according to the first variant of the first example, whereby, analogously to FIG. 23, the part of the sensor line 1150 represented by dashed lines again shows one in the background
  • the mesh 20 may have fixing points 23 at the edge where it can be stretched.
  • a free space between the two parallel rows of coils 1153 may, for example, be covered by overlapping in the third direction Z of an additional row of coils 1153 of another mesh in the first and second directions X, Y.
  • the meshwork 20 of FIG. 34 may be completed to a more complex meshwork 20 in which a further row of coils 1153 may be added to the existing one
  • Crossover points 22 is braided.
  • a method for producing the meshwork 20 of FIG. 34 is shown below with reference to FIGS. 36A to 36E.
  • a sensor line 1150 is passed through existing mesh 20 in the second direction Y, pushing existing meshes 21 apart.
  • a remaining section of the sensor line 1150 is threaded back against the second direction Y by the stitches 21 that have been newly opened by the second step. As in the first step these meshes 21 are pressed apart perpendicular to the plane of representation.
  • a second comb 25 now pulls down the section of the sensor line 1150 threaded in the third step in the first direction X, so that again new meshes 21 are stretched.
  • a subsequent fifth step (FIG. 36E) essentially corresponds to the first step.
  • the first to fourth steps are repeated to realize multiple turns.
  • FIG. 37 shows a sixth example of a mesh 20 in plan view and sectional view above the primary spool 103.
  • the mesh 20 has meshes 21 of different sizes.
  • an area in an area 12 of increased flux density over the windings of the primary coil 103 is adapted to the flux density.
  • FIGS. 34, 35 moreover, several meshworks are arranged one above the other.
  • two meshworks 20, 30 of different mesh sizes are superimposed and slightly shifted relative to one another.
  • the meshes 21 of the first mesh 20 are approximately twice as large as the meshes 31 of the second mesh 30.
  • Figure 39 shows an example of a first inductive
  • the first charging unit 100 has a housing 101 with, by way of example, two die cast parts.
  • the top surface of the housing 101, which faces in coupling with a second inductive charging unit of this, is in particular made of a non-conductive material such as Kunststoffsoff or fiber composites. This allows easy integration of the mesh 20 in the housing 101.
  • the mesh 20 by means of
  • Lamination in plastic can be integrated into the housing 101.
  • the mesh 20 has at its corners
  • sensor lines 1150 may be used as a flexible connection 1157 from the mesh 20 in FIG. 40.
  • a corresponding length e.g. be guided on a plug 1191 which is arranged on a circuit board 119 of the control unit 119.
  • the mesh 20 is free of a carrier board.
  • the sensor coils 1151 are further not only embroidered on a scrim, but is a
  • Scrim made of coil structures These can be poured directly into plastic.
  • the mesh 20 is therefore itself the scrim.
  • Individual sensor coils 1151 can be connected in series.
  • the mesh 20 can be easily in advantage
  • Mesh 20 spanning sensor lines 1150 can simultaneously serve to form a connecting line 1157 to the control unit 119 of the transmitter.
  • to Production of the meshwork 20 can be methods of
  • Wire mesh production and / or additional modifications thereof are used. Other methods, such as from textile production, can be used here. By varying the mesh areas within a mesh 20, inhomogeneous requirements within the total area of a FOD unit 115 can be considered. In addition, a simple adjustment of the geometry of the mesh 21 by using additional holders and clips 26 done. When using multiple meshes 20
  • the mesh is particularly suitable for use in the loading unit according to the invention.
  • the following concepts of the meshwork should be emphasized:
  • Magnetic field comprising a plurality of sensor lines (1150), wherein
  • the sensor lines (1150) in a first direction (X) are arranged parallel to each other, lined up,
  • Mesh (20) according to one of the preceding concepts 1 or 2, comprising coupling elements (26), in which the meshes (21) of adjacent sensor lines (1150) in each case by means of a coupling element (26) with each other
  • each of the meshes (21) is formed of the first and second portions, and the sensor wire (1150) is formed such that the second portion is at a beginning of each Mesh (21) with respect to the second direction (Y) and / or at one end of each mesh (21) with respect to the second direction (Y) the first portion
  • Meshwork (20) according to one of the preceding concepts 1 to 4, comprising coupling elements (26), wherein the sensor lines (1150) each have a first section extending in the second direction (Y) and a second section running counter to the second direction (Y) each mesh (21) being formed from the first and second portions, and the second portion at a beginning of each mesh (21) with respect to the second direction (Y) and / or at one end of each mesh (21) with respect to the second direction (Y) is in each case coupled by means of a coupling element (26) with the first portion.
  • a magnetic field comprising a first mesh (20) according to any of the above concepts 1 to 6, and a
  • Evaluation electronics (119) for object recognition which is signal-technically coupled to the sensor lines (1150) of the first mesh (20).
  • a device (115) according to concept 7 comprising a further mesh (30) according to any of the above concepts 1 to 6, wherein the further mesh (30) is parallel to the first mesh (20) in one of the first and second directions (X, Y) transverse third
  • Direction (Y) each span a plurality of meshes (21), and the meshes (21) of adjacent sensor lines (1150) are each coupled together, so that the
  • the inventive inductive charging unit (100) for a vehicle comprising
  • Inductive charging unit (200) for a vehicle comprising
  • Loading unit (100, 200) according to one of the preceding concepts 14 or 15, wherein the device (115, 215) is arranged such that in operation of the
  • Loading unit (100) according to one of the preceding concepts 14 to 16, comprising a housing (101)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

Es wird eine induktive Ladeeinheit (100) für ein Fahrzeug angegeben. Die Ladeeinheit (100) umfasst einen wannen förmigen Grundträger (130) mit einer Grundfläche und die Grundfläche lateral umschließende Seitenwände, wobei die Grundfläche und die Seitenwände eine Wanne bilden. Ferner umfasst die Ladeeinheit (100) eine der Grundfläche gegenüberliegende Deckfläche, eine Primärspule (103) zur induktiven Kopplung mit einer dem Fahrzeug zugeordneten Sekundärspule (203), wobei die Primärspule (103) in der Wanne angeordnet ist, und ein in der Wanne angeordnetes Füllmaterial (107), welches die Primärspule (103) mechanisch fixierend umgibt.

Description

Beschreibung
Induktive Ladeeinheit für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinheit für ein Fahrzeug .
An induktive Ladeeinheiten für Fahrzeuge sind oftmals hohe Anforderungen gestellt, die zu einer komplexen und
kostenintensiven Herstellung der Ladeeinheiten führen.
In der Druckschrift EP 30 26 682 AI ist eine Bodeneinheit eines kontaktlosen Energieübertragungssystems beschrieben.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine induktive Ladeeinheit für ein Fahrzeug zu schaffen, die beiträgt, Komplexität und Kosten bei ihrer Herstellung gering zu halten.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine induktive
Ladeeinheit für ein Fahrzeug, welche einen wannenförmigen Grundträger umfasst. Der Grundträger weist eine Grundfläche sowie die Grundfläche lateral umschließende Seitenwände auf. Die Grundfläche und die Seitenwände bilden hierbei eine
Wanne .
Die Ladeeinheit umfasst ferner eine der Grundfläche
gegenüberliegende Deckfläche und eine Primärspule. Die
Primärspule ist zur induktiven Kopplung mit einer dem Fahrzeug zugeordneten Sekundärspule ausgebildet und in der Wanne angeordnet.
Schließlich umfasst die Ladeeinheit ein in der Wanne
angeordnetes Füllmaterial, welches die Primärspule mechanisch fixierend umgibt.
Bei der Ladeeinheit kann es sich um eine Bodeneinheit, insbesondere um eine sogenannte „on-ground" Bodeneinheit handeln .
Bei dem Grundträger kann es sich beispielsweise um ein
Stanzblech handeln.
In vorteilhafter Weise ermöglicht die erfindungsgemäße
Ladeeinheit eine einfache, kostengünstige Herstellung.
Hierbei kann insbesondere auf zusätzliche Bauteile, die zu einer hohen Komplexität und zu hohen Kosten beitragen, wie Abschirmbleche, Abstandshalter um Spulenteile auf
einheitlicher Höhe zu halten und Dichtungen um ein Eindringen von Staub und Feuchtigkeit zu verhindern, verzichtet werden. Als weitere, lediglich optionale Zusatzbauteile sind
beispielsweise stabilisierende Bodenstrukturen zum Schutz der Ladeeinheit vor Biegungen, sowie stützende Strukturen zum Schutz vor Beschädigungen bei Überfahrt durch ein Fahrzeug, wie zum Beispiel Stützsäulen zu nennen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Grundträger eine von der Grundfläche hin zu der Deckfläche gerichtete Wölbung auf. Beispielsweise entsteht aufgrund der Wölbung ein Luftraum unter der Bodeneinheit. In vorteilhafter Weise können so Material, Gewicht und Kosten eingespart werden.
Eine derartige Wölbung kann besonders einfach, beispielsweise mittels Tiefziehen oder Stanzen, ausgebildet werden.
Insbesondere kann der Grundträger mehrere solcher Wölbungen aufweisen .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der
Grundträger am Rand der Wölbung eine Aufstandsfläche auf. Die Primärspule und die Wölbung des Grundträgers sind zueinander derart angeordnet, dass bei Überfahrt durch das Fahrzeug auftretende mechanische Kräfte von der Deckfläche hin zu der Aufstandsfläche an der Primärspule vorbeigeleitet werden.
In vorteilhafter Weise trägt dies zu einer Robustheit der Ladeeinheit bei, so dass eine Überfahrsicherheit der
Ladeeinheit mit wenig Aufwand sichergestellt werden kann. Beispielsweise ist in dem Bereich der Aufstandsfläche
lediglich Füllmaterial in der Wanne angeordnet, so dass die Kräfte über das Füllmaterial in den Boden abgeleitet werden können. In anderen Worten ist dieser Bereich der Wanne insbesondere frei von von weiteren Bauteilen wie einem Ferrit der Ladeeinheit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine der Seitenwände des Grundträgers durch die Wölbung des
Grundträgers gebildet. In vorteilhafter Weise ermöglicht die Wölbung als Seitenwand eine einstückige Ausbildung des
Grundträgers, und damit eine besonders einfache und
kostengünstige Herstellung. Die die Seitenwand des Grundträgers bildende Wölbung weist insbesondere einen Abschnitt des Grundträgers auf, welcher eine Außenseite der Ladeeinheit bildet, sowie einen weiteren Abschnitt des Grundträgers auf, welcher eine Innenseite der Ladeeinheit bildet. Die beiden Abschnitte können
beispielsweise einen Luftraum mit dem Boden einschließen. Die beiden Abschnitte können sich an einer der Grundfläche abgewandten Oberkante der Seitenwand treffen. An ihrem jeweiligen der Oberkante abgewandten Ende weisen die
Abschnitte beispielsweise eine Aufstandsfläche auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die durch die Wölbung des Grundträgers gebildete Seitenwand des
Grundträgers eine der Wanne abgewandte Außenseite auf, die als Rampe zur Überfahrt durch das Fahrzeug ausgebildet ist. Bei der Außenseite handelt es sich insbesondere um
vorgenannten Abschnitt des Grundträgers, welcher mit der Grundfläche einen vorgegebenen Auffahrwinkel einschließt. Der Auffahrwinkel beträgt beispielsweise zwischen 0° und 45°. Insbsondere kann die Außenseite in diesem Zusammenhang gekrümmt ausgebildet sein und einen der Wanne zugewandt betragsmäßig zunehmenden Auffahrwinkel aufweisen. In
vorteilhafter Weise kann so ein Verschieben der Ladeeinheit bei einer Überfahrt weitgehend verhindert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schließt eine der Grundfläche abgewandte Oberkante der Seitenwände jeweils mit der Deckfläche ab. In vorteilhafter Weise überragt die Seitenwand so die Primärspule und/oder einen Ferrit der
Ladeeinheit. Mit Vorteil kann die Seitenwand dadurch als seitliches Abschirmblech für ein im Betrieb der Ladeeinheit bereitgestelltes Magnetfeld dienen, so dass zu einem effizienten Laden bei induktiver Kopplung mit der dem
Fahrzeug zugeordneten Sekundärspule beigetragen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der
Grundträger einstückig ausgebildet. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine einfache und kostengünstige Herstellung der Ladeeinheit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der
Grundträger als tiefgezogenes Blech ausgebildet. In
vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der Ladeeinheit.
Insbesondere ist das Blech leitfähig ausgebildet,
beispielsweise aus Aluminium, um eine seitliche und zum Boden gerichtete Abschirmung des Magnetfelds zu gewährleisten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Ladeeinheit eine Ferritstruktur mit einem Ringkörper und quer zu dem Ringkörper verlaufenden Radialelementen. Die
Radialelemente sind über den Ringkörper miteinander gekoppelt und voneinander beabstandet angeordnet.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine Einsparung von Material, Bauraum, Gewicht und Kosten bei nahezu
gleichbleibender Funktionalität der Ladeeinheit. Insbesondere kann der freibleibende Bauraum im Hinblick auf einen
flächigen Ferrit durch Füllmaterial ersetzt werden, so dass eine Abführung von Kräften vorbei an der Ferritstruktur ermöglicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die
Ferritstruktur unterhalb einer der Grundfläche abgewandten Oberkante der Seitenwände angeordnet. Alternativ oder
zusätzlich ist die Ferritstruktur beabstandet zu einer jeweiligen, der Wanne zugewandten Innenseite der Seitenwände des Grundträgers angeordnet.
In vorteilhafter Weise kann die Seitenwand dadurch als seitliches Abschirmblech für ein im Betrieb der Ladeeinheit bereitgestelltes Magnetfeld dienen. Durch Beabstandung der Seitenwand von der Ferritstruktur wird ferner dazu
beigetragen, dass lediglich ein geringer Anteil des
bereitgestellten Magnetfelds abgeschirmt wird, so dass ein Beitrag zu einem effizienten Laden bei induktiver Kopplung mit der dem Fahrzeug zugeordneten Sekundärspule geleistet wird. Insbesondere ist das Blech in diesem Zusammenhang leitfähig ausgebildet, beispielsweise aus Aluminium, um die beschriebene Abschirmung des Magnetfelds zu gewährleisten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das
Füllmaterial als Vergussmasse aus GFK oder aus Kurzfaser mit Epoxidharz ausgebildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bildet das Füllmaterial die Deckfläche der Ladeeinheit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Ladeeinheit eine Deckplatte, die die Deckfläche der
Ladeeinheit bildet. Die Deckplatte weist einen Überstand auf, der die Seitenwände des Grundträgers jeweils lateral
überragt. Der Überstand weist ferner jeweils eine Biegung hin zu der Grundfläche des Grundträgers auf, so dass der
Überstand jeweils eine der Wanne abgewandte Außenseite der Seitenflächen bedeckt. In vorteilhafter Weise trägt dies zu einer Robustheit und Wasserfestigkeit der Ladeeinheit bei. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die
Deckfläche eine von der Grundfläche abgewandte Ausbuchtung auf. In vorteilhafter Weise ermöglicht dies den Ablauf von Regenwasser .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Ladeeinheit ein flexibles Sensorgewebe zur Detektion von metallischen Fremdkörpern im Bereich des Magnetfelds der Primärspule .
Insbesondere kann es sich bei dem flexiblen Sensorgewebe um ein Maschenwerk handeln. Das Maschenwerk umfasst eine
Mehrzahl an Sensorleitungen, die in einer ersten Richtung parallel zueinander, aneinander gereiht angeordnet sind. Die Sensorleitungen spannen in einer zu der ersten Richtung quer verlaufenden zweiten Richtung mehrere Maschen auf. Die
Maschen benachbarter Sensorleitungen sind jeweils miteinander gekoppelt, so dass die Sensorleitungen das Maschenwerk bilden .
In vorteilhafter Weise ermöglicht das Maschenwerk eine zuverlässige Detektion von Fremdkörpern in dem Magnetfeld. Hierfür ist jedoch keine Platine erforderlich, so dass ein Materialaufwand, Gewicht, Bauraumvolumen und Kosten einer Vorrichtung zur Objekterkennung in einem Magnetfeld gering gehalten werden können. Insbesondere ermöglicht das
Maschenwerk eine hohe Flexibilität bei der Anpassung einer solchen Vorrichtung an die Fläche einer
Energieübertragungsspule einer induktiven Ladeeinheit im Hinblick auf eine standardisierte Leiterplattenfertigung und -große. Das Maschenwerk kann mit Vorteil unter Nutzung etablierter Konzepte und Maschinen einfach und kostengünstig hergestellt werden. Hierbei kann insbesondere eine Windungszahl und Maschengröße der Aufgabenstellung einfach angepasst werden.
Die Sensorleitungen sind in der ersten Richtung im
Wesentlichen parallel angeordnet. Die zweite Richtung ist insbesondere senkrecht zu der ersten Richtung. Die
gekoppelten Maschen spannen ein Maschenwerk auf, das sich in die erste und zweite Richtung erstreckt. Die Maschen bilden insbesondere Sensorspulen einer Vorrichtung zur
Objekterkennung in einem Magnetfeld. Die Sensorleitung ist bevorzugt aus einem Lackdraht ausgebildet. Einzelne
Sensorspulen können hierbei in Reihe geschaltet sein.
Insbesondere können die in Reihe geschalteten Sensorspulen gleichsinnig gewickelt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 Aufbau eines induktiven Ladesystems in
Schnittansieht,
Figur 2 eine induktive Ladeeinheit in Draufsicht,
Figur 3 die induktive Ladeeinheit in Detailansicht,
Figur 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der
induktiven Ladeeinheit in Schnittansicht,
Figuren 5 und 6 Ausbreitung von Magnetfeldlininen bei
induktiven Ladesystemen in Schnittansicht, Figuren 7 bis 10 ein zweites Ausführungsbeispiel der
induktiven Ladeeinheit in perspektivischer Schrägansicht, Draufsicht, und
Schnittansieht,
Figur 11 und 12 ein drittes Ausführungsbeispiel der
induktiven Ladeeinheit in Schnittansicht und vergrößerter Schnittansicht,
Figur 13 ein viertes Ausführungsbeispiel der
induktiven Ladeeinheit in Schnittansicht,
Figur 14 ein konventionalles Gehäuse einer
induktiven Ladeeinheit in Schnittansicht, und
Figuren 15 bis 40 ein Maschenwerk, eine Vorrichtung umfassend das Maschenwerk, ein Verfahren zur
Herstellung des Maschenwerks sowie eine Ladeeinheit mit dem Maschenwerk.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind
figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt einen Aufbau eines induktiven Ladesystems, umfassend eine erste Ladeeinheit 100, die beispielsweise am Boden angeordet ist und auch als Bodeneinheit bezeichnet werden kann, sowie eine zweite Ladeeinheit 200, die
beispielsweise einem Fahrzeug zugeordnet und an dessen
Unterboden angeordnet ist. Die erste Ladeeinheit 100 weist ein Gehäuse 101, eine im Gehäuse 101 angeordnete Primärspule 103 sowie einen Ferrit 105 auf. Analog hierzu weist die zweite Ladeeinheit 200 ebenfalls ein Gehäuse 201, eine Sekundärspule 203 sowie einen Ferrit 205 auf.
Zum induktiven Laden des Fahrzeugs werden die zwei
Ladeeinheiten 100, 200 in einem vorgegebenen Abstand d übereinander angeordnet. Eine Energieübertragung erfolgt über magnetische Kopplung der Primär- und Sekundärspule 103, 203. Aufgrund des großen Luftspalts zwischen den Ladeeinheiten 100, 200 sind die Spulen 103, 203 nur lose verkoppelt.
Figur 2 zeigt beispielhaft einen Aufbau der ersten
Ladeeinheit 100 in Draufsicht. Die zweite Ladeeinheit 200 weist prinizipell einen gleichen, jedoch vertikal
gespiegelten Aufbau wie die erste Ladeeinheit 100 auf. Die zweite Ladeeinheit 200 sollte unter anderem an ihrer
Unterseite Schutz vor Steinschlag und Aufsetzen des Fahrzeugs an Bordsteinkanten oder ähnlichem bieten.
An die erste Ladeeinheit 100 sind hohe mechanische
Anforderungen gesetzt, wie beispielsweise Überfahrfestigkeit, Wasserdichtheit und Beständigkeit gegen aggressive Medien. Auch sollte eine Oberseite der ersten Ladeeinheit 100 Schutz gegen Eindrücken von Steinen bieten. Erschwerend kommt hinzu, dass die erste Ladeeinheit 100 relativ groß ist,
typischerweise größer als die zweite Ladeeinheit 200, und sehr empfindliche Bauteile enthält. Als solche sind
insbesondere der Ferrit 105 zu nennen, da Ferrite
typischerweise aus sehr sprödem Material ausgebildet sind. Figur 3 zeigt die erste Ladeeinheit 100 nochmals in
schematischer Detailansicht mit zusätzlichen
Funktionskomponenten. Neben der Primärspule 103 und dem
Ferrit 105 (hier nicht näher dargestellt) weist die erste Ladeeinheit 100 beispielsweise einen Resonanzkondensator 111 auf, der mit der Primärspule 103 gekoppelt ist. Ferner umfasst die erste Ladeeinheit 100 beispielsweise eine
Positionierungseinheit 113 zur Führung und/oder
Positionierung des Fahrzeugs mit der zweiten Ladeeinheit 200 über der ersten Ladeeinheit 100, beispielhaft aufweisend sechs Sensorspulen, eine FOD-einheit 115, („Foreign Object Detection", FOD) zur Detektion von Fremdkörpern im Magnetfeld der ersten Ladeeinheit 100, beispielhaft aufweisend sechzig Sensorspulen, einen Temperatursensor 117 sowie eine
Steuereinheit 119 zur Signalauswertung. Alternativ oder zusätzlich zu der FOD-einheit 115 kann auch eine LOD-einheit, („Living Object Detection", LOD) zur Detektion von Tieren im Luftspalt oder wenn ein Mensch in den Luftspalt greift, zum Einsatz kommen. Zum Schutz der beiden Ladeeinheiten 100, 200 kann im Falle, dass die FOD-einheit 115 einen metallischen Fremdkörper detektiert, die Primärspule 103 abgeschaltet werden .
Darüber hinaus verfügt die erste Ladeeinheit 100 über einen Versorgungseingang 121, beispielsweise eine HF-Litze, über den die erste Ladeeinheit 100 mit elektrischer Energie versorgt wird, beispielhaft mit einer Frequenz von 85 kHz. Weiterhin verfügt die erste Ladeeinheit 100 über einen
Schutzleitereingang 123 sowie über Kommunikationseingänge 125, 127 und 129. Beispielhaft sind die
Kommunikationseingänge 125 zur Kommunikation mittels CAN- Protokoll ausgebildet während an dem Eingang 127 eine
Spannung von 12V und an dem Eingang 129 ein Bezugspotential anliegt. Optional kann ein Teil der Elektronik oder die gesamte Elektronik der ersten Ladeeinheit 100 beispielsweise auch extern in einer Wandeinheit 120 (sogenannte „Wallbox") angeordnet und über die Eingänge 121-129 mit der ersten
Ladeeinheit 100 gekoppelt sein.
Die Primärspule 103 wird typischerweise in einem sehr
robusten Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse muss über eine gesamte Spulenfläche stabil genug sein, um Belastungen vom Spulenkörper fern zu halten. Dies hat einen hohen Material-, Gewichtsaufwand und Raumbedarf zur Folge und kann dennoch die Ferrite vor harten Belastungen nicht vollständig schützen.
In Summe führen all diese Anforderungen zu einem
hochkomplexen Aufbau der ersten Ladeeinheit 100 mit der
Primärspule 103. Aufgrund vieler technisch hoch
anspruchsvollen Bauteilen führt dies zu sehr hohen
Fertigungsaufwendungen und Herstellkosten.
Es wird daher eine Aufbautechnik für die erste Ladeeinheit 100 vorgeschlagen, die mit einfachen Mitteln die oben
genannten Anforderungen mit wenigen Bauteilen erfüllt.
In einem ersten Ausführungsbeispiel (Figur 4) weist die erste Ladeeinheit 100 einen wannenförmigen Grundträger 130 auf. Der Grundträger 130 ist beispielsweise aus Aluminium ausgebildet, beispielhaft aus einem 2mm dicken Blech.
Der Grundträger 130 weist mehrere Wölbungen 131, 133 auf, die beispielsweise durch Tiefziehen und/oder Stanzen des
Grundträgers 130 ausgebildet sind. Die äußeren Wölbungen 131 bilden dabei Seitenwände der ersten Ladeeinheit 100 und begrenzen zusammen mit einer Bodenfläche des Grundträgers und einer Deckfläche 140 ein Wannenvolumen des Grundträgers 130.
In dem Wannenvolumen können neben der Primärspule 103 und dem Ferrit 105 beispielsweise die FOD-einheit 115 oder die LOD- einheit sowie weitere Bauteile 151 wie Elektronik und
Sensoren angeordnet sein. Der Versorgungseingang 121 ragt ferner wie schematisch dargestellt in das Wannenvolumen hinein .
Das Wannenvolumen ist mit einer Vergussmasse 107 befüllt. Insbesondere sind die Primärspule 103, der Ferrit 105 sowie die weiteren Bauteile 151 samt HF-Litze des
Versorgungseingangs 121 in der Vergussmasse 107 eingegossen und damit in der ersten Ladeeinheit 100 fixiert. Als
Vergussmasse 107 können Materialien verwendet werden, die kompatibel mit elektronischen Bauelementen sind wie
Platinenmaterial oder Materialien in den Bauteilen. Hierfür eignet sich beispielsweise ein glasfaserverstärkter
Kunststoff (GFK) oder ein anderer Faser-Kunststoff-Verbund, beispielhaft Kurzfaser mit Epoxidharz.
Die Vergussmasse 107 bildet insbesondere ein Gehäuse für die Primärspule 103 und/oder den Ferrit 105 und/oder die weiteren Bauteile 151 im Wanenvolumen der ersten Ladeeinheit 100.
Hierbei kann die Vergussmasse 107 die einzelnen Bauelemente 103, 105, 151 sowohl einschließen als auch an Position und/oder in Form halten, so dass weitere Trägerkonstruktionen vermieden werden können.
In vorteilhafter Weise können insbesondere empfindliche
Bauteile durch eine elastische Ummantelung von mechanischen Belastungen durch die Vergussmasse 107 geschützt werden. In einer hier nicht dargestellten Ausführungsvariante kann die ausgehärtete Vergussmasse 107 eine Deckfläche der ersten Ladeeinheit 100 bilden. In der dargestellten
Ausführungsvariante ist auf der Vergussmasse 107 eine
Deckplatte 140 angeordnet, bei der es sich beispielsweise um eine GFK-Platte handelt. Die Deckplatte 140 weist an ihren Enden jeweils einen Überstand 141 bezüglich einer Oberkante der Wölbungen 131 auf, der ebenfalls gewölbt ausgebildet ist und sich einer dem Ferrit 105 abgewandten Seite der Wölbungen 131 anschmiegt. In vorteilhafter Weise wird so dazu
beigetragen, einen Wassereintritt in das Wannenvolumen zu vermeiden .
An seinen AufStandflächen 137 (vgl. Fig. 10) auf dem Boden weist die erste Ladeeinheit 100 darüber hinaus Gummiauflagen 135 auf, die eine weiche, rutschfeste Lagerung am Boden ermöglichen .
Ein durch die Wölbungen 131, 133 gebildeter Holraum zwischen dem Grundträger 130 und dem Boden dient der Reduktion von Materialaufwand und Gewicht. Durch die mittigen Wölbungen 133 kann überdies eine Steifheit des Grundträgers 130
beziehungsweise eine Gesamtbiegefähgikeit der ersten
Ladeeinheit 100 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Insbesondere ist die Formgebung dabei so gestaltet, dass gegenenfalls in Kombination mit der Deckplatte 140 eine erforderliche Biegesteifigkeit der ersten Ladeeinheit
erreicht wird, so dass eine Anpassung an Bodenunebenheiten und ein Nachgeben bei Überfahrt möglich ist.
Figuren 5 und 6 zeigen jeweils die Ausbreitung von
Magnetfeldlininen B im Betrieb von induktiven Ladesystemen. Die erste Ladeeinheit 100 wie in Figur 5 dargestellt weist ein konventionelles Gehäuse 101 ohne abschirmenden Rand auf. Die Feldlinien B breiten sich zu den Seiten des induktiven Ladesystems sehr weit aus, da keine Abschirmung vorhanden ist .
Die erste Ladeeinheit 100 wie in Figur 6 dargestellt weist hingegen ein Gehäuse mit wannenförmigen Grundträger 130 analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel auf. Die Ausbreitung der Feldlinien B hin zu den Seiten des induktiven Ladesystems ist im Vergleich zu der ersten Ladeeinheit 100 gemäß Figur 5 deutlich reduziert. Dies ist auf die Wölbung 131
zurückzuführen, die als Abschirmblech fungiert.
Insbesondere ist die erste Ladeeinheit 100 derart
ausgebildet, dass die Wölbung 131 den Ferrit 105 in
vertikaler Richtung überragt. Darüber hinaus ist die erste Ladeeinheit 100 bevorzugt derart ausgebildet, dass nur ein sehr kleiner Prozentsatz der Feldlinien B von der Wölbung 131 abgeschirmt wird, so dass ein Wirkungsgrad des induktiven Ladesystems hoch gehalten werden kann. Beispielsweise ist der Ferrit 105 hierzu mit einem vorgegebenen Abstand A zu einer dem Ferrit 105 zugewandten Seite der Wölbung 131 angeordnet.
In vorteilhafter Weise wird so durch den Grundträger 130 eine effiziente Abschirmung der Magnetfeldlinien B sowohl in
Richtung der Aufstandsfläche der ersten Ladeeinheit 100, als auch zur Seite gewährleistet.
Figur 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der ersten Ladeeinheit 100 in einem induktiven Ladesystem in
perspektivischer Schrägansicht. Die erste Ladeeinheit 100 ist beispielsweise analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet und unterscheidet sich lediglich in der Form des Ferrits 105. Dieser weist in der dargestellten
Ausführungsvariante eine sternförmige Struktur auf. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen N95 Ferrit der Firma EPCOS, welcher gesintert oder geschnitten ist. In anderen Ausführungsvarianten (Figur 8) kann der Ferrit 105 auch eine Vielzahl an Radialelementen 1051 aufweisen, die über einen Ring 1053 miteinander verbunden sind. Abweichend von den dargestellten Ausführungsvarianten sind eine Vielzahl anderer Ferritstrukturen denkbar, die ähnliche Eigenschaften
aufweisen .
Insbesondere weist der Ferrit 105 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel eine nicht flächige Struktur auf, welche an einen Verlauf der Magnetfeldlininen B einer flächigen Ferritstruktur angepasst ist. Hierdurch lässt sich
insbesondere Material, Bauvolumen und Gewicht bei nahezu gleichbleibendem Wirkungsgrad des induktiven Ladesystems einsparen .
Figur 9 zeigt die erste Ladeeinheit 100 entlang des Schnitts Α-ΑΛ der Figur 8. Wie bereits anhand der Figur 6 erläutert ist das Blech des Grundträgers 130 so geformt, dass die
Magnetfeldlinien B hin zu der Sekundärspule 203 gut
verlaufen, und in horizontaler Richtung aufgrund der
Schirmwirkung des hohen „Blechrandes" blockiert werden.
Die Vergussmasse 107 ist insbesondere magnetisch neutral ausgebildet und trägt zusammen mit dem Ferrit 105 zu einer optimalen Leitung der Magnetfeldlinien B für eine effiziente Kopplung mit der Sekundärspule 203 bei. Figur 10 zeigt die erste Ladeeinheit 100 der Figur 9 unter mechanischer Belastung. Die Primärspule 103, der Ferrit 105 beziehungsweise die Radialelemente 1051, und die
Aufstandsflächen 137 sind derart zueinander, angeordnet, dass mechanische Kräfte wie Zug-, Druck-, und Scherkräfte an empfindlichen Bauteilen wie dem Ferrit 105 vorbeigeleitet werden können. Figur 10 zeigt exemplarisch Druckkräfte F bei Überfahrt durch ein Fahrzeug, die an dem Ferrit 105 und der Primärspule 103 vorbei geleitet werden. Die Wölbungen 133 sind hierzu insbesondere derart gestaltet, dass die
Druckkräfte F gezielt an empfindlichen Bauteilen vorbei in den Boden geführt werden.
Die erste Ladeeinheit 100, insbesondere der Ferrit 105, ist dabei vorteilhaft so gestaltet, dass genügend Raum für
Vergussmasse 107 vorhanden ist, um die Kräfte F um den Ferrit 105 herumzuführen.
Dass Kräfte in Bauteile 151 der Elektronik der ersten
Ladeeinheit 100 (vgl. Fig. 12) eingeleitet werden kann dadurch verhindert werden, dass die Bauteile 151 der
Elektronik in Bereichen mit Kraftfreiheit angeordnet und gegebenenfalls mit einem elastischem Material wie der
Vergussmasse 107 umhüllt werden.
Figur 11 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der ersten Ladeeinheit 100 in Schnittansicht. Die erste Ladeeinheit 100 ist beispielsweise analog zu dem ersten oder zweiten
Ausführungsbeispiel ausgebildet und unterscheidet sich in der Form der Deckplatte 140. Diese weist eine Ausbuchtung 143 mit schrägen Deckflächen auf, um ein Ablaufen von Regenwasser sicherzustellen . Darüber hinaus weist die erste Ladeeinheit 100 zur Detektion von Fremdkörpern eine flexibel ausgebildete FOD-einheit 115 auf, die beispielhaft einlaminiert ist und entlang der
Ausbuchtung 143 der Deckplatte 140 verläuft. In einer
bevorzugten Ausführungsvariante bildet die einlaminierte FOD- einheit 115 die Deckplatte 140. Die flexible FOD-einheit kann mit Vorteil durch das Vergussmaterial 107 in Form gehalten werden .
Die flexible FOD-einheit 115 kann insbesondere ein flexibles Sensorgewebe wie ein Maschenwerk umfassen. Ein solches
Maschenwerk, eine Vorrichtung umfassend das Maschenwerk, ein Verfahren zur Herstellung des Maschenwerks sowie eine
Ladeeinheit mit dem Maschenwerk ist anhand der Figuren 15 bis 40 näher erläutert.
Figur 12 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Figur 11. Ein oder mehrere Bauteile 151 der Elektronik der ersten
Ladeeinheit 100 sind zwischen dem Ferrit 105 und dem
Grundträger 130 angeordnet, um deren Schirmwirkung zur
Schirmung der Bauteile 151 zu nutzen.
Die Bauteile 151 können hierbei beispielsweise direkt mit einlaminiert werden. Insbesondere können in diesem
Zusammenhang eine komplette Platine der Elektronik der ersten Ladeeinheit 100 oder große Einzelelemente wie
Folienkondensatoren von der Vergussmasse 107 verkapselt und fixiert werden. Die Eigenschaften der Vergussmasse wie z.B. Wärmeausdehnung sind entsprechend zu wählen.
Figur 13 zeigt schließlich ein viertes Ausführungsbeispiel der ersten Ladeeinheit 100 in Schnittansicht. Die erste
Ladeeinheit 100 ist beispielsweise analog zu dem ersten, zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel ausgebildet und unterscheidet sich in der Form der Wölbung 131. Diese ist auf ihrer dem Ferrit 105 (hier nicht näher dargestellt)
abgewandten Seite abgeflacht ausgebildet, so dass kaum
Horizontalkräfte beim Befahren durch ein Fahrzeug auftreten. Durch das Gewicht des Fahrzeugs in vertikale Richtung wird eine hohe Vertikallast erzeugt. In anderen Worten ist der Rand der ersten Ladeeinheit 100 als Rampe mit flachem Winkel ausgebildet, so dass bei einer Überfahrt das Verschieben der Bodeneinheit weitgehend verhindert wird.
Bei einem konventionellen Gehäuse 101 (Fig. 14) ist eine solche Formgebung hingegen schwieriger, beispielsweise aufgrund von Aluminiumprofilen als Rahmenelemente. Diese weisen oftmals eine steilere Rampe auf.
Figur 15 zeigt das Ladesystem nochmals in perspektivischer Schrägansicht. Die zwei Ladeeinheiten 100, 200 erstrecken sich parallel zueinander in eine erste Richtung X und eine zweite Richtung Y, beabstandet voneinander in einer dritten Richtung Z. Ein Raum zwischen den zwei Ladeeinheiten 100, 200 zur Energieübertragung ist in deren Betrieb mit magnetischer Flussdichte „durchflutet". Sind dort metallische oder
leitende Fremdkörper 10 (Figur 16) vorhanden, würden diese erwärmt. Um dies grundsätzlich oder zumindest übermäßiges Erhitzen zu verhindern wird der Raum mit der FOD-einheit 115 überwacht. Bei Anwesenheit von metallischen Objekten 10 kann die Energieübertragung beziehungsweise das Magnetfeld
abgeschaltet werden. Optional kann eine Warnung an einen Nutzer übermittelt werden.
In Figur 16 sind einige wenige Magnetfeldlinien B
exemplarisch dargestellt. Die Flussdichte des Magnetfelds im Betrieb der zwei Ladeeinheiten 100, 200 ist dabei betraglich hoch in den Ferriten 105, 205. Nahe den Windungen der Spulen 103, 203 ist die Flussdichte betraglich bereits geringer, und nimmt innerhalb des Luftspalts zwischen den zwei
Ladeeinheiten 100, 200 weiter ab. Außerhalb des Luftspalts ist die Flussdichte betraglich sehr gering. Das in Figur 16 dargestellte elektrisch leitende und/oder ferromagnetische Objekt 10 befindet sich im Bereich hoher Feldstärke.
Bei dem Objekt 10 handelt es sich beispielsweise um eine flache Scheibe wie eine Münze (Fig. 17) . In dem Objekt 10 wird nach dem Induktionsgesetz
Figure imgf000022_0001
eine Spannung im Umfang des Objekts 10 induziert, die einer Änderung des magnetischen Flusses durch seine Fläche
entspricht. Der Effekt wird demnach also kleiner, wenn die Scheibe nicht senkrecht zu den Magnetfeldlinien B steht
(weniger Fluss durch die Scheibe) und verschwindet nahezu vollständig, wenn die Scheibe parallel zu den
Magnetfeldlinien B orientiert ist.
Wie in Figur 18 dargestellt, führt dies zu einem Stromfluss I am Rand des Objekts 10 bis zu einer Eindringtiefe T aufgrund des Skin-Effekts . Im Inneren des Objekts 10 verbleibt ein feldfreier Bereich 11. Der Stromfluss I erzeugt wiederum ein gegengerichtetes Magnetfeld, das sich mit den
Magnetfeldlinien B überlagert, so dass ein feldfreier Bereich um das Objekt 10 entsteht, siehe Figur 19. Durch ohmsche Verluste am Widerstand des durch den Skin-Effekt eingeschnürten Stromflusses I am Umfang des Objektes 10 ergeben sich Verluste.
Zur Detektion des Objekts 10 können beispielsweise
Sensorspulen-Arrays als FOD-einheit 115 eingesetzt werden, die ähnlich einem konventionellen Metall-Detektor
funktionieren wie anhand der Figuren 20A-20D dargestellt. Insbesondere sind dabei verschiedene Messmethoden denkbar:
Figur 20A zeigt (von links nach rechts) eine Sensorspule 1151, einen Erregungspuls sowie ein Ersatzschaltbild bei Pulsmessung; als typische Kenngröße kommt hier eine
Abklingzeitkonstante in Betracht.
Figur 20B zeigt (von links nach rechts) zwei gekoppelte
Sensorspulen 1151 sowie ein Ersatzschaltbild bei Messung mittels Wechselstromerregung; als typische Kenngröße kommen hier Induktionsspannung und Phase in Betracht.
Figur 20C zeigt (von links nach rechts) eine Sensorspule 1151 sowie ein Ersatzschaltbild bei Resonanzmessung unter
Wechselstromerregung; als typische Kenngröße kommt hier eine Resonanzfrequenz in Betracht.
Figur 20D zeigt schließlich mehrere Sensorspule 1151 sowie eine Primärspule 103 (alternativ kann auch eine Sekundärspule 203 eingesetzt werden) bei Analyse des Magnetfelds der
Energieübertragung; als typische Kenngröße kommen hier
Induktionsspannung und Phase in Betracht.
Wie bereits in Figur 16 dargestellt kann die FOD-einheit 115 in einer Ebene unmittelbar oberhalb der Primärspule 103 innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann analog hierzu auch eine FOD-einheit 215 in einer Ebene unmittelbar unterhalb der Sekundärspule 203 innerhalb des Gehäuses 201 angeordnet werden. Ein Aufbau dieser FOD-einheiten 115, 215 kann beispielhaft mittels einer Leiterplatte erfolgen, die eine gesamte Fläche über
beziehungsweise unter der Spule 103, 203 abdeckt. Mittels entsprechend ausgeformter Leiterbahnen werden Sensorspulen 1151 zur Detektion des Objekts 10 mittels der anhand Figuren 20A-20D beschrieben Messmethoden realisiert. Mit der großen, zur Energieübertragung genutzten Fläche über beziehungsweise unter der Spule 103, 203 wird der Bereich betraglich hoher magnetischer Flussdichte überwacht. Für die Leiterplatte ist mindestens eine zweilagigkeit gefordert, um Überkreuzungen darstellen zu können. Bauelemente müssen abgesehen von der Kontaktierung nicht bestückt werden.
Um alle relevanten Fremdkörper 10 in allen möglichen Lagen erkennen zu können, können beispielsweise sehr viele
Sensorspulen 1151 auf der Leiterplatte realisiert werden. Hierbei ist zu beachten, dass kleine Sensorspulen 1151 zwar empfindlich gegenüber kleinen Objekten 10, jedoch insensitiv gegenüber Objekten 10 sind, die weit von den Sensorspulen 1151 entfernt sind. Weiterhin können große Sensorspulen 1151 schlecht kleine Objekte 10 detektieren. Einheitliche
Sensorspulen 1151 berücksichtigen keine Inhomogenität des Magnetfeldes im Betrieb der Ladeeinheiten 100, 200. Eine Vielzahl von Spulengrößen und -formen der Sensorspulen 1151 erfordert aufgrund der unterschiedlichen Empfindlichkeiten wiederum einen hohen Applikationsaufwand. Schließlich
beeinflussen die Objekte 10 im Luftspalt je nach Lage und Größe eine Vielzahl von Sensorspulen 1151 gleichzeitig. Figur 21 zeigt eine beispielhafte FOD-einheit 115 in
Draufsicht mit sechsunddreißig Sensorspulen 1151, welcher entsprechend der Anzahl der Sensorspulen 1151 sechsunddreißig verschiedene Messwerte für die in Figuren 20A-20D angegebenen Kenngrößen liefert.
Um die Anzahl von Auswerteschaltungen und -Vorgängen nicht über die Maßen ansteigen zu lassen, können die Sensorspulen 1151 daher in Reihe geschaltet werden. In Figur 22 wurden die sechsunddreißig Sensorspulen 1151 zu zehn Spulenreihen 1153 zusammengefasst . Wie anhand der Pfeile schematisch
dargestellt sind hierbei jeweils abwechselnd gegensinnig gewickelte Sensorspulen 1151 zu einer Spulenreihe 1153 zusammengefasst .
Figur 23 zeigt eine Spulenreihe 1153 mit gegensinnig
gewickelten Sensorspulen 1151. Die Spulenreihe 1153 ist beispielsweise durch eine Sensorleitung 1150 realisiert, die mit ihrem Anfang und Ende mit der Steuereinheit 119
Auswerteelektronik gekoppelt ist. Die Sensorleitung 1150 bildet exemplarisch fünf Maschen 21, wobei der gestrichelt dargestellte Teil der Sensorleitung 1150 jeweils einen im Hintergrund verlaufenden Teil der Sensorleitung 1150
symbolisiert. Jede Masche 21 weist vorliegend lediglich eine Windung auf. Abweichend hiervon können die Maschen 21 auch mehrere Windungen, verallgemeinert also n Windungen aufweisen (vgl. Fig. 23) . Jede der Spulenreihen 1153 kann dabei so über der jeweiligen Spule 103, 203 angeordnet sein, dass sich die durch die Energieübertragung induzierten Spannungen
gegenseitig nahezu vollständig kompensieren.
Aufgrund der Größe des zu überwachenden Bereiches sind sehr große Leiterplatten nutwendig, oder es müssen sogar mehrere verwendet werden. Dies führt zu hohen Kosten, da einerseits die Fläche der Leiterplatte (n) hohe Kosten verursacht. Bei mehreren Leiterplatten ist eine zusätzliche
Verbindungstechnik notwendig. Zusätzlich ist aufgrund der Größe und Standard-Herstellungs-Abmessungen ein hoher
Verschnitt zu Berücksichtigen. Darüber hinaus muss die
Leiterplatte durch entsprechende Vorrichtungen im
entsprechenden Gehäuse 101, 201 befestigt werden.
Insbesondere müssen bei der ersten Ladeeinheit 100 eine
Überfahrfestigkeit und bei der zweiten Ladeeinheit 200
Fahrzeugunterbodenanforderungen wie gefahrfreies Aufsetzen auf Poller oder ähnlichem gewährleistet sein. Dies führt zu einer zusätzlichen mechanischen Komplexität der Ladeeinheiten 100, 200.
Es wird vorgeschlagen, an Stelle einer Platine ein
Maschenwerk 20 aus Kupferlackdraht herzustellen (Figuren 24 bis 38) und dieses Maschenwerk 20 in das Gehäuse 101, 201 der jeweiligen Spule 103, 203 zu integrieren (Figuren 39 und 40) .
Hierbei wird insbesondere folgende Erkenntnis genutzt: Deckt eine Spulenreihe 1153 beide Richtungen des Magnetfeldes im Betrieb der Ladeeinheiten 100, 200 ab, so kompensieren sich auch bei gleichsinnigen Wicklungen die induzierten Spannungen nahezu vollständig. Die Spulenreihe 1153 ist hierfür derart anzuordnen, dass die Summe der Flächenelemente der
Sensorspulen 1151 der jeweiligen Spulenreihe 1153
multipliziert mit der Flussdichte senkrecht dazu annähernd Null ist. Dies ist beispielsweise bei Anordnung wie in Figur 16 dargestellt der FOD-einheit 115 aus Figur 24 bei Kopplung der Sensorspulen 1151 zu Spulenreihen 1153 nach Figur 25 der Fall . Figur 26 zeigt eine Spulenreihe 1153 mit gleichsinnig
gewickelten Sensorspulen 1151 analog zu Figur 23. Die
Spulenreihe 1153 ist wiederum beispielsweise durch eine
Sensorleitung 1150 realisiert, die mit ihrem Anfang und Ende mit der Steuereinheit 119 Auswerteelektronik gekoppelt ist. Die Sensorleitung 1150 bildet exemplarisch fünf Maschen 21. Jede Masche 21 weist vorliegend lediglich eine Windung auf. Abweichend hiervon können die Maschen 21 auch mehrere
Windungen, verallgemeinert also n Windungen aufweisen (vgl. Fig. 26) . Jede der Spulenreihen 1153 kann dabei so über der jeweiligen Spule 103, 203 angeordnet sein, dass sich die durch die Energieübertragung induzierten Spannungen
gegenseitig nahezu vollständig kompensieren.
Figur 27 zeigt ein erstes Beispiel eines Maschenwerks 20, exemplarisch bestehend aus fünfzig Sensorspulen 1151, zusammengefasst zu zehn Spulenreihen 1153 mit je fünf
Sensorspulen 1151. Die Spulenreihen 1153 sind parallel zueinander in der ersten Richtung X aneinander gereiht angeordnet und erstrecken sich jeweils in die zweite Richtung Y.
Jede Spulenreihe 1153 weist hierbei analog zu Figur 26 eine Sensorleitung 1150 mit gleichsinnig gewickelten Sensorspulen 1151 auf, die beispielsweise aus Kupferlackdraht ausgebildet ist. Im Gegensatz zu Figur 26 kreuzt sich die Sensorleitung 1150 in einer ersten Variante (Figur 28) jedoch jeweils am Anfang beziehungsweise Ende jeder Masche 21 bezüglich der zweiten Richtung Y in einem Überkreuzungspunkt 22, so dass ein Geflecht analog zu einem Maschendrahtzäun entsteht.
Zusätzlich oder alternativ kann die Spulenreihe 1153 in einer zweiten Variante (Figur 29) jeweils am Anfang beziehungsweise Ende jeder Masche 21 bezüglich der zweiten Richtung Y einen Halter oder Klips 26 aufweisen, durch den die Maschen 21 zusammengehalten werden.
Wie anhand von Figur 30 dargestellt kann ein derartiger
Aufbau des Maschenwerks 20 durch einen Abstandshalter 27 ergänzt werden. Dadurch können beispielsweise weitere
Flächenausprägungen erzeugt werden, wie in einem zweiten Beispiel (Figur 31) ein hexagonales Maschenwerk 20.
In einem dritten Beispiel (Figur 32) kann das Maschenwerk 20 alternativ auch mittels Stricken oder in einem vierten
Beispiel (Figur 34) auch webe-ähnlich hergestellt werden. Bei Herstellung mittels Stricken können die Maschen 21
beispielsweise zusätzlich durch Halter oder Klipse 26 (vgl. Figuren 29 bis 31) in Form gehalten werden. Bei webeähnlicher Herstellung kommt ein Kettenfaden 28 und
Schussfaden 29 zum Einsatz. Anders als beim Weben ist jedoch ein nicht sehr „weitmaschiges" Erzeugnis gewünscht. Die
Schussfäden 29 können zusammen mit einem Kamm 24, 25 (vgl. Figuren 36A-36E) dazu verwendet werden, dass der Schussfaden 29 entsprechende Maschen 21 aufspannt.
Figur 34 zeigt zwei parallel angeordnete Spulenreihen 1153 gemäß der ersten Variante des ersten Beispiels, wobei analog zu der Figur 23 wiederum der gestrichelt dargestellte Teil der Sensorleitung 1150 jeweils einen im Hintergrund
verlaufenden Teil der Sensorleitung 1150 symbolisiert. Analog zu der Kreuzung der jeweiligen Sensorleitung 1150 zwischen den Maschen 21 der jeweiligen Spulenreihe 1153 sind hier auch die Sensorleitungen 1150 untereinander am Anfang
beziehungsweise Ende jeder Masche 21 bezüglich der ersten Richtung X in einem Überkreuzungspunkt 22 verkettet. Zusätzlich kann das Maschenwerk 20 am Rand Fixierpunkte 23 aufweisen, an denen es aufgespannt werden kann.
Ein freier Raum zwischen den zwei parallelen Spulenreihen 1153 kann beispielsweise durch in der ersten und zweiten Richtung X, Y versetztes Übereinanderlegen in der dritten Richtung Z einer zusätzlichen Spulenreihe 1153 eines weiteren Maschenwerks abgedeckt werden.
Alternativ kann wie anhand der Figur 35 dargestellt in einem fünften Beispiel das Maschenwerk 20 der Figur 34 zu einem komplexeren Maschenwerk 20 vervollständigt werden, in dem eine weitere Spulenreihe 1153 in die bestehenden
Überkreuzungspunkte 22 eingeflochten wird.
Anhand der Figuren 36A bis 36E ist im Folgenden ein Verfahren zur Herstellung des Maschenwerks 20 der Figur 34 dargestellt.
In einem ersten Schritt (Figur 36A) wird eine Sensorleitung 1150 durch bestehendes Maschenwerk 20 in die zweite Richtung Y durchgeführt, wobei bestehende Maschen 21 auseinander gedrückt werden.
In einem darauffolgenden zweiten Schritt (Figur 36B) zieht ein erster Kamm 24 einen durchgeführten Abschnitt der
Sensorleitung 1150 in die erste Richtung X.
In einem darauffolgenden dritten Schritt (Figur 36C) wird ein restlicher Abschnitt der Sensorleitung 1150 durch die durch den zweiten Schritt neu aufgespannten Maschen 21 entgegen der zweiten Richtung Y zurück gefädelt. Wie in dem ersten Schritt werden diese Maschen 21 dazu senkrecht zur Darstellungsebene auseinander gedrückt.
In einem darauffolgenden vierten Schritt (Figur 36D) zieht ein zweiter Kamm 25 nun den im dritten Schritt eingefädelten Abschnitt der Sensorleitung 1150 in die erste Richtung X herunter, so dass wiederum neue Maschen 21 aufgespannt werden .
Ein darauffolgender fünfter Schritt (Figur 36E) entspricht im Wesentlichen dem ersten Schritt. Der erste bis vierte Schritt wird zur Realisierung von mehreren Windungen wiederholt.
Figur 37 zeigt ein sechstes Beispiel eines Maschenwerks 20 in Draufsicht und Schnittansicht oberhalb der Primärspule 103. Zusätzlich zu den vorigen Beispielen weist das Maschenwerk 20 unterschiedlich große Maschen 21 auf. Insbesondere ist eine Fläche in einem Bereich 12 erhöhter Flussdichte über den Wicklungen der Primärspule 103 an die Flussdichte angepasst.
Alternativ oder zusätzlich können, wie bereits im
Zusammenhang mit den Figuren 34, 35 erwähnt, überdies mehrere Maschenwerke übereinander angeordnet werden. In dem in Figur 38 dargestellten siebten Beispiel sind zwei Maschenwerke 20, 30 unterschiedlicher Maschengrößen übereinandergelegt und leicht gegeneinander verschoben dargestellt. Die Maschen 21 des ersten Maschenwerks 20 sind in etwa doppelt so groß wie die Maschen 31 des zweiten Maschenwerks 30.
Figur 39 zeigt ein Beispiel einer ersten induktiven
Ladeeinheit 100. Die erste Ladeeinheit 100 weist ein Gehäuse 101 mit beispielhaft zwei Druckgussformteilen auf. Die Deckfläche des Gehäuses 101, die bei Kopplung mit einer zweiten induktiven Ladeeinheit dieser zugewandt ist, ist insbesondere aus einem nicht-leitendem Material ausgebildet wie Kunstsoff oder Faserverbundwerkstoffen. Dies ermöglicht eine einfache Integration des Maschenwerks 20 in das Gehäuse 101. Insbesondere kann das Maschenwerk 20 mittels
Einlaminieren in Kunststoff in das Gehäuse 101 integriert werden .
Beispielsweise weist das Maschenwerk 20 an seinen Ecken
Halteelemente 1155 auf, die das Maschenwerk 20 in der
richtigen Position aufspannen. Diese können beispielhaft mit eingegossen werden.
Wie in Figur 40 dargestellt, können Sensorleitungen 1150 als flexible Verbindung 1157 von dem Maschenwerk 20 in
entsprechender Länge z.B. auf einen Stecker 1191 geführt sein, der auf einer Platine 119 der Steuereinheit 119 angeordnet ist.
In vorteilhafter Weise ist das Maschenwerk 20 frei von einer Trägerplatine. Die Sensorspulen 1151 sind ferner nicht lediglich auf ein Gelege aufgestickt, vielmehr wird ein
Gelege aus Spulenstrukturen erzeugt. Diese können direkt in Kunststoff eingegossen werden. Das Maschenwerk 20 ist also selbst das Gelege.
Einzelne Sensorspulen 1151 können hierbei in Reihe geschaltet sein. Das Maschenwerk 20 kann mit Vorteil einfach in
vorhandene Gehäusebauteile integriert werden. Die das
Maschenwerk 20 aufspannenden Sensorleitungen 1150 können gleichzeitig zur Ausbildung einer Anschlussleitung 1157 bis zur Steuereinheit 119 der Auswerteelektronik dienen. Zur Herstellung des Maschenwerks 20 können Methoden der
Maschendrahtherstellung und/oder zusätzliche Abwandlungen hiervon eingesetzt werden. Auch weitere Methoden, wie aus der Textilherstellung, können hierbei zum Einsatz kommen. Durch Variation der Maschenflächen innerhalb eines Maschenwerks 20 können inhomogene Anforderungen innerhalb der Gesamtfläche einer FOD-einheit 115 berücksichtigt werden. Darüber hinaus kann eine einfache Anpassung der Geometrie der Maschen 21 durch Verwendung von zusätzlichen Haltern und Klipsen 26 erfolgen. Bei Verwendung mehrerer Maschenwerke 20
übereinander können in vorteilhafter Weise sehr dichte Netze mit unterschiedlichen Maschengrößen realisiert werden.
Das Maschenwerk eignet sich besonders für den Einsatz in der erfindungsgemäßen Ladeeinheit. Zusammenfassend sind folgende Konzepte des Maschenwerks hervorzuheben:
1. Konzept:
Maschenwerk (20) zur Objekterkennung in einem
Magnetfeld, umfassend eine Mehrzahl an Sensorleitungen (1150), wobei
- die Sensorleitungen (1150) in einer ersten Richtung (X) parallel zueinander, aneinander gereiht angeordnet sind,
- die Sensorleitungen (1150) in einer zu der ersten Richtung
(X) quer verlaufenden zweiten Richtung (Y) mehrere
Maschen (21) aufspannen, und
- die Maschen (21) benachbarter Sensorleitungen (1150)
jeweils miteinander gekoppelt sind, so dass die
Sensorleitungen (1150) das Maschenwerk (20) bilden.
2. Konzept :
Maschenwerk (20) nach Konzept 1, bei dem die Maschen (21) benachbarter Sensorleitungen (1150) jeweils ineinander greifen, so dass das Maschenwerk (20) verkettet ausgebildet ist. nzept:
Maschenwerk (20) nach einem der vorstehenden Konzepte 1 oder 2, umfassend Kopplungselemente (26), bei dem die Maschen (21) benachbarter Sensorleitungen (1150) jeweils mittels eines Kopplungselements (26) miteinander
gekoppelt sind. nzept:
Maschenwerk (20) nach einem der vorstehenden Konzepte 1 bis 3, bei dem die Sensorleitungen (1150) jeweils einen in der zweiten Richtung (Y) verlaufenden ersten
Abschnitt sowie einen entgegen der zweiten Richtung (Y) verlaufenden zweiten Abschnitt aufweisen, wobei jede der Maschen (21) aus dem ersten und dem zweiten Abschnitt gebildet ist, und die Sensorleitung (1150) derart ausgebildet ist, dass der zweite Abschnitt an einem Anfang jeder Masche (21) bezüglich der zweiten Richtung (Y) und/oder an einem Ende jeder Masche (21) bezüglich der zweiten Richtung (Y) den ersten Abschnitt
überkreuzt . nzept:
Maschenwerk (20) nach einem der vorstehenden Konzepte 1 bis 4, umfassend Kopplungselemente (26), bei dem die Sensorleitungen (1150) jeweils einen in der zweiten Richtung (Y) verlaufenden ersten Abschnitt sowie einen entgegen der zweiten Richtung (Y) verlaufenden zweiten Abschnitt aufweisen, wobei jede Masche (21) aus dem ersten und dem zweiten Abschnitt gebildet ist, und der zweite Abschnitt an einem Anfang jeder Masche (21) bezüglich der zweiten Richtung (Y) und/oder an einem Ende jeder Masche (21) bezüglich der zweiten Richtung (Y) jeweils mittels eines Kopplungselements (26) mit dem ersten Abschnitt gekoppelt ist. nzept:
Maschenwerk (20) nach einem der vorstehenden Konzepte 1 bis 5, bei dem die Maschen (21) jeweils eine Fläche einschließen, deren Größe derart variiert, dass ein Größenverhältnis der Flächen zueinander zwischen 0,5 und 2 beträgt. nzept:
Vorrichtung (115) zur Objekterkennung in einem
Magnetfeld, umfassend ein erstes Maschenwerk (20) nach einem der vorstehenden Konzepte 1 bis 6, und eine
Auswerteelektronik (119) zur Objekterkennung, die mit den Sensorleitungen (1150) des ersten Maschenwerks (20) signaltechnisch gekoppelt ist. nzept:
Vorrichtung (115) nach Konzept 7, umfassend ein weiteres Maschenwerk (30) nach einem der vorstehenden Konzepte 1 bis 6, wobei das weitere Maschenwerk (30) parallel zu dem ersten Maschenwerk (20) in einer zu der ersten und zweiten Richtung (X, Y) quer verlaufenden dritten
Richtung (Z) beabstandet von dem ersten Maschenwerk (20) angeordnet ist und die Sensorleitungen (1150) des weiteren Maschenwerks (30) mit der Auswertelektronik (119) signaltechnisch gekoppelt sind. 9. Konzept:
Vorrichtung (115) nach Konzept 8, bei dem die Maschen (21) des ersten Maschenwerks (20) jeweils eine erste Fläche einschließen, und die Maschen (31) des weiteren Maschenwerks (30) jeweils eine weitere Fläche
einschließen, wobei ein Größenverhältnis der ersten Fläche zu der weiteren Fläche zwischen 0,5 und 2
beträgt .
10. Konzept:
Verfahren zur Herstellung eines Maschenwerks (20) zur Objekterkennung in einem Magnetfeld, bei dem
- eine Mehrzahl an Sensorleitungen (1150) bereitgestellt
wird,
- die Sensorleitungen (1150) in einer ersten Richtung (X) parallel zueinander, aneinander gereiht angeordnet werden, derart, dass die Sensorleitungen (1150) in einer zu der ersten Richtung quer verlaufenden zweiten
Richtung (Y) jeweils mehrere Maschen (21) aufspannen, und die Maschen (21) benachbarter Sensorleitungen (1150) jeweils miteinander gekoppelt werden, so dass die
Sensorleitungen (1150) das Maschenwerk (20) bilden.
11. Konzept :
Verfahren nach Konzept 10, aufweisend die Schritte:
a) Bereitstellen einer ersten Sensorleitung der Mehrzahl an
Sensorleitungen (1150), welche mehrere erste Maschen bildet,
b) Bereitstellen einer weiteren Sensorleitung der Mehrzahl an
Sensorleitungen (1150) mit einem ersten und zweiten Abschnitt,
c) Anordnen der Sensorleitungen (1150) in der ersten Richtung
(X) parallel zueinander, aneinander gereiht derart, dass die Sensorleitungen (1150) in der zu der ersten Richtung (X) quer verlaufenden zweiten Richtung (Y) jeweils mehrere Maschen (21) aufspannen, und Koppeln der Maschen (21) benachbarter Sensorleitungen (1150) jeweils miteinander, so dass die Sensorleitungen (1150) das Maschenwerk (20) bilden, indem folgende Schritte
durchgeführt werden:
cl) Durchführen der weiteren Sensorleitung in der zweiten
Richtung (Y) durch die ersten Maschen derart, dass die weitere Sensorleitung mit ihrem ersten Abschnitt an einem Anfang jeder ersten Masche bezüglich der zweiten Richtung (Y) und an einem Ende jeder ersten Masche bezüglich der zweiten Richtung (Y) die erste
Sensorleitung überkreuzt,
c2) Ziehen des ersten Abschnitts der weiteren Sensorleitung mittels eines ersten Kamms (24) jeweils zwischen
Überkreuzungspunkten (22) der ersten und weiteren
Sensorleitung in die erste Richtung (X) , so dass zwischen dem ersten Abschnitt der weiteren Sensorleitung und den ersten Maschen jeweils ein Flächenstück
eingeschlossen wird,
c3) Durchführen des zweiten Abschnitts der weiteren
Sensorleitung entgegen der zweiten Richtung (Y) durch die Flächenstücke, derart, dass die weitere
Sensorleitung mit ihrem zweiten Abschnitt an einem Ende jeder ersten Masche bezüglich der zweiten Richtung (Y) und an einem Anfang jeder ersten Masche bezüglich der zweiten Richtung (Y) den ersten Abschnitt der weiteren Sensorleitung überkreuzt, und
c4) Ziehen des zweiten Abschnitts der weiteren Sensorleitung mittels eines zweiten Kamms (25) jeweils zwischen
Überkreuzungspunkten (22) des ersten und zweiten
Abschnitts der weiteren Sensorleitung in die erste Richtung (X) , so dass durch den ersten und zweiten Abschnitt der weiteren Sensorleitung jeweils weitere Maschen (21) gebildet werden.
12. Konzept :
Verfahren nach Konzept 11, bei dem
- ein entgegen der zweiten Richtung (Y) aus dem Maschenwerk
(20) herausgeführtes Ende des zweiten Abschnitts als weitere Sensorleitung mit einem jeweiligen ersten und zweiten Abschnitt dient, und
- die Schritte cl) bis c4) erneut durchgeführt werden.
13. Konzept:
Verfahren nach Konzept 10, bei dem das Maschenwerk (20) durch eines aus Sticken, Weben oder Verklipsen der Sensorleitungen (1150) hergestellt wird.
14. Konzept :
Die erfindungsgemäße, induktive Ladeeinheit (100) für ein Fahrzeug, umfassend
- eine Primärspule (103) zur induktiven Kopplung mit einer dem Fahrzeug zugeordneten Sekundärspule (203) , und
- eine Vorrichtung (115) zur Objekterkennung nach einem der vorstehenden Konzepte 7 bis 9.
15. Konzept:
Induktive Ladeeinheit (200) für ein Fahrzeug, umfassend
- eine Sekundärspule (203) zur induktiven Kopplung mit einer einer Bodeneinheit zugeordneten Primärspule (103), und
- eine Vorrichtung (215) zur Objekterkennung nach einem der vorstehenden Konzepte 7 bis 9. onzept:
Ladeeinheit (100, 200) nach einem der vorstehenden Konzepte 14 oder 15, wobei die Vorrichtung (115, 215) derart angeordnet ist, dass sich im Betrieb der
Ladeeinheit (100, 200) durch ein Magnetfeld der
Primärspule (103) in den Maschen (21) induzierte
Spannungen jeweils kompensieren. onzept :
Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Konzepte 14 bis 16, umfassend ein Gehäuse (101) mit
Halteelementen (1155), wobei das Maschenwerk (20) mittels der Halteelemente (1155) in dem Gehäuse (101) fixierend aufgespannt ist.
Bezugszeichenliste
100 erste Ladeeinheit
101 Gehäuse
103 Primärspule
105 Ferrit
107 Vergussmasse
111 Resonanzkondensator
113 Positionierungseinheit
115 FOD-einheit
117 Temperatursensor
119 Steuervorrichtung
120 Wandeinheit
121-129 Eingang
130 Grundträger
131, 133 Wölbung
135 Gummiauflage
137 AufStandfläche
140 Deckplatte
141 Überstand
143 Ausbuchtung
151 Bauteil
200 zweite Ladeeinheit
201 Gehäuse
203 Sekundärspule
205 Ferrit
d Abstand
B Magnetfeldlinie
A Abstand
F Kraft
X, Y, Z Richtungen
10 Fremdkörper - as -
11 feldfreier Bereich
12 Bereich erhöhter Flussdichte
20 Maschenwerk
21 Masche
22 Überkreuzungspunkt
23 Fixierpunkt
24 erster Kamm
25 zweiter Kamm
26 Klips
27 Abstandshalter
28 Kettenfaden
29 Schussfaden
30 Maschenwerk
31 Masche
1150 Sensorleitung
1151 Sensorspule
1153 Spulenreihe
1155 Halteelement
1157 Verbindung
1191 Stecker
1193 Platine
215 FOD-einheit
I Stromfluss
T Eindringtiefe

Claims

Patentansprüche
1. Induktive Ladeeinheit (100) für ein Fahrzeug, umfassend
- einen wannenförmigen Grundträger (130) mit einer
Grundfläche und die Grundfläche lateral umschließende Seitenwände, wobei die Grundfläche und die Seitenwände eine Wanne bilden,
- eine der Grundfläche gegenüberliegende Deckfläche,
- eine Primärspule (103) zur induktiven Kopplung mit einer dem Fahrzeug zugeordneten Sekundärspule (203) , wobei die Primärspule (103) in der Wanne angeordnet ist, und
- ein in der Wanne angeordnetes Füllmaterial (107), welches die Primärspule (103) mechanisch fixierend umgibt.
2. Ladeeinheit (100) nach Anspruch 1, wobei der Grundträger (130) eine von der Grundfläche hin zu der Deckfläche gerichtete Wölbung (131, 133) aufweist.
3. Ladeeinheit (100) nach Anspruch 2, wobei der Grundträger (130) am Rand der Wölbung (131, 133) eine
Aufstandsfläche (137) aufweist, und die Primärspule (103) und die Wölbung (131, 133) des Grundträgers (130) zueinander derart angeordnet sind, dass bei Überfahrt durch das Fahrzeug auftretende mechanische Kräfte (F) von der Deckfläche hin zu der Aufstandsfläche (137) an der Primärspule (103) vorbeigeleitet werden.
4. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei eine der Seitenwände des Grundträgers (130) durch die Wölbung (131) des Grundträgers (130) gebildet ist.
5. Ladeeinheit (100) nach Anspruch 4, wobei die durch die Wölbung (131) des Grundträgers (130) gebildete
Seitenwand des Grundträgers (130) eine der Wanne
abgewandte Außenseite aufweist, die als Rampe zur
Überfahrt durch das Fahrzeug ausgebildet ist.
6. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche
1 bis 5, wobei eine der Grundfläche abgewandte Oberkante der Seitenwände jeweils mit der Deckfläche abschließt.
7. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei der Grundträger (130) einstückig
ausgebildet ist.
8. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Grundträger (130) als tiefgezogenes Blech ausgebildet ist.
9. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Ferritstruktur (105) mit
- einem Ringkörper (1053), und
- quer zu dem Ringkörper (1053) verlaufenden Radialelementen
(1051), die über den Ringkörper (1053) miteinander gekoppelt und voneinander beabstandet angeordnet sind.
10. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ferritstruktur (105) unterhalb einer der Grundfläche abgewandten Oberkante der Seitenwände und/oder beabstandet zu einer jeweiligen, der Wanne zugewandten Innenseite der Seitenwände des Grundträgers (130) angeordnet ist.
11. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das Füllmaterial (107) als Vergussmasse aus GFK oder aus Kurzfaser mit Epoxidharz ausgebildet ist .
12. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das Füllmaterial (107) die Deckfläche der Ladeeinheit bildet.
13. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend eine Deckplatte (140), die die Deckfläche der Ladeeinheit (100) bildet, wobei die Deckplatte (140) einen Überstand (141) aufweist, der die Seitenwände des Grundträgers (130) jeweils lateral überragt, und der Überstand (141) jeweils eine Biegung hin zu der Grundfläche des Grundträgers (130) aufweist, so dass der Überstand (141) jeweils eine der Wanne abgewandte Außenseite der Seitenflächen bedeckt.
14. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei die Deckfläche eine von der Grundfläche abgewandte Ausbuchtung (143) aufweist.
15. Ladeeinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend ein flexibles Sensorgewebe (115) zur Detektion von metallischen Fremdkörpern im Bereich des Magnetfelds der Primärspule (103) .
PCT/EP2017/075119 2016-10-07 2017-10-04 Induktive ladeeinheit für ein fahrzeug WO2018065435A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780061361.9A CN109843635B (zh) 2016-10-07 2017-10-04 用于车辆的感应式充电单元
US16/375,254 US11667205B2 (en) 2016-10-07 2019-04-04 Inductive charging unit for a vehicle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016219476.3 2016-10-07
DE102016219476.3A DE102016219476A1 (de) 2016-10-07 2016-10-07 Induktive Ladeeinheit für ein Fahrzeug

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/375,254 Continuation US11667205B2 (en) 2016-10-07 2019-04-04 Inductive charging unit for a vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018065435A1 true WO2018065435A1 (de) 2018-04-12

Family

ID=60019899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/075119 WO2018065435A1 (de) 2016-10-07 2017-10-04 Induktive ladeeinheit für ein fahrzeug

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11667205B2 (de)
CN (1) CN109843635B (de)
DE (1) DE102016219476A1 (de)
WO (1) WO2018065435A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200411235A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-31 Mahle International Gmbh Method for the production of an inductive charging device
US11214156B2 (en) 2018-11-05 2022-01-04 Mahle International Gmbh Inductive charging device

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017110604A1 (de) * 2017-05-16 2018-11-22 Jungheinrich Aktiengesellschaft Ladesystem für ein batteriebetriebenes Flurförderzeug sowie Verfahren zum induktiven Laden eines batteriebetriebenen Flurförderzeugs
US11498437B2 (en) * 2018-11-05 2022-11-15 Mahle International Gmbh Inductive charging system with modular underground protection
CN109787376B (zh) * 2019-01-10 2024-04-02 深圳大学 一种感应电能传输金属异物检测系统和方法
DE102019110361A1 (de) * 2019-04-18 2020-10-22 Tdk Electronics Ag Lastübertragungselement und Gehäuse eines stationären Teils eines WPT-Systems, das ein Lastübertragungselement umfasst
US11605985B2 (en) * 2019-08-20 2023-03-14 Apple Inc. Wireless power system with object detection
DE102019215423A1 (de) * 2019-10-09 2021-04-15 Vitesco Technologies GmbH Ladevorrichtung für ein induktives Ladesystem
DE102020123475A1 (de) * 2020-09-09 2022-03-10 Audi Aktiengesellschaft Energiespeichereinrichtung für elektrische Energie, Ladeanordnung und Verfahren zur Installation einer Energiespeichereinrichtung oder Ladeanordnung
DE102021206894A1 (de) 2021-06-30 2023-01-05 Mahle International Gmbh Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung
DE102023200929A1 (de) * 2023-02-06 2024-08-08 Siemens Aktiengesellschaft Spulenaufbau für die induktive Energieübertragung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3914562A (en) * 1971-05-24 1975-10-21 John G Bolger Supplying power to vehicles
WO2011006884A2 (de) * 2009-07-15 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag System zum induktiven laden von fahrzeugen mit elektronischer positionierungshilfe
DE102011116738A1 (de) * 2011-10-22 2013-04-25 Langmatz Gmbh Stromtankstelle mit induktiver Übertragung elektrischer Energie
EP2620960A1 (de) * 2010-09-21 2013-07-31 Panasonic Corporation Kontaktlose stromversorgungsvorrichtung
US20140232331A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Qualcomm Incorporated Vehicle wireless charging pad mounting systems
EP3026682A1 (de) 2014-11-27 2016-06-01 Brusa Elektronik AG Abschirmmodul eines kontaktlosen Energieübertragungssystems mit verbesserter mechanischer Stabilität

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057437B4 (de) * 2009-12-09 2023-03-16 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Anordnung zum induktiven Beladen eines Energiespeichers Fahrzeugs und Ladestation
DE102011014752B4 (de) * 2011-03-09 2012-09-20 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg System zum berührungslosen Übertragen von Energie an ein Fahrzeug
US8975865B2 (en) * 2011-08-12 2015-03-10 Delphi Technologies, Inc. Wireless electrical charging system resonator housing
WO2013061616A1 (ja) * 2011-10-28 2013-05-02 パナソニック株式会社 非接触電力伝送装置、並びにこれに用いる給電装置及び受電装置
DE102012202472B4 (de) * 2012-02-17 2018-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie auf eine korrespondierende Vorrichtung
US9431834B2 (en) * 2012-03-20 2016-08-30 Qualcomm Incorporated Wireless power transfer apparatus and method of manufacture
US20130270919A1 (en) * 2012-04-16 2013-10-17 Ut-Battelle, Llc Above resonance frequency operation for wireless power transfer
DE102013101150A1 (de) * 2013-02-05 2014-08-21 Conductix-Wampfler Gmbh Spuleneinheit und Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
DE102013212007A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-08 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrische Versorgung eines Fahrzeugs im Stand
DE102013219542A1 (de) * 2013-09-27 2015-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Ladeanordnung zur induktiven drahtlosen Abgabe von Energie
CN106165246B (zh) * 2014-04-08 2018-09-11 日产自动车株式会社 非接触供电用线圈
GB2529630A (en) * 2014-08-26 2016-03-02 Bombardier Transp Gmbh A receiving device for receiving a magnetic field and for producing electric energy by magnetic induction, in particular for use by a vehicle
WO2016031209A1 (ja) * 2014-08-28 2016-03-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 異物検出装置
JP6392649B2 (ja) * 2014-11-28 2018-09-19 トヨタ自動車株式会社 受電装置および送電装置
JP6096169B2 (ja) * 2014-12-22 2017-03-15 株式会社ダイヘン 非接触送電装置、および、非接触給電システム
CN107852031B (zh) * 2015-04-15 2021-10-08 无线先进车辆电气化有限公司 可移除式感应电力传输垫
JP6458678B2 (ja) * 2015-08-05 2019-01-30 トヨタ自動車株式会社 コイルユニット
US10756572B2 (en) * 2016-05-20 2020-08-25 Lear Corporation Wireless charging pad having coolant assembly
EP3607635B1 (de) * 2017-04-07 2022-10-19 Sew-Eurodrive GmbH & Co. KG Verfahren zum herstellen eines systems zur induktiven übertragung von energie an ein mobilteil und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
CN111213322B (zh) * 2017-11-03 2022-03-04 索尤若驱动有限及两合公司 用于向移动设备非接触式传输电能的系统
JP7087664B2 (ja) * 2018-05-17 2022-06-21 株式会社Ihi コイル装置
CN112352367B (zh) * 2018-06-29 2024-02-23 日产自动车株式会社 车辆用非接触供电系统
DE102019212151A1 (de) * 2019-08-13 2021-02-18 Mahle International Gmbh Energieübertrager für eine berührungslose Energieübertragung und Traktionsakkumulator-Ladesystem

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3914562A (en) * 1971-05-24 1975-10-21 John G Bolger Supplying power to vehicles
WO2011006884A2 (de) * 2009-07-15 2011-01-20 Conductix-Wampfler Ag System zum induktiven laden von fahrzeugen mit elektronischer positionierungshilfe
EP2620960A1 (de) * 2010-09-21 2013-07-31 Panasonic Corporation Kontaktlose stromversorgungsvorrichtung
DE102011116738A1 (de) * 2011-10-22 2013-04-25 Langmatz Gmbh Stromtankstelle mit induktiver Übertragung elektrischer Energie
US20140232331A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Qualcomm Incorporated Vehicle wireless charging pad mounting systems
EP3026682A1 (de) 2014-11-27 2016-06-01 Brusa Elektronik AG Abschirmmodul eines kontaktlosen Energieübertragungssystems mit verbesserter mechanischer Stabilität

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11214156B2 (en) 2018-11-05 2022-01-04 Mahle International Gmbh Inductive charging device
US20200411235A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-31 Mahle International Gmbh Method for the production of an inductive charging device
US11710597B2 (en) * 2019-06-25 2023-07-25 Mahle International Gmbh Method for the production of an inductive charging device

Also Published As

Publication number Publication date
US20190225098A1 (en) 2019-07-25
CN109843635B (zh) 2023-04-14
CN109843635A (zh) 2019-06-04
DE102016219476A1 (de) 2018-04-12
US11667205B2 (en) 2023-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018065435A1 (de) Induktive ladeeinheit für ein fahrzeug
EP1097094B1 (de) Fördergurt mit trägergewebe, in den leiterschleifen eingebettet sind
EP3216127A2 (de) Vorrichtung und verfahren zur erfassung einer lenkradberührung
DE102013111266B4 (de) Flächeninduktionsheizvorrichtung und Reparaturverfahren für ein Formteil
DE102016209487A1 (de) Induktionsheizvorrichtung, Reparaturverfahren und Vakuumhaubenvorrichtung
DE102010016359A1 (de) Elastomerprodukt, insbesondere Luftfeder mit einem Balg, mit einem elektrischen Bauteil
DE102008034937A1 (de) Abstandsgewirke und Verfahren zu dessen Herstellung
DE202015100080U1 (de) Induktionsheizvorrichtung
DE102009020944A1 (de) Haftverschlusselement
EP0189173B1 (de) Rundstrickware mit Kettenwirkstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE112020002649T5 (de) Verkabelungsbauteil
DE102015221587A1 (de) Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit Fremdkörpererfassungseinrichtung
DE102019106107A1 (de) Werkzeugvorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoff-Bauteils und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Verbundwerkstoff
DE102006007518A1 (de) Abschirmgewebe
WO2018065451A1 (de) Spuleneinheit zum induktiven laden eines fahrzeuges
WO2018065452A1 (de) Maschenwerk und vorrichtung zur objekterkennung in einem magnetfeld, verfahren zur herstellung des maschenwerks und induktive ladeeinheit
WO2017050486A1 (de) Ladevorrichtung mit und verfahren zur herstellung einer induktionsspule
WO2015154838A1 (de) Wicklungsanordnung und verfahren zur herstellung der wicklungsanordnung
DE102017216265A1 (de) Identifikationseinheit sowie Reifen mit einer derartigen Identifikationseinheit
DE112017005938B4 (de) Verfahren zum festlegen der einbettungstiefe von schleifenspulen in einem förderband und verfahren zum herstellen eines förderbandes
DE202015002364U1 (de) Heizelement für benutzerberührbare Flächen
DE102006012549A1 (de) Textiles energieumformendes Gebilde und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013018883B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Textils und Textil zur Energiewandlung
DE102009059114A1 (de) Matte mit einem Heizelement und mindestens einer Elektrode
DE102007021826A1 (de) Schalungselement

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17780080

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17780080

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1