WO2023099672A1

WO2023099672A1 - Energietransferspulenvorrichtung

Info

Publication number: WO2023099672A1
Application number: PCT/EP2022/084083
Authority: WO
Inventors: Ignacio Lope Moratilla; Alexis Adrian NARVAEZ ACARO; Claudio Carretero Chamarro; Jesus Acero Acero; Pablo Jesus Hernandez Blasco; Sergio Llorente Gil
Original assignee: BSH Hausgeräte GmbH
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-06-08

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Energietransferspulenvorrichtung zur induktiven Energieübertragung mittels eines magnetischen Wechselfelds zwischen zwei Induktionsspulen (22, 22'), aufweisend eine erste Induktionsspule (22, 22') der zwei Induktionsspulen (22, 22') und zumindest einen ferromagnetischen Ausrichtungsmagneten (24, 24') zur Ausrichtung der Induktionsspulen (22, 22') zueinander. Um eine erhöhte elektrische Effizienz und/oder eine verringerte Erwärmung des Ausrichtungsmagneten zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Energietransferspulenvorrichtung eine Abschirmeinheit (26, 26') aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Eindringen von Magnetfeldlinien des magnetischen Wechselfelds in den Ausrichtungsmagneten (24, 24') zu verringern und/oder zu vermeiden.

Description

Energietransferspulenvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Energietransferspulenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Elektrogerät mit einer solchen Energietransferspulenvorrichtung gemäß Anspruch 13, eine Sendestation mit einer solchen Energietransferspulenvorrichtung gemäß Anspruch 14 und ein System aus einem solchen Elektrogerät und einer solchen Sendestation gemäß Anspruch 15.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung von elektrischer Energie ein Paar von Induktionsspulen mittels eines Paars von Ausrichtungsmagneten magnetisch zueinander ausrichtet, um die Übertragung zu optimieren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich reduzierter Übertragungsverluste, insbesondere einer erhöhten elektrischen Effizienz, und/oder hinsichtlich einer reduzierten Erwärmung zumindest des Ausrichtungsmagneten bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Energietransferspulenvorrichtung zur induktiven Energieübertragung mittels eines magnetischen, insbesondere elektromagnetischen, Wechselfelds zwischen zwei Induktionsspulen, aufweisend eine erste Induktionsspule der zwei Induktionsspulen und zumindest einen ferromagnetischen, alternativ ferrimagnetischen, Ausrichtungsmagneten zur Ausrichtung der Induktionsspulen zueinander.

Es wird vorgeschlagen, dass die Energietransferspulenvorrichtung eine Abschirmeinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Eindringen von Magnetfeldlinien des magnetischen Wechselfelds in den Ausrichtungsmagneten, insbesondere zumindest in ein ferromagnetisches Material des Ausrichtungsmagneten, zu verringern und/oder zu vermeiden. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass durch das magnetische Wechselfeld in dem Ausrichtungsmagneten hervorgerufene Wirbelströme reduziert oder vermieden werden. Eine Reduktion der Wirbelströme wiederum führt zu einer reduzierten Erwärmung und/oder zu reduzierten Übertragungsverlusten. Eine reduzierte Erwärmung des Ausrichtungsmagneten kann wiederum zu einer erhöhten Lebensdauer des Ausrichtungsmagneten erreicht werden, insbesondere hinsichtlich dessen Magnetisierung. Insbesondere wird durch den Skin-Effekt, insbesondere Oberflächennahe Wirbelströme, ein in ein leitendes Material eindringendes hochfrequentes Magnetfeld im Material exponentiell abgeschwächt.

Die Energietransferspulenvorrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen mit einer korrespondierenden Energietransferspulenvorrichtung, die eine zweite der zwei Induktionsspulen aufweist, zusammenzuwirken. Insbesondere ist die Energietransferspulenvorrichtung dazu vorgesehen, insbesondere mittels der ersten Induktionsspule, elektrische Energie in das magnetische Wechselfeld umzuwandeln („senden“) und/oder das magnetische Wechselfeld in elektrische Energie umzuwandeln („empfangen“). Beispielsweise ist die korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung dazu vorgesehen, insbesondere mittels der zweiten Induktionsspule, elektrische Energie in das magnetische Wechselfeld umzuwandeln und/oder das magnetische Wechselfeld in elektrische Energie umzuwandeln. Insbesondere ist die korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung dazu vorgesehen, das magnetische Wechselfeld zu generieren und die Energietransferspulenvorrichtung ist dazu vorgesehen, das magnetische Wechselfeld zu empfangen. Alternativ ist die Energietransferspulenvorrichtung dazu vorgesehen, das magnetische Wechselfeld zu generieren und die korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung ist dazu vorgesehen, das magnetische Wechselfeld zu empfangen. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Energietransferspulenvorrichtung, insbesondere als Bestandteil einer Powerbank oder eines mobilen Energiespeichers, dazu vorgesehen sein, situationsabhängig das magnetische Wechselfeld zu generieren, beispielsweise zum Entladen der Powerbank, oder zu empfangen, beispielsweise zum Laden der Powerbank.

Das magnetische Wechselfeld weist insbesondere eine Schwingungsfrequenz zwischen 1 kHz und 1000 kHz, insbesondere zwischen 50 kHz und 500 kHz, beispielsweise zwischen 80 kHz und 200 kHz, auf. Das magnetische Wechselfeld wird vorzugsweise von einer der zwei Induktionsspulen mittels eines hochfrequenten Wechselstroms generiert, der die Induktionsspule durchfließt.

Unter einer Induktionsspule soll insbesondere eine elektrische Leitung verstanden werden, die zu einer oder mehreren, insbesondere zumindest fünf, beispielsweise zumindest zehn, Windungen, insbesondere um eine Spulenachse herum, aufgewickelt ist. Insbesondere ist die elektrische Leitung als Litzenleitung ausgebildet. Alternativ ist die elektrische Leitung als Einzeldraht ausgebildet. Die Spulenachse ist insbesondere eine Achse, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einem Windungsverlauf zumindest einer, beispielsweise zumindest einem Großteil, vorzugsweise aller, Windungen der Induktionsspule orientiert ist. Die Spulenachse verläuft vorzugsweise durch eine Mitte der Induktionsspule, insbesondere durch einen Schwerpunkt der Induktionsspule.

Der Ausrichtungsmagnet weist vorzugsweise eine permanente Magnetisierung auf. Insbesondere weist der Ausrichtungsmagnet eine Remanenz von zumindest 0,5 T, vorzugsweise zumindest 1 T, auf. Beispielsweise weist der Ausrichtungsmagnet eine magnetische Energiedichte von zumindest 100 kJ/m³, beispielsweise zumindest 200 kJ/m³, vorzugweise zumindest 400 kJ/m³, auf.

Insbesondere ist der Ausrichtungsmagnet dazu vorgesehen, magnetisch mit einem Ausrichtungsmagneten einer/der korrespondierenden Energietransferspulenvorrichtung zu interagieren, um die zwei Induktionsspulen zueinander auszurichten. Insbesondere ist der Ausrichtungsmagnet mechanisch mit der ersten Induktionsspule, vorzugsweise starr, verbunden. Insbesondere ist der zumindest eine Ausrichtungsmagnet dazu vorgesehen, einen Abstand zwischen den zwei Induktionsspulen zu minimieren. Beispielsweise ist der Ausrichtungsmagnet dazu vorgesehen, eine Kraft zu generieren, die auf die erste Induktionsspule und in Richtung der zweiten Induktionsspule wirkt und/oder die auf die zweite Induktionsspule und in Richtung der ersten Induktionsspule wirkt. Beispielsweise ist der Ausrichtungsmagnet dazu vorgesehen, die zwei Induktionsspulen derart zueinander auszurichten, so dass deren jeweilige Spulenachsen in Übereinstimmung gebracht werden. Insbesondere ist zumindest die erste Induktionsspule beweglich gelagert. Alternativ oder zusätzlich kann der Ausrichtungsmagnet dazu vorgesehen sein, die gesamte Energietransferspulenvorrichtung oder gar ein, insbesondere gesamtes, die Energietransferspulenvorrichtung aufweisendes Elektrogerät relativ zur zweiten Induktionsspule auszurichten.

Die Abschirmeinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, das in den Ausrichtungsmagneten eindringende magnetische Wechselfeld zumindest um 50 %, insbesondere zumindest um 70 %, vorzugsweise zumindest um 90 %, zu reduzieren gegenüber einer Ausgestaltung ohne Abschirmeinheit.

Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.

Gemäß weiteren Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die Abschirmeinheit zumindest ein Abschirmmaterial aufweist, das einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, als ein Magnetmaterial des Ausrichtungsmagneten. Bevorzugt ist der spezifische elektrische Widerstand des Abschirmmaterials zumindest 10-mal, insbesondere zumindest 50-mal, vorzugsweise zumindest 90-mal, so groß wie der spezifische elektrische Widerstand des Magnetmaterials. Hierdurch kann eine gute Abschirmung erreicht werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass ohmsche Verluste durch Wirbelströme geringer sind, da diese in der Abschirmeinheit erzeugt werden statt in dem Magnetmaterial. Die Wirbelströme in der Abschirmeinheit wiederum können ein weiteres magnetisches Wechselfeld generieren, das dem magnetischen Wechselfeld entgegengerichtet ist, so dass durch Überlagerung der beiden magnetischen Wechselfelder ein in den Ausrichtungsmagneten eindringendes magnetisches Wechselfeld reduziert wird. Insbesondere ist die Abschirmeinheit zumindest im Wesentlichen, insbesondere zu mindestens 80 %, beispielsweise zu mindestens 95 %, vorzugsweise komplett, von dem Abschirmmaterial gebildet. Insbesondere ist das Abschirmmaterial ein Metall, vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, alternativ zum Beispiel Silber oder eine Metalllegierung.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Magnetmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10 m m, insbesondere weniger als 100 p m, beispielsweise weniger als 10 p m, vorzugsweise weniger als 2 m aufweist. Insbesondere ist das Magnetmaterial ein metallisches Magnetmaterial, insbesondere eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung. Hierdurch können insbesondere hohe Magnetfeldstärken erreicht werden. Insbesondere kann in einer solchen Ausgestaltung ein großer Effekt durch die Abschirmeinheit erreicht werden

Weiterhin kann die Abschirmeinheit zumindest im Wesentlichen von zumindest einem diamagnetischen oder paramagnetischen Material gebildet sein. Vorzugsweise ist das Abschirmmaterial ein nicht-magnetisches, insbesondere nicht-ferromagnetisches, Material. Es kann insbesondere eine Störung des von dem Ausrichtungsmagneten generierten Magnetfelds verringert oder zumindest reduziert werden, wodurch insbesondere eine nutzbare magnetische Kraft durch den Ausrichtungsmagneten erhöht werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Ausrichtungsmagnet von der ersten Induktionsspule umgeben, insbesondere umrundet zumindest eine Windung der Induktionsspule den Ausrichtungsmagneten. Insbesondere ist der Ausrichtungsmagnet in einem Zentrum der Induktionsspule angeordnet. Beispielsweise ist der Ausrichtungsmagnet entlang der Spulenachse angeordnet. Insbesondere ist der Ausrichtungsmagnet radial-symmetrisch bezüglich der Spulenachse ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Ausrichtung der Induktionsspulen erreicht werden.

Alternativ kann der Ausrichtungsmagnet außerhalb, insbesondere bezüglich der Spulenachse radial außerhalb, der Induktionsspule angeordnet sein. Insbesondere gemeinsam mit zumindest einem, vorzugsweise zumindest zwei weiteren Ausrichtungsmagneten.

Bevorzugt ist die erste Induktionsspule als Flachspule ausgebildet. Insbesondere ist eine Ausdehnung der Flachspule entlang der Spulenachse kleiner als 10 %, insbesondere kleiner als 5 %, vorzugsweise kleiner als 2 % eines größten Windungsumfangs der Induktionsspule. Beispielsweise sind zumindest ein Großteil, insbesondere zumindest 80 %, beispielsweise zumindest 90 %, vorzugsweise alle, der Windungen der ersten Induktionsspule in oder an einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Insbesondere ist die elektrische Leitung der Induktionsspule spiralförmig, insbesondere als Spirale, gewickelt/gewunden. Hierdurch kann insbesondere eine effiziente Energieübertragung erreicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Abschirmeinheit an dem Ausrichtungsmagneten anliegend angeordnet ist. Insbesondere ist ein Abstand vom Ausrichtungsmagneten zu Teilen der Abschirmeinheit, die dem Ausrichtungsmagneten zugewandt sind, kleiner als eine Materialstärke der Abschirmeinheit. Hierdurch kann insbesondere eine kompakte Ausbildung und/oder eine gute Abschirmung erreicht werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Teil der Abschirmeinheit zwischen dem Ausrichtungsmagneten und der ersten Induktionsspule angeordnet ist. Insbesondere ist zumindest eine Seite des Ausrichtungsmagneten, die der ersten Induktionsspule zugewandt ist, mit der Abschirmeinheit versehen.

Da in den Bereichen, die der ersten Induktionsspule am nächsten liegen, die höchsten Stärken des magnetischen Wechselfelds erreicht werden, kann bereits durch eine Abschirmung des Ausrichtungsmagneten in diesen Bereichen eine hohe Abschirmung und somit Steigerung von Effizienz und/oder Reduzierung von Erwärmung erreicht werden.

Bevorzugt kapselt die Abschirmeinheit den Ausrichtungsmagneten vollständig ein. Hierdurch kann eine gute Abschirmung erreicht werden.

Alternativ kann zumindest eine Seite des Ausrichtungsmagneten, die einem Magnetfeldbündelungselement, insbesondere einem Ferrit, der Energietransferspulenvorrichtung zugewandt ist, teilweise oder komplett frei sein von der Abschirmeinheit. Weiterhin kann eine Seite des Abschirmmagneten, die dem Ausrichtungsmagneten der korrespondierenden Energietransferspulenvorrichtung zugewandt ist, teilweise oder komplett frei sein von der Abschirmeinheit. Eine Seite soll insbesondere dann als „frei“ von der Abschirmeinheit verstanden werden, wenn keine orthogonale Projektion der Seite die Abschirmeinheit schneidet.

Vorzugsweise weist die Abschirmeinheit eine Materialstärke auf, die zumindest einer einfachen, insbesondere einer zweifachen, beispielsweise einer dreifachen, alternativ einer fünffachen, Leitschichtdicke (ö) entspricht, insbesondere bezogen auf eine Frequenz (f) des magnetischen Wechselfelds und Materialkonstanten (o, p) eines/des Abschirmmaterials der Abschirmeinheit. Die Leitschichtdicke ö wird insbesondere berechnet gemäß der Formel:

Die Materialkonstante p steht hierbei für die absolute Permeabilität. Die Materialkonstante o steht für die elektrische Leitfähigkeit (Kehrwert des spezifischen elektrischen Widerstands). Hierdurch kann insbesondere eine gute Abschirmung erreicht werden.

Vorzugsweise weist die Abschirmeinheit eine Materialstärke von zumindest 200 pm auf. Hierdurch kann insbesondere eine gute Abschirmung erreicht werden.

Vorzugsweise weist die Abschirmeinheit eine Materialstärke von maximal 10 5 und/oder maximal 2 mm, insbesondere maximal 5 ö und/oder maximal 1 mm, auf. Hierdurch kann insbesondere eine Materialersparnis und/oder eine kompakte Bauweise erreicht werden.

Die Materialstärke des Abschirmmaterials ist hierbei insbesondere eine Dicke des Abschirmmaterials in einer orthogonalen Richtung ausgehend von einer Oberfläche des Abschirmmagneten.

Gemäß weiteren Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die erste Induktionsspule dazu vorgesehen ist, weniger als 30 W, insbesondere weniger als 10 W, beispielsweise weniger als 3 W elektrische Leistung zu übertragen, insbesondere zu senden und/oder zu empfangen. Geräte, die solch niedrige elektrische Leistungen verwenden, weisen oft sehr kompakte Bauformen und reduzierte Wärmeabfuhrmöglichkeiten auf. Die Anwendung der Abschirmeinheit in einer solchen Ausgestaltung ist also besonders vorteilhaft.

Weiterhin wird ein Elektrogerät, insbesondere ein Elektrokleingerät, vorgeschlagen mit zumindest einer zuvor beschriebenen Energietransferspulenvorrichtung, wobei die Energietransferspulenvorrichtung zu einem Empfang von induktiv übertragener Energie mittels des magnetischen Wechselfelds vorgesehen ist. Das Elektrogerät ist insbesondere als mobiles Elektrogerät, beispielsweise frei von einer, insbesondere dauerhaften, kabelgebundenen Energieversorgung, ausgebildet. Insbesondere weist das Elektrogerät einen Elektroenergiespeicher/Akku auf, der dazu vorgesehen ist, mittels der Energietransferspulenvorrichtung geladen zu werden. Das Elektrokleingerät weist insbesondere eine elektrische Leistungsaufnahme/Verbrauch von maximal 30 W, insbesondere maximal 10 W, beispielsweise weniger als 3 W, vorzugsweise weniger als 1 W, beispielsweise weniger als 0,1 W, auf. Beispielsweise ist das Elektrogerät als Unterhaltungselektronik, insbesondere als Tablet, Smartphone, Kopfhörer und weiteres, als Lichtquelle, als Haushaltsgerät, insbesondere als Küchengerät, beispielsweise als Temperatursensor oder als „Smart-Gargeschirr“ oder auch als Mixer/Pürierer, Wasserkocher, oder weiteres, ausgebildet.

Ebenso wird eine Sendestation vorgeschlagen mit zumindest einer zuvor beschriebenen Energietransferspulenvorrichtung, wobei die Energietransferspulenvorrichtung dazu vorgesehen ist, das magnetische Wechselfeld zu generieren. Insbesondere ist die Sendestation dazu vorgesehen, ein zuvor beschriebenes Elektrogerät induktiv mit Energie zu versorgen. Insbesondere ist die Sendestation als gemeinsame Basisstation für unterschiedliche Elektrogeräte, insbesondere Elektrokleingeräte, ausgebildet.

Beispielsweise ist die Sendestation dazu vorgesehen, je nach Bedarf einen Wasserkocher oder einen Mixer oder ein weiteres (Küchen-)Gerät mit Energie zu versorgen. Eine gemeinsame Basisstation für mehrere Endgeräte kann Platz sparen.

Die Energietransferspulenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Energietransferspulenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.

Weiterhin wird ein System vorgeschlagen mit einem zuvor beschriebenen Elektrogerät und einer zuvor beschriebenen Sendestation, wobei die Sendestation dazu vorgesehen ist, das Elektrogerät induktiv mit Energie zu versorgen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein System mit einem erfindungsgemäßen Elektrogerät und einer erfindungsgemäßen Sendestation, die jeweils eine erfindungsgemäße Energietransferspulenvorrichtung aufweisen, in einer schematischen Schnittdarstellung,

Fig. 2 die erfindungsgemäße Energietransferspulenvorrichtung in einer schematischen perspektivischen Darstellung und

Fig. 3 die erfindungsgemäße Energietransferspulenvorrichtung in einer schematischen perspektivischen Explosionsdarstellung.

Figur 1 zeigt ein System 10. Das System 10 weist ein Elektrogerät 12 und eine Sendestation 13 auf. Die Sendestation 13 ist dazu vorgesehen, das Elektrogerät 12 mit Energie zu versorgen. Das Elektrogerät 12 ist als mobiles Elektrogerät ausgebildet. Das Elektrogerät 12 ist ein Elektrokleingerät.

Das Elektrogerät 12 weist eine Energietransferspulenvorrichtung 20 auf. Die Sendestation 13 weist eine zu der Energietransferspulenvorrichtung 20 korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung 20’ auf.

Die hier getroffene Unterscheidung in eine Energietransferspulenvorrichtung 20 und eine korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung 20’ dient lediglich der Klarheit und dem besseren Verständnis. Soweit nicht anders angegeben, können Merkmale, die für die Energietransferspulenvorrichtung 20 und ihre Bestandteile beschrieben sind, grundsätzlich auch als für die korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung 20’ und ihre Bestandteile geltend angesehen werden und umgekehrt. Gleiche Bestandteile der Energietransferspulenvorrichtung 20 und der korrespondierenden Energietransferspulenvorrichtung 20’ sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und im Falle der korrespondierenden Energietransferspulenvorrichtung 20’ um einen Apostroph ergänzt.

Die korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung 20’ ist dazu vorgesehen, ein magnetisches Wechselfeld zu generieren. Die Energietransferspulenvorrichtung 20 ist zu einem Empfang von mittels des magnetischen Wechselfelds induktiv übertragener elektrischer Energie vorgesehen.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen die Energietransferspulenvorrichtung 20 zur induktiven Energieübertragung mittels eines magnetischen Wechselfelds zwischen zwei Induktionsspulen 22, 22’ aus unterschiedlichen Perspektiven. Die Energietransferspulenvorrichtung 20 weist eine erste Induktionsspule 22 der Induktionsspulen 22, 22’ auf. Die korrespondierende Energietransferspulenvorrichtung 20’ weist eine zweite Induktionsspule 22’ der zwei Induktionsspulen 22, 22’ auf. Die zweite Induktionsspule 22’ kann im Weiteren auch als korrespondierende Induktionsspule 22’ bezeichnet sein. Weiterhin kann die erste Induktionsspule 22 auch nur als Induktionsspule 22 bezeichnet sein.

Die Energietransferspulenvorrichtung 20 weist weiterhin einen ferromagnetischen Ausrichtungsmagneten 24 zur Ausrichtung der zwei Induktionsspulen 22, 22’ zueinander auf.

Die Energietransferspulenvorrichtung 20 weist eine Abschirmeinheit 26 auf, die dazu vorgesehen ist, ein Eindringen von Magnetfeldlinien des magnetischen Wechselfelds in den Ausrichtungsmagneten 24 zu verringern und/oder zu vermeiden.

Die Abschirmeinheit 26 weist ein Abschirmmaterial auf, das einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, als ein Magnetmaterial des Ausrichtungsmagneten 24. Das Abschirmmaterial ist Kupfer. Das Abschirmmaterial weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 0,017 m auf. Die Abschirmeinheit 26 ist komplett aus dem Abschirmmaterial gefertigt. Das Magnetmaterial ist eine Neodym-Eisen-Bor-Legierung (NdFeB). Der Ausrichtungsmagnet 24 ist von dem Magnetmaterial gebildet. Der Ausrichtungsmagnet 24 kann eine Beschichtung aufweisen, die dazu vorgesehen ist, eine Korrosion des Magnetmaterials zu vermeiden. Das Magnetmaterial weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10 m m, in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1,6 p m, auf. Alternativ zu NdFeB sind auch andere Magnetmaterialien, beispielsweise Samarium-Cobalt-Legierungen (SmCo) oder Kombinationen mehrerer Magnetmaterialien, denkbar.

Die Abschirmeinheit 26 ist von einem schwach diamagnetischen Material gebildet. Alternativ kann die Abschirmeinheit 26 auch aus Aluminium gebildet sein, das insbesondere ein schwach paramagnetisches Material ist. Auch wenn weitere Materialien, wie zum Beispiel Silber, auch als Abschirmmaterial geeignet wären, sind Aluminium und/oder Kupfer aufgrund von Kosten und Verfügbarkeit bevorzugt. Die Abschirmeinheit 26 kann in einer weiteren Alternative auch aus einer Kombination oder Mischung unterschiedlicher Abschirmmaterialien gefertigt sein. Der Ausrichtungsmagnet 24 ist von der Induktionsspule 22 umgeben. Die Induktionsspule 22 ist als Flachspule ausgebildet. Der Ausrichtungsmagnet 24 ist, insbesondere mittig, in der Induktionsspule 22 angeordnet. Die Induktionsspule 22 weist eine radialsymmetrische Form auf, insbesondere bezüglich einer Spulenachse der ersten Induktionsspule 22. Die Induktionsspule 22 weist eine lochscheibenartige Form auf. Der Ausrichtungsmagnet 24 weist eine zylinderartige Form auf, ist insbesondere als Zylinder ausgebildet. Der Ausrichtungsmagnet 24 ist scheibenförmig, insbesondere als, beispielsweise dicke, Scheibe, ausgebildet.

Die Abschirmeinheit 26 ist an dem Ausrichtungsmagneten 24 anliegend angeordnet.

Ein erstes Teil 27 der Abschirmeinheit 26 ist zwischen dem Ausrichtungsmagneten 24 und der Induktionsspule 22 angeordnet. Das erste Teil 27 ist ringförmig, insbesondere als Ring, ausgebildet, der den Ausrichtungsmagneten 24 radial umgibt. Das erste Teil 27 bedeckt eine radiale Außenfläche des Ausrichtungsmagneten 24 komplett.

Die Abschirmeinheit 26 kapselt den Ausrichtungsmagneten 24 vollständig ein.

Die Abschirmeinheit 26 weist ein zweites Teil 29 auf, das an einer ersten Grundseite des Ausrichtungsmagneten 24 angeordnet ist, die zumindest in einem Betriebszustand, in dem Energie zwischen den zwei Induktionsspulen 22, 22’ transferiert wird, einem korrespondierenden Ausrichtungsmagneten 24’ der korrespondierenden Energietransferspulenvorrichtung 20’ zugewandt ist. Das zweite Teil 29 ist scheibenförmig, insbesondere als, beispielsweise kreisförmige, Scheibe, ausgebildet. Das zweite Teil 29 bedeckt die erste Grundseite komplett.

Die Energietransferspulenvorrichtung 20 weist weiterhin ein Magnetfeldbündelungselement 23, oder in anderen Ausgestaltungen eine Magnetfeldbündelungseinheit mit einer Mehrzahl von Magnetfeldbündelungselementen, auf. Das Magnetfeldbündelungselement 23 ist plattenförmig ausgebildet. Das Magnetfeldbündelungselement 23 ist als Ferrit ausgebildet. Das Magnetfeldbündelungselement 23 ist auf und/oder an einer Seite der Induktionsspule 22 angeordnet, die der korrespondierenden Induktionsspule 22’, zumindest in einem Betriebszustand, in dem Energie zwischen den zwei Induktionsspulen 22, 22’ transferiert wird, abgewandt ist. Die Abschirmeinheit 26 weist ein drittes Teil 28 auf, das an einer zweiten Grundseite des Ausrichtungsmagneten 24 angeordnet ist. Die zweite Grundseite ist gegenüber der ersten Grundseite angeordnet. Die zweite Grundseite ist dem Magnetfeldbündelungselement 23 zugewandt. Das dritte Teil 29 ist scheibenförmig, insbesondere als, beispielsweise kreisförmige, Scheibe, ausgebildet. Das dritte Teil 28 bedeckt die zweite Grundseite komplett.

Das erste Teil 27 steht über den Ausrichtungsmagneten 24, insbesondere in einer Richtung entlang der Spulenachse, über. Das erste Teil 27 deckt eine radiale Fläche des zweiten Teils 29 ab. Das erste Teil 27 deckt eine radiale Fläche des dritten Teils 28 ab.

Die Abschirmeinheit 26, insbesondere die Teile 27, 28, 29, weist/weisen eine Materialstärke auf, die größer sind als eine einfache Leitschichtdicke ö. Die Leitschichtdicke ö ist hierbei bezogen auf eine Frequenz f des magnetischen Wechselfelds von beispielsweise 100 kHz und Material konstanten o, p des Abschirmmaterials der Abschirmeinheit 26. Für Kupfer ergibt sich so eine Leitschichtdicke ö von etwa 200 pm. Für Aluminium ergäbe sich eine Leitschichtdicke von etwa 280 pm

Die Materialstärke der Abschirmeinheit 26 beträgt hier beispielsweise 240 pm. Die Abschirmeinheit 26 bzw. die Teile 27, 28, 29 der Abschirmeinheit 26 können mehrere, beispielsweise sechs, insbesondere verklebte oder verlötete, Schichten (hier z.B. 6 x 40 pm) oder eine einzelne Schicht des Abschirmmaterials (1 x 240 pm) aufweisen. Materialstärken über 35 zeigen nur noch geringe Steigerungen in einer Abschirmwirkung, da insbesondere bereits ein hoher Anteil des magnetischen Wechselfelds (~95 %) in der vorhandenen Schichtdicke gedämpft wird. Bei einer Schichtdicke von 55 werden zum Beispiel etwa 99 % des magnetischen Wechselfelds gedämpft.

Die Induktionsspule 22 ist in diesem Beispiel dazu vorgesehen, weniger als 10 W, insbesondere 2,4 W, zu übertragen, insbesondere zu empfangen.

Die korrespondierende Induktionsspule 22’ ist in diesem Beispiel dazu vorgesehen, weniger als 10 W, insbesondere 2,4 W, zu übertragen, insbesondere zu senden.

In Figur 1 sind Energietransferspulenvorrichtungen 20, 20‘ mit unterschiedlichen Größen dargestellt. Insbesondere in Ausgestaltungen, in denen die Sendestation 13 dazu vorgesehen ist, ausschließlich das eine Elektrogerät 12, bzw. Elektrogeräte des gleichen Typs, mit Energie zu versorgen, können die Induktionsspulen 22, 22‘ und die Ausrichtungsmagnete 24, 24‘ von Elektrogerät 12 und Sendestation 13 aber auch gleiche oder identische Größen/Dimensionen aufweisen.

Bezugszeichen

10 System

12 Elektrogerät

13 Sendestation

20 Energietransferspulenvorrichtung

22 Induktionsspule

23 Magnetfeldbündelungselement

24 Ausrichtungsmagnet

26 Abschirmeinheit

27 Teil

28 Teil

29 Teil

Claims

Ansprüche

1. Energietransferspulenvorrichtung zur induktiven Energieübertragung mittels eines magnetischen Wechselfelds zwischen zwei Induktionsspulen (22, 22‘), aufweisend eine erste Induktionsspule (22, 22‘) der zwei Induktionsspulen (22, 22‘) und zumindest einen ferromagnetischen Ausrichtungsmagneten (24, 24‘) zur Ausrichtung der Induktionsspulen (22, 22‘) zueinander, gekennzeichnet durch eine Abschirmeinheit (26, 26‘) , die dazu vorgesehen ist, ein Eindringen von Magnetfeldlinien des magnetischen Wechselfelds in den Ausrichtungsmagneten (24, 24‘) zu verringern und/oder zu vermeiden.

2. Energietransferspulenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (26, 26‘) zumindest ein Abschirmmaterial aufweist, das einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, als ein Magnetmaterial des Ausrichtungsmagneten (24, 24‘).

3. Energietransferspulenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetmaterial einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 10 mQ m aufweist.

4. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (26, 26‘) zumindest im Wesentlichen von zumindest einem diamagnetischen oder paramagnetischen Material gebildet ist.

5. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungsmagnet (24, 24‘) von der ersten Induktionsspule (22, 22‘) umgeben ist.

. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Induktionsspule (22, 22‘) als Flachspule ausgebildet ist.

7. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (26, 26‘) an dem Ausrichtungsmagneten (24, 24‘) anliegend angeordnet ist.

8. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (27) der Abschirmeinheit (26, 26‘) zwischen dem Ausrichtungsmagneten (24) und der ersten Induktionsspule (22, 22‘) angeordnet ist.

9. Energietransferspulenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (26, 26‘) den Ausrichtungsmagneten (24, 24‘) vollständig einkapselt.

10. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (26, 26‘) eine Materialstärke aufweist, die zumindest einer einfachen Leitschichtdicke ( 5) entspricht, insbesondere bezogen auf eine Frequenz (f) des magnetischen Wechselfelds und Materialkonstanten (er, /) eines/des Abschirmmaterials der Abschirmeinheit (26, 26‘).

11. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinheit (26, 26‘) eine Materialstärke von zumindest 200 pm, von maximal 10 5 und/oder von maximal 2 mm aufweist.

12. Energietransferspulenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Induktionsspule (22, 22 ) dazu vorgesehen ist, weniger als 10 Wzu übertragen, insbesondere zu senden und/oder zu empfangen. 17 Elektrogerät, insbesondere Elektrokleingerät, mit zumindest einer Energietransferspulenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energietransferspulenvorrichtung (20) zu einem Empfang von induktiv übertragener Energie mittels des magnetischen Wechselfelds vorgesehen ist. Sendestation mit zumindest einer Energietransferspulenvorrichtung (20‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Energietransferspulenvorrichtung (20‘) dazu vorgesehen ist, das magnetische Wechselfeld zu generieren. System mit einem Elektrogerät (12) gemäß Anspruch 13 und einer Sendestation (13) gemäß Anspruch 14, wobei die Sendestation (13) dazu vorgesehen ist, das

Elektrogerät (12) induktiv mit Energie zu versorgen.