WO2024038062A1 - Induktive ladeeinrichtung für ein fahrzeugladesystem - Google Patents

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WO2024038062A1
WO2024038062A1 PCT/EP2023/072481 EP2023072481W WO2024038062A1 WO 2024038062 A1 WO2024038062 A1 WO 2024038062A1 EP 2023072481 W EP2023072481 W EP 2023072481W WO 2024038062 A1 WO2024038062 A1 WO 2024038062A1
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inductive charging
positioning
positioning signal
winding
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PCT/EP2023/072481
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Inventor
Mike Böttigheimer
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an inductive charging device for a vehicle charging system according to the preamble of the independent patent claim.
  • DE 102018210726 A1 describes a positioning antenna that is used to position an inductive secondary unit relative to a primary unit.
  • a coil core of the positioning antenna is simultaneously used as a coil core of a charging coil for inductive energy transmission.
  • the positioning antenna can generate or receive a magnetic measuring field for positioning.
  • the positioning antenna comprises several turns of a conductor and is implemented as a cylindrical coil made of ribbon cables.
  • the positioning antenna has an advantageous directivity. By using a single coil core for both the charging coil and as a coil core for the positioning antenna, the coil core cannot be designed optimally for both applications.
  • the present invention is concerned with the task of providing improved or at least alternative embodiments for an inductive charging device of the type mentioned, in particular those which enable optimized flow guidance both during the energy transmission process and during the positioning process.
  • Being able to charge vehicles inductively offers a variety of advantages over conventional conductive charging. Above all, the added convenience should be mentioned here, as it eliminates the need to handle charging cables and plugs that are sometimes very heavy.
  • the inductive charging process it is important that the inductive charging device of the vehicle is positioned as precisely as possible in relation to the stationary, for example floor-side, inductive charging device.
  • an inductive charging device for a vehicle charging system with an energy transfer winding and at least one energy transfer flow guide element and at least one positioning signal coil is proposed, the energy transfer flow guide element being suitable during an energy transfer process which takes place between a further inductive charging device and the energy transfer winding to guide magnetic field, and the positioning signal coil has a positioning signal winding and at least one positioning flux guide element and the positioning flux guide element is suitable for guiding a magnetic field during a positioning process, and the at least one energy Z21090 08/16/2022 3 transmission flux guidance element is designed separately from the at least one positioning flux guidance element and the positioning signal winding is suitable for generating a positioning signal during a positioning process.
  • inductive charging during an energy transfer process, energy is transferred in the form of a magnetic field between two inductive charging devices, usually between a stationary charging device and a mobile inductive charging device.
  • an energy transfer winding in an inductive charging device generates an alternating magnetic field.
  • This alternating magnetic field induces a voltage in a further energy transmission winding of a further inductive charging device.
  • This further inductive charging device thus serves as a counterpart for this specific charging process or energy transfer process.
  • the energy is transmitted wirelessly and absorbed by inducing a voltage.
  • Inductive charging devices can be used for inductively charging vehicles.
  • an inductive charging device can be used for any type of land, water or aircraft that has an electric or hybrid drive.
  • passenger cars, buses and trucks should be mentioned here.
  • a vehicle charging system includes at least one mobile inductive charging device and another, usually stationary, inductive charging device.
  • a mobile inductive charging device can, for example, be mounted on and/or in a vehicle. Z21090 August 16, 2022 4
  • An inductive charging device on and/or in the vehicle is therefore suitable for absorbing the magnetic field and making electrical energy available from an energy storage device in the vehicle, for example a battery or accumulator in the vehicle.
  • a vehicle charging system can also be used for bidirectional charging. The vehicle can also temporarily feed energy from the energy storage unit into the power grid via the vehicle charging system.
  • An inductive charging device has an energy transfer winding that can efficiently receive a magnetic field from another energy transfer winding during an energy transfer process and/or can emit a magnetic field.
  • powers of 3 kW to 500 kW can preferably be transmitted, particularly preferably 3 kW to 50 kW.
  • a coil is defined here as a component for generating or receiving a magnetic field.
  • a coil can consist of a winding and optionally other elements such as a magnetic core and a coil carrier.
  • a winding is a wound arrangement of a current conductor.
  • a winding can consist of one or more turns, with one turn being one full circuit of a conductor. In general, a winding can only consist of less than one turn, for example 0.5 turns.
  • An energy transmission winding can be designed in various shapes and, for example, consist of a high-frequency strand with a diameter between 0.5 mm and 10 mm, preferably made of copper.
  • the energy transmission winding can be designed as a flat coil.
  • a flat coil can be a spiral flat coil, in particular a circular spiral flat coil or a rectangular spiral flat coil.
  • a spiral flat coil can be wound in the form of an Archimedean spiral.
  • the winding shape can be similar to a circle (circular spiral flat coil), but also other shapes, Z21090 August 16, 2022 5 such as square-like or rectangle-like or similar to a rectangle with rounded corners are possible (rectangular spiral flat coil). The spiral lies in one plane.
  • a flat coil is particularly suitable for transmitting the highest possible power between a stationary inductive charging device and a mobile inductive charging device in the vehicle.
  • the energy transmission winding can alternatively be designed similar to a flat coil over several levels, for example three levels, similar to a truncated pyramid.
  • a flux guiding element is suitable for guiding a magnetic field in a predetermined manner. It has a high magnetic permeability with ⁇ r >1, preferably ⁇ r>50, particularly preferably ⁇ r>100.
  • the flux guide element represents a magnetic core for the energy transmission winding.
  • the magnetic field is influenced by the high permeability in such a way that the greatest possible magnetic flux is transmitted to the energy transmission winding.
  • a flux guide element With a flux guide element, the energy transfer winding absorbs a larger magnetic flux than without a flux guide element, with otherwise the same parameters.
  • a flux guide element can be made of a ferromagnetic or preferably a ferrimagnetic material, particularly preferably a ferrite.
  • a flux guide element can preferably be designed like a plate - in the form of a planar core - and can be arranged in the inductive charging device on the side of the energy transmission winding, which faces away from the opposite side, i.e. the further inductive charging device.
  • An inductive charging device designed according to the invention not only has an energy transmission winding, but also a positioning signal winding for generating a positioning signal.
  • the energy transmission winding and positioning signal winding do not necessarily have to be in a common structural unit, which is defined, for example, by a common housing. Z21090 August 16, 2022 6 borders, be realized. They can also be arranged at a significant distance from one another.
  • a positioning signal winding can emit a positioning signal during a positioning process. It is possible both for the inductive charging device according to the invention to be a stationary inductive charging device and for it to be a mobile inductive charging device.
  • the inductive charging device according to the invention contains the positioning signal winding and can emit a positioning signal during a positioning process.
  • the other inductive charging device then contains one or more sensors for receiving the positioning signal. This can be, for example, one or more sensor windings.
  • a sensor also does not have to be arranged in a structural unit with the other elements of the associated inductive charging device, but these can also be arranged at a significant distance from it.
  • a positioning signal winding can also be implemented in the form of conductor tracks on circuit boards.
  • an energy transmission winding can also send out a positioning signal, but it is advantageous, as suggested here, to use a separate positioning signal winding to generate a positioning signal.
  • the positioning signal winding can generate magnetic fields which have an advantageous spatial distribution for a positioning process and thus enable a greater range with the same power.
  • the energy transfer windings are designed to couple as well as possible with their corresponding counterpart.
  • Both the at least one energy transmission flow guide element and the at least one positioning flow guide element do not have to be made in one piece.
  • a flow-guiding element can, for example for manufacturing reasons, be composed of several partial flow-guiding elements or be divided into several partial flow-guiding elements. These can be connected to one another (for example via gluing or casting) but it is also possible for the partial flow guidance elements to be arranged next to one another without a direct physical connection.
  • the at least one energy transmission flow guide element is designed separately from the at least one positioning flow guide element. “Separate” is to be understood here both objectively and functionally.
  • the energy transmission flow guide element and the positioning flow guide element are not designed in one piece, for example not from a coherent ferrite element, but in spatially separate structural units.
  • Energy transfer flow guide element and positioning flow guide element can be connected to one another via a further material, for example via casting or gluing, arranged separately from one another via a narrow gap, or arranged at a significant distance from one another.
  • the energy transfer system serves Z21090 08/16/2022 8 Flow guidance element is not functional for flow guidance during the positioning process and the positioning flow guidance element is not functional for flow guidance during the energy transfer process.
  • the positioning signal is an alternating magnetic field and the main direction of the magnetic flux density of the alternating magnetic field is aligned in the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle.
  • the positioning signal can be generated by the positioning signal coil and have a frequency of XX to XX Hz.
  • the alternating magnetic field can then induce a voltage in corresponding coils or sensor windings, which in turn can be evaluated. Information about the distance and angular deviation between the mobile inductive charging device and the stationary inductive charging device can then be obtained from this.
  • a stationary inductive charging device has a target vehicle longitudinal direction. This is the direction in which the longitudinal direction of the vehicle should be after a successful positioning process.
  • a receiving coil can be arranged in the near field of the alternating magnetic field.
  • no electromagnetic waves which propagate independently of the transmitter, are used, but rather a magnetic near field.
  • An alternating magnetic field is generally not uniformly distributed in all spatial directions around the source, i.e. isotropic.
  • An alternating magnetic field can have a directivity in a certain spatial direction, i.e. a main direction of the magnetic flux density of the alternating magnetic field in which the magnetic flux density is significantly higher than in all other spatial directions.
  • the main direction of the magnetic flux density of the alternating magnetic field is in the desired longitudinal direction of the vehicle and in the case of a positioning signal winding in a mobile inductive charging device, the main direction of the magnetic the flux density of the alternating magnetic field in the longitudinal direction of the vehicle. This creates a high directivity in this direction and thus an advantageous positioning signal.
  • directivity is actually a term from far-field antenna theory and describes that waves from a transmitter are not emitted isotropically into space, but are amplified in a specific spatial direction.
  • the term should also be explicitly applied here to near-field signals, since alternating fields can also be present in one spatial direction in the near field.
  • a high directivity i.e. a high concentration of fields in the direction of a receiver or possible receiver, is important.
  • “Aligned in the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle” also explicitly includes the case that there is a slight inclination of the main direction of the magnetic flux density of the alternating magnetic field, for example in order to achieve an even better directivity and, for example, a height difference between mobile inductive charging devices and stationary inductive charging devices.
  • the positioning signal winding is advantageously designed as a solenoid with a winding direction in the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle.
  • a solenoid is also called a solenoid coil or solenoid coil.
  • a solenoid can be wound in the form of a helix or a cylindrical spiral.
  • the winding shape does not have to be like a circle, but can also have other shapes, such as square-like or rectangle-like or even 08/16/2022 10 similar to a rectangle with rounded corners.
  • the important difference to the flat coil is that the turns are not in one plane, but extend along an axis. However, two or more turns can run parallel and are therefore in the same plane perpendicular to the axis.
  • the design of the positioning signal winding as a solenoid with a winding axis in the vehicle's longitudinal direction or in the desired vehicle's longitudinal direction generates a magnetic field with a main direction of the magnetic flux density in the vehicle's longitudinal direction or in the desired vehicle's longitudinal direction.
  • the inductive charging device can be a stationary inductive charging device.
  • a stationary inductive charging device is the non-mobile part of a vehicle charging system, i.e.
  • a stationary inductive charging device can preferably be located on, on or in a floor. This can be an inductive charging device applied to the subsurface or an inductive charging device sunk into a subsurface or in a floor.
  • a floor can be a roadway, a parking lot surface, a garage floor, a 08/16/2022 11 act floor in a parking garage or other building.
  • a stationary inductive charging device can also be located on walls or the like. It is also possible that it is a stationary inductive charging device for a dynamic inductive charging process. With a dynamic inductive charging process, a vehicle's energy storage can be charged while it is moving.
  • the stationary inductive charging device can extend along the road beneath, in or on the road surface.
  • the inductive charging device according to the invention is a stationary inductive charging device.
  • different stationary inductive charging devices for example in parking spaces or parking positions arranged close to one another - can emit positioning signals at slightly different frequencies in order to distinguish the signals of the two stationary inductive charging devices from one another. This is not possible when the positioning signal winding is arranged in the mobile inductive charging device.
  • the positioning signal winding is arranged further back in the desired vehicle longitudinal direction than the energy transmission winding; in particular, the positioning signal winding is particularly preferably arranged near the rear edge of the inductive charging device.
  • the range of the positioning method is significantly limited by the distance between the positioning signal winding and a receiving sensor in the vehicle or in the vehicle's mobile inductive charging device. If a vehicle approaches the stationary inductive charging device, an arrangement relatively far back in the stationary inductive charging device is advantageous, as this allows the greatest possible range to be achieved.
  • Z21090 08/16/2022 12 The direction “rear” refers to the directions of a vehicle that is positioned in a specified direction in a parking lot with the stationary inductive charging device.
  • An inductive charging device according to the invention is preferably intended for parking positions and positioning methods in which parking is carried out from behind in the direction of travel. During such a positioning process, the rear edge of the stationary inductive charging device is closest to the approaching vehicle.
  • the positioning signal winding is arranged as far back as possible in the stationary inductive charging device and in particular further back than the energy transmission winding. This is possible without any problems due to the separate design of the positioning flow guide element and the energy transfer flow guide element.
  • the positioning signal winding is advantageously arranged around at least part of the positioning flux guide element.
  • the positioning signal winding can be arranged wound around at least part of the positioning flux guide element.
  • this part of the positioning flux guide element serves as a classic coil core, which reinforces the inductance of the coil and further contributes to the magnetic flux density being particularly high, particularly along the main direction of the magnetic flux density, here along the winding axis.
  • the positioning flux guide element is arranged at least partially outside the positioning signal winding.
  • the positioning flow guide element can also be designed for optimal transmission of the positioning signal. It is possible that the positioning flow guidance element also includes sections or partial flow guidance elements Z21090 08/16/2022 13 which extend outside the area enclosed by the turns of the positioning signal winding.
  • the positioning flux guide element or partial flux guide elements can have sections that extend parallel or perpendicular to the winding axis of the positioning signal winding. This further increases the directivity, since as much of the magnetic field as possible is directed in the direction in which the receiving sensor is located.
  • the positioning flow guide element has a cross section in the form of an E or an I or a square C.
  • the cross-sectional plane can run along the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle or along the winding axis of the positioning signal winding.
  • a positioning signal winding can be arranged wound around this positioning flux guide element.
  • the positioning flow guide element can extend significantly further in the direction perpendicular to the cross-sectional plane than in the cross-sectional plane.
  • the I-shaped magnetic core can help strengthen the inductance like a classic coil core.
  • the positioning coil has a high directivity along the winding axis of the positioning signal winding.
  • the directivity can be further improved by a positioning flow guide element with a cross section in the shape of an E or a square C. Components of the magnetic field can be deflected in the direction of the winding axis of the positioning signal winding.
  • the positioning signal coil can extend over more than 50% of the width of the inductive charging device, preferably over more than 80% of the width of the inductive charging device.
  • the width of an inductive charging device is the extent of the inductive charging device in the dimension parallel to the ground and perpendicular to the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle. For an optimal positioning process, it is advantageous if the positioning signal is generated over as large a part as possible of the width of the inductive charging device.
  • an angular deviation between the mobile inductive charging device or the vehicle and the stationary inductive charging device can thus be made possible.
  • the positioning signal coil having a particularly large extension in this direction.
  • the coil in this dimension of the width of the inductive charging device can have an extent that is many times larger.
  • the positioning flow guide element is tilted upwards at an angle compared to the desired vehicle longitudinal direction, preferably at an angle between XX° and XX°, particularly preferably at an angle between XX° and XX°.
  • a vehicle with a mobile inductive charging device and the stationary inductive charging device are not exactly in a horizontal line to one another, but are also slightly offset from one another vertically.
  • the positioning signal is also generated tilted by a certain angle of inclination to the longitudinal direction of the vehicle or the desired longitudinal direction of the vehicle.
  • the positioning flux guide element can be arranged tilted upwards by an angle of inclination in order to obtain the best possible directivity in the direction of a signal receiver in the mobile inductive charging device or in the vehicle . It is also possible for the energy transmission winding and the positioning signal coil to be arranged at a distance from one another, in particular for further components and/or structural units to be arranged between the energy transmission winding and the positioning signal coil.
  • An embodiment in which the positioning flux guide element and the energy transfer flux guide element are designed separately enables greater flexibility with regard to the arrangement of the individual components of the inductive charging device.
  • the positioning flow guidance element is advantageously composed of several partial flow guidance elements.
  • a flow guidance element can be composed of several partial segments or partial flow guidance elements, which are spatially separated from one another via a gap. This offers advantages primarily in terms of manufacturing technology, since the flow guidance elements cannot be manufactured in any size.
  • the energy transmission flow guidance element can also be composed of several partial flow guidance elements. Z21090 August 16, 2022 16
  • the inductive charging device preferably has at least two positioning signal windings.
  • multiple positioning signal windings can be advantageous because they can be arranged in different positions of the inductive charging device or can be oriented at different angles. This means that a greater range can be achieved and/or an angular deviation can be determined more precisely. If there are two or more positioning signal windings, the positioning signals from the different positioning signal windings can be canceled in places without further measures. There are several ways to prevent this.
  • the two positioning signals can be generated out of phase.
  • recurring predetermined time windows can exist for both positioning signals, for example of 1ms or 1.5ms, in which the respective positioning signal is sent.
  • the positioning signals each have different frequencies such as 135kHz and 140kHz or 16kHz and 20kHz.
  • the positioning signal windings are designed as a flat coil.
  • the positioning signal winding can be arranged near a living object detection device, preferably at a distance of less than XXcm from a living object detection device. Z21090 August 16, 2022 17 High powers occur during an energy transfer process. Therefore, during an energy transfer process, it must be ensured that there is no living object (human hand, small animals, etc.) in the air gap between the mobile inductive charging device and the stationary inductive charging device.
  • a living object recognition device is used for this.
  • the power transmitted during a positioning process is significantly lower, this must not exceed a specified guideline value of XXX if it cannot be ensured that there is no living object above or close to the stationary inductive charging device.
  • the existing living object detection device can also be used for the positioning process. For this purpose, it is advantageous to arrange the positioning signal windings close to the living object detection device. As a result, there is no living object, particularly where the highest power occurs during the positioning process. Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.
  • Fig.1 a highly simplified representation of a vehicle with an inductive charging device above a stationary inductive charging device
  • Fig.2 a highly simplified representation of a vehicle with an inductive charging device during a Positioning process via a stationary inductive charging device
  • Fig.3 a simplified top view of an inductive charging device according to the invention
  • Fig.4 schematic perspective view of a positioning signal winding according to the invention
  • Fig.5 various views of a flow guide element of the positioning signal winding designed as an “E-core”
  • Fig.6 different views of a flux guide element of the positioning signal winding designed as a “C-core”
  • Fig.5 various views of a flow guide element of the positioning signal winding designed as an “E-core”
  • Fig.6 different views of a flux guide element of the positioning signal winding designed as a “C-core”
  • FIG. 1 shows a mobile inductive charging device 1a, which is arranged on a vehicle 2 with an energy storage device 3 and is positioned above a stationary inductive charging device 1b.
  • a mobile inductive charging device 1a which is arranged on a vehicle 2 with an energy storage device 3 and is positioned above a stationary inductive charging device 1b.
  • the mobile inductive charging device 1a and the stationary inductive charging device 1b form together or are part of a vehicle charging system 8. In principle, it is also possible to operate the vehicle charging system 8 bidirectionally.
  • the stationary inductive charging device 1b arranged on the ground in FIG. 1 can alternatively also be arranged recessed in the road (not shown here). In the case of a recessed arrangement, the inductive charging device 1b can be covered by certain layers of the road or can be flush with the road surface.
  • 2 shows a vehicle 2 with a mobile inductive charging device 1a during a positioning process via a stationary inductive charging device 1b. The vehicle 2 moves in the longitudinal direction 6 of the vehicle towards the stationary inductive charging device 1b. The first thing it reaches is the rear edge 13 of the stationary inductive charging device 1b.
  • the stationary inductive charging device 1b sends out a positioning signal 40 in the form of an alternating magnetic field. This can be received and evaluated accordingly by suitable sensor devices in the vehicle 2 and/or in the mobile inductive charging device 1a of the vehicle 2. This makes it possible to place the vehicle 2 particularly advantageously above the stationary inductive charging device 1a.
  • 3 shows an inductive charging device 1 with an energy transmission winding 4 and a flux guide element 5energ of the energy transmission winding 4.
  • the inductive charging device 1 has a positioning signal coil 41 which in turn has a positioning signal winding 42 and a flux guide element 5pos of the positioning signal winding 42.
  • the positioning signal coil 41 is arranged near the rear edge 13 of the inductive charging device 1.
  • the flux guide element 5energ of the energy transmission winding 4 and the flux guide element 5pos of the positioning signal winding 42 are designed separately from one another and are spaced apart by a narrow gap along the vehicle longitudinal direction 6 or the target vehicle longitudinal direction 6a Z21090 08/16/2022 20 arranged.
  • the energy transmission winding 4 is designed as a flat coil 10 and the positioning signal winding 42 is designed as a solenoid and generates a magnetic field with the main direction Error! Reference source not found. the magnetic flux density (indicated here by the magnetic field lines 18) in the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a.
  • 4 shows a schematic perspective view of a positioning signal winding 42 according to the invention. This is arranged here around a flux guide element of the positioning signal winding 5pos.
  • the positioning signal winding 42 is a conductor track error! Reference source not found. on circuit boards error! Reference source not found. realized. On the vertical short edges, the conductor tracks are connected via flexible elements as connecting elements 43 in such a way that a spiral-shaped winding results around the flux guide element 5pos.
  • Fig. 5 shows an embodiment of a flux guide element 5pos of the positioning signal winding 42.
  • Fig. 5 a) shows a cross section along the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a. Because the flux-guiding elements of the energy transmission winding 5energ and the positioning signal winding 5pos are designed separately from one another, the flux-guiding element 5pos of the positioning signal winding 42 can be optimized particularly advantageously for the transmission of the positioning signal. In the embodiment in FIG.
  • the flux guide element of the positioning signal winding 5pos has a cross section in the shape of the letter “E”.
  • the positioning signal winding 42 is wound around the middle bar of the “E”.
  • a positioning signal coil 41 oriented in this way already generates a magnetic field with a main direction error! Reference source not found.
  • the magnetic flux density (indicated here by magnetic field lines 18) in the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a.
  • This directivity is further enhanced by the advantageous arrangement of the arms of the “E”.
  • the “E” can be arranged inclined by a certain angle of inclination 33. This is particularly advantageous if the inductive charging device 1 is a stationary inductive charging device 1b.
  • a directivity effect can be generated slightly obliquely upwards in the direction of the approaching vehicle 2.
  • a corresponding directivity can be achieved by a slight downward inclination towards the ground.
  • Fig.5 c) shows a perspective view of the E-shaped flow guide element 5pos. Here it can be seen that the flow guide element 5pos has the greatest extent in the dimension perpendicular to the cross section.
  • Fig. 6 shows an alternative embodiment of a flux guide element 5pos of the positioning signal winding 42.
  • Fig. 6 a) shows a cross section along the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a.
  • the flux guide element of the positioning signal winding 5pos has a cross section in the shape of a square letter “C” or a laterally opened rectangular frame.
  • the positioning signal winding 42 is arranged around the back of the “C”. With this arrangement, a magnetic field is first generated in the positioning signal winding 42 along the back of the “C” and thus perpendicular to the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a.
  • the magnetic field is redirected in the direction of the two arms of the “C” and thus a magnetic field with a main direction of the magnetic flux density 35 in the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a is generated .
  • the flow guide element 5pos is arranged inclined by an angle of inclination 33 as in Fig. 5 b) in order to achieve an even better directivity of the 08/16/2022 22 generated positioning signal.
  • the positioning signal winding 42 is arranged around the lower arm of the “C”-shaped flux guide element 5pos.
  • Fig.6 c) shows a perspective view of the C-shaped flow guide element 5pos.
  • Fig. 7 shows a further alternative embodiment of a flux guide element 5pos of the positioning signal winding 42.
  • Fig. 7 a) shows a cross section along the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a.
  • the flux guide element 5pos of the positioning signal winding 5pos has a cross section in the shape of an “I”.
  • the generated magnetic field also has a main direction of the magnetic flux density 35 in the vehicle longitudinal direction 6 or target vehicle longitudinal direction 6a.
  • the flow guide element 5pos can also be arranged inclined by an angle of inclination 33 in order to achieve an even better directivity of the positioning signal generated.
  • Fig.7 c) shows a perspective view of the I-shaped flow guide element 5pos. Here it can be seen that the flow guide element 5pos has the greatest extent in the dimension perpendicular to the cross section.
  • the positioning signal winding 42 is arranged around the cuboid flow guide element with the winding axis in the vehicle longitudinal direction or target vehicle longitudinal direction.
  • FIG. 8 shows an embodiment of a stationary inductive charging device 1b with two positioning signal windings 42, wherein according to the invention a positioning signal winding 42 is arranged around a separately designed flux guide element 5pos and the second positioning signal winding 42 is arranged around the flux guide element 5energ of the energy transmission winding 4.
  • the two positioning signal windings 42 are arranged at a clear distance from one another.
  • the stationary inductive charging device 1b has next to the Z21090 08/16/2022 23
  • Energy transmission winding 4 with associated flux guide element 5energ also has further elements. Shown here are a cooling module 14 and an electronics module 15. These are arranged at a distance behind the energy transmission winding 4 in the desired vehicle longitudinal direction 6a.
  • the positioning signal coil 41 with a separate flux guide element 5pos is arranged even further away from the energy transmission winding 4.
  • the positioning signal coil 41 is arranged near the rear edge of the stationary inductive charging device 1b. If a vehicle 2 approaches the stationary inductive charging device 1b, the positioning signal coil 41 with a separate flow guide element 5pos is arranged near the first edge which the vehicle 2 reaches. This means that a particularly high range can be achieved. However, there is also a minimum distance between vehicle 2 or mobile inductive charging device 1a and positioning signal winding 42, below which the positioning method no longer works.
  • the further positioning signal winding 42 which is arranged around the flow guide element 5energ of the energy transmission winding 4, can still deliver usable signals up to a shorter distance.
  • both the flux-guiding element 5energ of the energy transmission winding 4 and the flux-guiding element 5pos of the positioning signal winding 42 are composed of several partial flux-guiding elements.

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Abstract

Induktive Ladeeinrichtung (1) für ein Fahrzeugladesystem (8) mit einer Energieübertragungswicklung (4) und mindestens einem Energieübertragungs-Flussführungselement (5energ) und mindestens einer Positionierungssignalspule (41), wobei - das Energieübertragungs-Flussführungselement (5energ) geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1) und der Energieübertragungswicklung (4) stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und - die Positionierungssignalspule (41) eine Positionierungssignalwicklung (42) und mindestens ein Positionierungs-Flussführungselement (5pos) aufweist und - das Positionierungs-Flussführungselement (5pos) geeignet ist, während eines Positionierungsvorgangs ein Magnetfeld zu führen und - das mindestens eine Energieübertragungs-Flussführungselement (5energ) separat von dem mindestens einen Positionierungs-Flussführungselement (5pos) ausgeführt ist und - die Positionierungssignalwicklung (42) geeignet ist, während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssignal (40) zu erzeugen.

Description

Z21090 16.08.2022 1 Induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem Die Erfindung betrifft eine induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. In der DE 102018210726 A1 wird eine Positionierungsantenne beschrieben, die benutzt wird, um eine induktive Sekundäreinheit relativ zu einer Primäreinheit zu positionieren. Hierbei wird ein Spulenkern der Positionierungsantenne gleichzeitig als Spulenkern einer Ladespule zur induktiven Energieübertragung genutzt. Die Positionierungsantenne kann ein magnetisches Messfeld für die Positionierung er- zeugen oder empfangen. Die Positionierungsantenne umfasst mehrere Windun- gen eines Leiters und ist als Zylinderspule aus Flachbandkabeln realisiert. Die Po- sitionierungsantenne weist eine vorteilhafte Richtwirkung auf. Durch die Verwendung eines einzigen Spulenkerns sowohl für die Ladespule als auch als Spulenkern für die Positionierungsantenne kann der Spulenkern nicht op- timal für beide Anwendungsfälle ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine induktive La- deeinrichtung der eingangs genannten Art verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsformen anzugeben, insbesondere solche welche eine optimierte Flussführung sowohl während des Energieübertragungsvorgangs als auch wäh- rend des Positionierungsvorgangs ermöglichen. Fahrzeuge induktiv laden zu können bietet eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber eines konventionellen konduktiven Ladevorgangs. Allen voran sei hier der Kom- fortgewinn erwähnt, da so das Hantieren mit teilweise sehr schweren Ladekabeln und Steckern entfällt. Allerdings ist es für den induktiven Ladevorgang wichtig, dass die induktive Ladeeinrichtung des Fahrzeugs möglichst genau zu der statio- nären, beispielsweise bodenseitigen induktiven Ladeeinrichtung positioniert wird. Z21090 16.08.2022 2 Dies ist durch ein rein manuelles Positionieren des Fahrzeugs über der stationä- ren induktiven Ladeeinrichtung schwierig und der Fahrer benötigt hierbei Unter- stützung von einem Assistenzsystem, welches ihm entweder Informationen über eine Lageabweichung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahr- zeug und der stationären induktiven Ladeeinrichtung liefert oder aber von einem automatisierten Positionierungssystem, welches direkt den Einparkvorgang auto- matisiert übernimmt. Es wird ein System benötigt, welches eine entsprechende Lageabweichung detektieren kann. Hierbei ist es von Vorteil, wenn keine initiale Kalibrierung zwischen der stationären induktiven Ladeeinrichtung und der mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug notwendig ist. Für das Positionierungs- system ist darüber hinaus eine möglichst große Reichweite vorteilhaft. Das heißt, das Positionierungssystem soll schon bei einer möglichst großen Entfernung zwi- schen einer stationären induktiven Ladeeinrichtung und einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug eine Lageabweichung präzise bestimmen können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Pa- tentanspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil einer verbesser- ten Flussführung und Richtwirkung während eines Positionierungsvorgangs und während der Energieübertragung. Es wird vorliegend eine induktive Ladeeinrichtung für ein Fahrzeugladesystem mit einer Energieübertragungswicklung und mindestens einem Energieübertragungs- Flussführungselement und mindestens einer Positionierungssignalspule vorge- schlagen, wobei das Energieübertragungs-Flussführungselement geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung und der Energieübertragungswicklung stattfindet, ein Magnetfeld zu führen, und die Positionierungssignalspule eine Positionierungssig- nalwicklung und mindestens ein Positionierungs-Flussführungselement aufweist und das Positionierungs-Flussführungselement geeignet ist, während eines Positi- onierungsvorgangs ein Magnetfeld zu führen, und das mindestens eine Energie- Z21090 16.08.2022 3 übertragungs-Flussführungselement separat von dem mindestens einen Positio- nierungs-Flussführungselement ausgeführt ist und die Positionierungssignalwick- lung geeignet ist, während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssig- nal zu erzeugen. Beim induktiven Laden wird, während eines Energieübertragungsvorgangs, Ener- gie in Form eines magnetischen Feldes zwischen zwei induktiven Ladeeinrichtun- gen, zumeist zwischen einer stationären Ladeeinrichtung und einer mobilen induk- tiven Ladeeinrichtung, übertragen. Der Begriff „induktive Ladeeinrichtung“ bezeichnet hier somit nur einen von zu- mindest zwei Teilen, die für einen Induktionsladevorgang zur Energieübertragung nötig sind. Beim Induktionsladevorgang erzeugt eine Energieübertragungswick- lung in einer induktiven Ladeeinrichtung ein magnetisches Wechselfeld. Dieses magnetische Wechselfeld induziert eine Spannung in einer weiteren Energieüber- tragungswicklung einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung. Diese weitere induk- tive Ladeeinrichtung dient somit für diesen spezifischen Ladevorgang bzw. Ener- gieübertragungsvorgang als Gegenstück. Die Energie wird drahtlos übertragen und durch Induktion einer Spannung aufgenommen. Induktive Ladeeinrichtungen können zum induktiven Laden von Fahrzeugen ver- wendet werden. Im Prinzip kann eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrich- tung für jede Sorte von Land-, Wasser- oder Luftfahrzeug eingesetzt werden, die über einen elektrischen oder einen Hybridantrieb verfügen. Insbesondere seien hierbei Personenkraftwagen, Busse und Lastkraftwagen genannt. Ein Fahrzeugladesystem umfasst zumindest eine mobile induktive Ladeeinrich- tung und eine weitere, meist stationäre induktive Ladeeinrichtung. Eine mobile in- duktive Ladeeinrichtung kann beispielsweise an und/oder in einem Fahrzeug mon- tiert sein. Z21090 16.08.2022 4 Eine induktive Ladeeinrichtung an und/oder im Fahrzeug ist daher geeignet, das magnetische Feld aufzunehmen und elektrische Energie eines Energiespeichers des Fahrzeuges beispielsweise einer Batterie bzw. eines Akkumulators im Fahr- zeug zur Verfügung zu stellen. Prinzipiell kann ein Fahrzeugladesystem auch zum bidirektionalen Laden einge- setzt werden. Hierbei kann das Fahrzeug zeitweise auch Energie aus dem Ener- giespeicher über das Fahrzeugladesystem ins Stromnetz einspeisen. Eine induktive Ladeeinrichtung weist eine Energieübertragungswicklung auf, die während eines Energieübertragungsvorgangs ein Magnetfeld, von einer weiteren Energieübertragungswicklung in effizienter Weise empfangen kann und/oder ein Magnetfeld aussenden kann. Hierbei können vorzugsweise Leistungen von 3 kW bis 500 kW besonders bevorzugt von 3 kW bis 50 kW übertragen werden. Ganz allgemein wird eine Spule hier definiert als ein Bauteil zur Erzeugung oder zum Empfang eines magnetischen Feldes. Eine Spule kann aus einer Wicklung und optional weiteren Elementen wie einem Magnetkern und einem Spulenträger bestehen. Eine Wicklung ist hierbei eine gewickelte Anordnung eines Stromleiters. Eine Wicklung kann aus einer oder mehreren Windungen bestehen, wobei eine Windung einen vollen Umlauf eines Leiters bezeichnet. Ganz allgemein kann eine Wicklung aber auch nur aus weniger als einer Windung, also beispielsweise 0,5 Windungen bestehen. Natürlich ist auch eine nichtvollständige Anzahl an Windun- gen, wie beispielsweise 2,5 Windungen möglich. Eine Energieübertragungswicklung kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein und beispielsweise aus einer Hochfrequenzlitze mit einem Durchmesser zwischen 0,5 mm und 10 mm bevorzugt aus Kupfer bestehen. Die Energieübertragungswicklung kann als Flachspule ausgeführt sein. Bei einer Flachspule kann es sich um eine Spiralflachspule, insbesondere um eine Kreisspi- ralflachspule oder um eine Reckteckspiralflachspule handeln. Eine Spiralflachspu- le kann in Form einer archimedischen Spirale gewickelt sein. Die Windungsform kann hierbei kreisähnlich (Kreisspiralflachspule) sein, aber auch andere Formen, Z21090 16.08.2022 5 wie beispielsweise quadratähnlich oder rechteckähnlich oder auch ähnlich einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, sind möglich (Rechteckspiralflachspule). Die Spirale liegt dabei in einer Ebene. Eine Flachspule ist besonders geeignet, um ei- ne möglichst hohe Leistung zwischen einer stationären induktiven Ladeeinrichtung und einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung im Fahrzeug zu übertragen. Die Energieübertragungswicklung kann alternativ ähnlich einer Flachspule über mehrere Ebenen beispielsweise drei Ebenen verteilt ähnlich einem Pyramiden- stumpf ausgeführt sein. Ein Flussführungselement ist dazu geeignet, ein Magnetfeld in vorgegebener Art zu führen. Es besitzt eine hohe magnetische Permeabilität mit μr>1, bevorzugt μr>50, besonders bevorzugt μr>100. Das Flussführungselement stellt einen Mag- netkern für die Energieübertragungswicklung dar. Insbesondere wird hierbei das Magnetfeld durch die hohe Permeabilität so beeinflusst, dass ein möglichst großer magnetischer Fluss an die Energieübertragungswicklung übertragen wird. Mit ei- nem Flussführungselement nimmt die Energieübertragungswicklung bei ansons- ten gleichen Parametern einen größeren magnetischen Fluss auf als ohne ein Flussführungselement. Ein Flussführungselement kann aus einem ferromagneti- schem oder bevorzugt aus einem ferrimagnetischen Material, besonders bevor- zugt aus einem Ferrit sein. Ein Flussführungselement kann bevorzugt plattenartig – in Form eines Planarkerns – ausgeführt sein und in der induktiven Ladeeinrich- tung auf der Seite der Energieübertragungswicklung, welche von der Gegenseite, also der weiteren induktiven Ladeeinrichtung abgewandt ist, angeordnet sein. Eine erfindungsgemäß ausgebildete induktive Ladeeinrichtung weist nicht nur eine Energieübertragungswicklung auf, sondern auch eine Positionierungssignalwick- lung zum Erzeugen eines Positionierungssignals. Hierbei müssen Energieübertra- gungswicklung und Positionierungssignalwicklung nicht unbedingt in einer ge- meinsamen Baueinheit, die beispielsweise durch ein gemeinsames Gehäuse be- Z21090 16.08.2022 6 grenzt ist, realisiert sein. Sie können auch deutlich voneinander beabstandet an- geordnet sein. Eine Positionierungssignalwicklung kann während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssignal aussenden. Es ist sowohl möglich, dass die erfindungs- gemäße induktive Ladeeinrichtung eine stationäre induktive Ladeeinrichtung ist, als auch, dass sie eine mobile induktive Ladeeinrichtung ist. Die erfindungsgemä- ße induktive Ladeeinrichtung enthält die Positionierungssignalwicklung und kann während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssignal aussenden. Die jeweils andere induktive Ladeeinrichtung enthält dann einen oder mehrere Senso- ren zum Empfangen des Positionierungssignals. Hierbei kann es sich beispiels- weise um eine oder mehrere Sensorwicklungen handeln. Auch ein Sensor muss nicht in einer Baueinheit mit den weiteren Elementen der zugehörigen induktiven Ladeeinrichtung angeordnet sein, sondern diese können auch deutlich beab- standet hierzu angeordnet sein. Eine Positionierungssignalwicklung kann auch in Form von Leiterbahnen auf Lei- terplatten realisiert sein. Prinzipiell kann auch eine Energieübertragungswicklung ein Positionierungssignal aussenden, es ist jedoch vorteilhaft, wie hier vorgeschlagen, eine separate Positi- onierungssignalwicklung zur Erzeugung eines Positionierungssignals zu verwen- den. Insbesondere kann die Positionierungssignalwicklung Magnetfelder erzeu- gen, welche für einen Positionierungsvorgang eine vorteilhafte räumliche Vertei- lung aufweisen und somit bei gleicher Leistung eine höhere Reichweite ermögli- chen. Die Energieübertragungswicklungen sind so ausgelegt, dass sie möglichst gut mit dem entsprechenden Gegenstück koppeln. Sie weisen daher im Allgemei- nen keine hohe Reichweite in Bezug auf das Senden oder Empfangen von mag- netischen Felder in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist jedoch für einen Positionierungsvorgang ausschlaggebend. Bei einem Positionierungsvorgang ist die maximal mögliche Leistung bzw. sind die maximal möglichen magnetischen Felder des Positionierungssignal stark be- schränkt. Sie sind deutlich geringer, als dies bei einem Energieübertragungsvor- Z21090 16.08.2022 7 gang der Fall ist. Während des Positionierungsvorgangs befindet sich kein Fahr- zeug auf der stationären induktiven Ladeeinrichtung. Daher ist es möglich, dass beispielsweise eine Person auf der stationären induktiven Ladeeinrichtung steht. Damit die magnetischen Felder für eine Person ungefährlich bleiben dürfen sie – je nach Frequenzbereich – Flussdichten von 27μT bzw.6,25μT nicht überschrei- ten. Mit einer vorgeschlagenen Positionierungssignalwicklung ist es möglich Positionie- rungssignale zu erzeugen, welche die Grenzwerte bzw. Referenzwerte einhalten und trotzdem eine hohe Reichweite ermöglichen. Sowohl das mindestens eine Energieübertragungs-Flussführungselement als auch das mindestens eine Positionierungs-Flussführungselement müssen nicht einstü- ckig ausgeführt sein. Ein Flussführungselement kann sich, beispielsweise aus herstellungstechnischen Gründen aus mehreren Teil-Flussführungselementen zu- sammensetzen bzw. in mehrere Teil-Flussführungselemente unterteilt sein. Diese können miteinander verbunden werden (beispielsweise über Verkleben oder Ver- guss) aber es ist auch möglich, dass die Teil-Flussführungselemente ohne eine di- rekte physikalische Verbindung nebeneinander angeordnet sind. Das mindestens eine Energieübertragungs-Flussführungselement ist erfindungs- gemäß separat von dem mindestens einen Positionierungs-Flussführungselement ausgeführt. „Separat“ ist hierbei sowohl gegenständlich als auch funktionell zu verstehen. Energieübertragungs-Flussführungselement und Positionierungs- Flussführungselement sind hierbei nicht einstückig ausgeführt, also beispielsweise nicht aus einem zusammenhängenden Ferritelement, sondern in räumlich ge- trennten Baueinheiten. Energieübertragungs-Flussführungselement und Positio- nierungs-Flussführungselement können über ein weiteres Material, beispielsweise über Verguss oder Verkleben miteinander verbunden sein, über einen schmalen Spalt voneinander getrennt angeordnet oder aber deutlich beabstandet zueinan- der angeordnet sein. Zwischen Energieübertragungs-Flussführungselement und Positionierungs-Flussführungselement können sich weitere Elemente, Bauteile oder ganze Baueinheiten befinden. In jedem Fall dient das Energieübertragungs- Z21090 16.08.2022 8 Flussführungselement funktionell nicht zur Flussführung während des Positionie- rungsvorgangs und das Positionierungs-Flussführungselement nicht zur Flussfüh- rung während des Energieübertragungsvorgangs. Bevorzugt ist das Positionierungssignal ein magnetisches Wechselfeld und die Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Wechselfelds ist in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet. Hierbei kann das Positionierungssignal von der Positionierungssignalspule erzeugt werden und eine Frequenz von XX bis XX Hz aufweisen. Das magnetische Wech- selfeld kann dann in entsprechenden Spulen, bzw. Sensorwicklungen eine Span- nung induzieren, die wiederum ausgewertet werden kann. Hieraus können dann Informationen über Entfernung und Winkelabweichung zwischen mobiler indukti- ver Ladeeinrichtung und stationärer induktiver Ladeeinrichtung gewonnen werden. Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung weist eine Soll-Fahrzeuglängsrichtung auf. Dies ist die Richtung, in der sich die Längsrichtung des Fahrzeugs nach er- folgreichem Positionierungsvorgang befinden soll. Befindet sich die Positionierungssignalwicklung in einer mobilen induktiven Lade- einrichtung eines Fahrzeugs so ist die Fahrzeuglängsrichtung die ausschlagge- bende Richtung. Eine Empfangsspule kann im Nahfeld des magnetischen Wechselfelds angeord- net sein. Zur Positionierungssignalübertragung werden dann keine elektromagne- tischen Wellen, welche losgelöst vom Sender propagieren, verwendet sondern ein magnetisches Nahfeld. Ein magnetisches Wechselfeld ist im Allgemeinen nicht in alle Raumrichtungen um die Quelle gleichverteilt, also isotrop. Ein magnetisches Wechselfeld kann eine Richtwirkung in eine bestimmte Raumrichtung aufweisen, also eine Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Wechselfelds in der die magne- tische Flussdichte signifikant höher ist als in allen anderen Raumrichtungen. Es ist vorteilhaft, wenn von dem erzeugten magnetischen Wechselfeld ein mög- lichst großer Anteil in die Richtung ausgesendet wird, in welcher sich ein mögli- Z21090 16.08.2022 9 cher Sensor befindet, da somit bei konstanter Sendeleistung die höchste Reich- weite erzielt werden kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn, für den Fall einer Positi- onierungssignalwicklung in einer stationären induktiven Ladeeinrichtung die Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Wechselfelds in Soll-Fahrzeuglängsrichtung ist und für den Fall einer Positionierungssignalwick- lung in einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung die Hauptrichtung der magneti- schen Flussdichte des magnetischen Wechselfelds in Fahrzeuglängsrichtung ist. Hierdurch entsteht eine hohe Richtwirkung in eben diese Richtung und somit ein vorteilhaftes Positionierungssignal. Der Begriff Richtwirkung ist eigentlich ein Begriff aus der Fernfeld-Antennentheorie und beschreibt dort, dass Wellen von einem Sender nicht isotrop in den Raum ab- gestrahlt werden, sondern verstärkt in eine bestimmte Raumrichtung. Der Begriff soll hier aber explizit auch auf Nahfeld-Signale übertragen werden, da Wechsel- felder auch im Nahfeld verstärkt in einer Raumrichtung vorhanden sein können. Auch bei Übertragung von Signalen im Nahfeld ist daher eine hohe Richtwirkung, also eine hohe Konzentration der Felder in die Richtung auf einen Empfänger oder möglichen Empfänger zu, wichtig. „In Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet“ beinhal- tet explizit auch den Fall, dass eine leichte Neigung der Hauptrichtung der magne- tischen Flussdichte des magnetischen Wechselfelds vorhanden ist, um beispiels- weise eine noch bessere Richtwirkung zu erreichen und beispielsweise einen Hö- henunterschied zwischen mobiler induktiver Ladeeinrichtung und stationärer in- duktiver Ladeeinrichtung zu erreichen. Vorteilhaft ist die Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit Wicklungsrich- tung in Fahrzeuglängsrichtung oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung ausgeführt. Ein Solenoid wird auch Zylinderspule bzw. Solenoid-Spule genannt. Ein Solenoid kann in Form einer Helix, bzw. einer zylindrischen Spirale gewickelt sein. Die Win- dungsform muss hierbei allerdings nicht kreisähnlich sein, sondern kann auch an- dere Formen, wie beispielsweise quadratähnlich oder rechteckähnlich oder auch 16.08.2022 10 ähnlich einem Rechteck mit abgerundeten Ecken, aufweisen. Der wichtige Unter- schied zur Flachspule ist, dass sich die Windungen nicht in einer Ebene befinden, sondern entlang einer Achse erstrecken. Hierbei können aber durchaus auch zwei oder mehr Windungen parallel verlaufen und sich somit in derselben Ebene senk- recht zur Achse befinden. Die Ausführung der Positionierungssignalwicklung als Solenoid mit einer Wick- lungsachse in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Soll-Fahrzeuglängsrichtung erzeugt ein magnetisches Feld mit einer Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Soll-Fahrzeuglängsrichtung. Auch hier soll explizit eine leichte Neigung der Wicklungsachse um bis zu XX° zur Fahrzeuglängsrich- tung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung noch von dem Ausdruck „in Fahrzeuglängs- richtung bzw. in Soll-Fahrzeuglängsrichtung umfasst sein. Diese Ausführung hat zum einen den Vorteil, dass für einen Positionierungsvor- gang eine deutliche größere Reichweite ermöglicht wird, als dies mit einem von einer Energieübertragungswicklung erzeugtes Positionierungssignal bei gleicher Leistung bzw. gleicher Magnetfeldstärke der Fall wäre. Ferner ist eine solche Ori- entierung des Magnetfeldes auch besonders gut geeignet, um in den Sensorwick- lungen eine möglichst einfache Detektion einer Lageabweichung bzw. einer Win- kelabweichung zu ermöglichen. Insbesondere kann die induktive Ladeeinrichtung eine stationäre induktive Lade- einrichtung sein. Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung ist der nicht mobile Teil eines Fahrzeug- ladesystems, also der Teil, der sich nicht mit dem Fahrzeug mit fortbewegt. Eine stationäre induktive Ladeeinrichtung kann sich bevorzugt auf, an oder in ei- nem Boden befinden. Hierbei kann es sich um eine auf dem Untergrund aufge- brachte induktive Ladeeinrichtung oder um eine in einem Untergrund oder in ei- nem Boden versenkte induktive Ladeeinrichtung handeln. Bei einem Boden kann es sich um eine Fahrbahn, eine Parkplatzoberfläche, einen Garagenboden, einem 16.08.2022 11 Boden in einem Parkhaus oder einem sonstigen Gebäude handeln. Eine stationä- re induktive Ladeeinrichtung kann sich aber alternativ auch an Wänden oder der- gleichen befinden. Es ist auch möglich, dass es sich um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung für einen dynamischen induktiven Ladevorgang handelt. Bei einem dynamischen in- duktiven Ladevorgang kann ein Energiespeicher eines Fahrzeugs geladen werden während sich dieses fortbewegt. Beispielsweise kann in diesem Fall die stationäre induktive Ladeeinrichtung sich entlang der Fahrbahn unter, in oder auf der Fahr- bahnoberfläche erstrecken. Es ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung eine stati- onäre induktive Ladeeinrichtung ist. Insbesondere können so verschiedene statio- näre induktive Ladeeinrichtungen – beispielsweise auf nahe beieinander angeord- neten Parkplätzen bzw. Parkpositionen - Positionierungssignale bei leicht unter- schiedlichen Frequenzen aussenden, um somit die Signale der beiden stationären induktiven Ladeeinrichtungen voneinander zu unterscheiden. Dies ist bei einer Anordnung der Positionierungssignalwicklung in der mobilen induktiven Ladeein- richtung nicht möglich. Besonders bevorzugt ist die Positionierungssignalwicklung in Soll- Fahrzeuglängsrichtung weiter hinten angeordnet als die Energieübertragungswick- lung, insbesondere ist die Positionierungssignalwicklung besonders bevorzugt na- he der hinteren Kante der induktiven Ladeeinrichtung angeordnet. Die Reichweite des Positionierungsverfahren ist maßgeblich begrenzt durch die Entfernung zwischen der Positionierungssignalwicklung und einem Empfangs- sensor im Fahrzeug oder in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung des Fahr- zeugs. Nähert sich ein Fahrzeug der stationären induktiven Ladeeinrichtung so ist eine Anordnung verhältnismäßig weit hinten in der stationären induktiven Ladeein- richtung vorteilhaft, da hierdurch die größtmögliche Reichweite erreicht werden kann. Z21090 16.08.2022 12 Die Richtungsangabe „hinten“ bezieht sich hierbei auf die Richtungen eines Fahr- zeugs, dass in vorgegebener Richtung auf einem Parkplatz mit der stationären in- duktiven Ladeeinrichtung positioniert wird. Eine erfindungsgemäße induktive Ladeeinrichtung ist bevorzugt für Parkpositionen und Positionierverfahren vorgesehen, bei denen von hinten in Fahrtrichtung vor- wärts eingeparkt wird. Bei einem solchen Positionierungsvorgang befindet sich die hintere Kante der stationären induktiven Ladeeinrichtung am nächsten zu dem sich nähernden Fahrzeug. Um eine möglichst hohe Reichweite zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Positionierungssignalwicklung möglichst weit hinten in der stationären induktiven Ladeeinrichtung angeordnet ist und insbesondere auch wei- ter hinten als die Energieübertragungswicklung. Durch die getrennte Ausführung des Positionierungs-Flussführungselements und des Energieübertragungs- Flussführungselement ist dies problemlos möglich. Vorteilhaft ist die Positionierungssignalwicklung um zumindest einen Teil des Posi- tionierungs-Flussführungselement angeordnet. Die Positionierungssignalwicklung kann hierbei zumindest um einen Teil des Posi- tionierungs-Flussführungselement gewickelt angeordnet sein. Hier dient dieser Teil des Positionierungs-Flussführungselement als klassischer Spulenkern, der die Induktivität der Spule verstärkt und weiter dazu beiträgt, dass die magnetische Flussdichte insbesondere entlang der Hauptrichtung der magnetischen Flussdich- te, hier entlang der Wicklungsachse besonders hoch ist. Hierdurch wird eine Richtwirkung und somit auch eine mögliche Reichweite bei gleichbleibender Sen- deleistung weiter erhöht. Besonders bevorzugt ist das Positionierungs-Flussführungselement zumindest teilweise außerhalb der Positionierungssignalwicklung angeordnet. Das Positionierungs-Flussführungselement kann weiter für eine optimale Übertra- gung des Positionierungssignals ausgeführt sein. Es ist möglich, dass das Positio- nierungs-Flussführungselement auch Abschnitte oder Teil-Flussführungselemente Z21090 16.08.2022 13 beinhaltet, die sich außerhalb des von den Windungen der Positionierungssignal- wicklung umschlossenen Bereichs erstrecken. Das Positionierungs- Flussführungselement kann oder Teil-Flussführungselemente Abschnitte aufwei- sen, die sich parallel oder senkrecht zur Wicklungsachse der Positionierungssig- nalwicklung erstrecken. Hierdurch wird die Richtwirkung weiter erhöht, da ein möglichst großer Anteil des Magnetfelds in die Richtung gelenkt wird, in welcher sich der Empfangssensor befindet. Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist das Positionierungs- Flussführungselement einen Querschnitt in Form eines E oder eines I oder eines eckigen C auf. Die Querschnittsebene kann hierbei entlang der Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll- Fahrzeuglängsrichtung bzw. entlang der Wicklungsachse der Positionierungssig- nalwicklung verlaufen. Weist das Positionierungs-Flussführungselement einen Querschnitt in Form eines I auf so kann eine Positionierungssignalwicklung um dieses Positionierungs- Flussführungselement gewickelt angeordnet sein. Das Positionierungs- Flussführungselement kann sich in der Richtung senkrecht zur Querschnittsebene deutlich weiter erstrecken als in der Querschnittsebene. Der I-förmige Magnetkern kann wie ein klassischer Spulenkern zur Verstärkung der Induktivität beitragen. Die Positionierungsspule weist eine hohe Richtwirkung entlang der Wicklungsach- se der Positionierungssignalwicklung auf. Durch ein Positionierungs-Flussführungselement mit einem Querschnitt in Form eines E oder eines eckigen C kann die Richtwirkung weiter verbessert werden. Komponenten des Magnetfeldes können in Richtung der Wicklungsachse der Po- sitionierungssignalwicklung umgelenkt werden. Insbesondere kann sich die Positionierungssignalspule über mehr als 50% der Breite der induktiven Ladeeinrichtung, bevorzugt über mehr als 80% der Breite der induktiven Ladeeinrichtung erstrecken. Z21090 16.08.2022 14 Die Breite einer induktiven Ladeeinrichtung ist hierbei die Erstreckung der indukti- ven Ladeeinrichtung in der Dimension parallel zum Untergrund und senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung. Für einen optimalen Positionierungsvorgang ist es vorteilhaft, wenn das Positionie- rungssignal über einen möglichst großen Teil der Breite der induktiven Ladeein- richtung erzeugt wird. Somit kann insbesondere eine winkelmäßige Abweichung zwischen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung bzw. dem Fahrzeug und der sta- tionären induktiven Ladeeinrichtung ermöglicht werden. Dies wird dadurch er- reicht, dass die Positionierungssignalspule in dieser Richtung eine besonders gro- ße Ausdehnung aufweist. Im Vergleich zu ihrer Länge entlang der Wicklungsachse kann die Spule in dieser Dimension der Breite der induktiven Ladeeinrichtung eine um ein Vielfaches größere Erstreckung aufweisen. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Positionierungs- Flussführungselement im Vergleich zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung in einem Win- kel nach oben verkippt, bevorzugt in einem Winkel zwischen XX° und XX° beson- ders bevorzugt in einem Winkel zwischen XX° und XX°. Ein Fahrzeug mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung und die stationäre in- duktive Ladeeinrichtung befinden sich nicht genau in einer horizontalen Linie zuei- nander, sondern sind auch vertikal leicht versetzt zueinander. Deshalb ist es opti- mal, wenn auch das Positionierungssignal um einen bestimmten Neigungswinkel zur Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung verkippt erzeugt wird. Für ein magnetisches Wechselfeld bedeutet dies, dass sich die Hauptrichtung des magnetischen Feldes um einen Neigungswinkel verkippt zur Fahrzeuglängsrich- tung bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung befindet. Dies kann dadurch erreicht wer- den, dass das Positionierungs-Flussführungselement und somit auch eine um die- ses Positionierungs-Flussführungselement oder um Teile dieses Positionierungs- Flussführungselement angeordnete Positionierungssignalwicklung um einen Nei- gungswinkel verkippt angeordnet werden. Für den Fall, dass es sich bei der induk- tiven Ladeeinrichtung um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung handelt, die Z21090 16.08.2022 15 ein Positionierungssignal mit einer Positionierungssignalspule aussendet, so kann das Positionierungs-Flussführungselement um einen Neigungswinkel nach oben verkippt angeordnet werden, um somit eine möglichst gute Richtwirkung in Rich- tung eines Signalempfängers in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung bzw. im Fahrzeug zu erhalten. Ebenso ist es möglich, dass die Energieübertragungswicklung und die Positionie- rungssignalspule beabstandet voneinander angeordnet sind, insbesondere, dass zwischen der Energieübertragungswicklung und der Positionierungssignalspule weitere Bauteile und/oder Baueinheiten angeordnet sind. Eine Ausführung bei der Positionierungs-Flussführungselement und Energieüber- tragungs-Flussführungselement separat ausgeführt sind ermöglicht eine größere Flexibilität bezüglich der Anordnung der einzelnen Komponenten der induktiven Ladeeinrichtung. So kann es sinnvoll sein, die Positionierungssignalspule mög- lichst nahe an einer Kante der induktiven Ladeeinrichtung anzuordnen, um somit eine möglichst hohe Reichweite zu erzielen. Zwischen Energieübertragungswick- lung und Positionierungssignalspule können dann weitere Bauteile wie beispiels- weise Kühleinrichtungen oder Elektronikeinrichtungen angeordnet sein. Vorteilhaft ist das Positionierungs-Flussführungselement aus mehreren Teil- Flussführungselementen zusammengesetzt. Ein Flussführungselement kann aus mehreren Teilsegmenten bzw. Teil-Flussführungselementen zusammengesetzt sein, die über einen Spalt räumlich voneinander getrennt sind. Dies bietet vor al- lem herstellungstechnische Vorteile, da die Flussführungselemente nicht in belie- biger Größe hergestellt werden können. Ebenso wie das Positionierungs-Flussführungselement kann auch das Energie- übertragungs-Flussführungselement aus mehreren Teil-Flussführungselementen zusammengesetzt sein. Z21090 16.08.2022 16 Bevorzugt weist die induktive Ladeeinrichtung mindestens zwei Positionierungs- signalwicklungen auf. Mehrere Positionierungssignalwicklungen zu verwenden kann vorteilhaft sein, da sie in unterschiedlichen Positionen der induktiven Ladeeinrichtung angeordnet sein können oder in unterschiedlichen Winkeln ausgerichtet sein können. Somit kann eine höhere Reichweite erreicht werden und/oder eine Winkelabweichung genauer bestimmt werden. Bei zwei oder mehr Positionierungssignalwicklungen kann es ohne weitere Maß- nahmen zu einer stellenweisen Auslöschung der Positionierungssignale von den unterschiedlichen Positionierungssignalwicklungen kommen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um dies zu verhindern. Die beiden Positionierungssignale können phasenversetzt erzeugt werden. Alternativ können für beide Positionierungssigna- le jeweils wiederkehrende vorgegebene Zeitfenster existieren beispielsweise von 1ms oder 1,5ms, in denen das jeweilige Positionierungssignal gesendet wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Positionierungssignale jeweils unterschiedliche Frequenzen wie beispielsweise 135kHz und 140kHz oder 16kHz und 20kHz. Es ist möglich, dass zwischen dem Fahrzeug und der stationären induktiven La- deeinrichtung Informationen über das verwendete Unterscheidungskriterium zwi- schen den mindestens zwei Positionierungssignalen ausgetauscht werden. Die In- formationen können beispielsweise über eine WLAN-Verbindung zwischen statio- närer induktiver Ladeeinrichtung und dem Fahrzeug ausgetauscht werden. In einer alternative vorteilhaften Ausführungsform sind die Positionierungssignal- wicklungen als Flachspule ausgeführt. Insbesondere kann die Positionierungssignalwicklung nahe einer Lebendobjekter- kennungseinrichtung bevorzugt in einem Abstand kleiner XXcm zu einer Le- bendobjekterkennungseinrichtung angeordnet sein. Z21090 16.08.2022 17 Bei einem Energieübertragungsvorgang treten hohe Leistungen auf. Daher muss während eines Energieübertragungsvorgangs sichergestellt werden, dass sich kein lebendes Objekt (Hand eines Menschen, kleine Tiere etc.) im Luftspalt zwi- schen der mobilen induktiven Ladeeinrichtung und der stationären induktiven La- deeinrichtung befindet. Hierfür wird eine Lebendobjekterkennungseinrichtung ver- wendet. Zwar sind die übertragenen Leistungen während eines Positionierungsvorgangs deutlich geringer, aber auch diese dürfen einen festgelegten Richtwert von XXX nicht überschreiten, wenn nicht sichergestellt werden kann, dass sich kein leben- des Objekt über bzw. nahe bei der stationären induktiven Ladeeinrichtung befin- det. Die vorhandene Lebendobjekterkennungseinrichtung kann jedoch auch für den Positionierungsvorgang verwendet werden. Hierfür ist es vorteilhaft die Positi- onierungssignalwicklungen nahe der Lebendobjekterkennungseinrichtung anzu- ordnen. Da hierdurch insbesondere dort, wo während des Positionierungsvor- gangs die höchsten Leistungen auftreten, kein lebendes Objekt vorhanden ist. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu er- läuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Kompo- nenten beziehen. Z21090 16.08.2022 18 Es zeigt, jeweils schematisch Fig.1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs mit einer induk- tiven Ladeeinrichtung über einer stationären induktiven Ladeeinrich- tung, Fig.2 eine stark vereinfachte Darstellung eines Fahrzeugs mit einer induk- tiven Ladeeinrichtung während eines Positionierungsvorgangs über eine stationäre induktive Ladeeinrichtung Fig.3 eine vereinfachte Draufsicht einer erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtun Fig.4 schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Po- sitionierungssignalwicklung, Fig.5 verschiedene Ansichten eines Flussführungselements der Positionie- rungssignalwicklung als „E-Kern“ ausgeführt, Fig.6 verschiedene Ansichten eines Flussführungselements der Positionie- rungssignalwicklung als „C-Kern“ ausgeführt, Fig.7 verschiedene Ansichten eines Flussführungselements der Positionie- rungssignalwicklung als „I-Kern“ ausgeführt, Fig.8 eine Darstellung einer alternativen erfindungsgemäßen induktiven Ladeeinrichtung mit zwei Positionierungssignalwicklungen. Fig.1 zeigt eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a , die an einem Fahrzeug 2 mit einem Energiespeicher 3 angeordnet ist und über einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1b positioniert ist. Im Betrieb kann von der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1b Energie an die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a übertragen werden und der Energiespeicher des Fahrzeuges 3 hierdurch geladen werden. Die mobile induktive Ladeeinrichtung 1a und die stationäre induktive Ladeeinrich- tung 1b bilden zusammen bzw. sind Teil eines Fahrzeugladesystems 8. Prinzipiell ist es auch möglich, das Fahrzeugladesystem 8 bidirektional zu betreiben. Dabei Z21090 16.08.2022 19 kann zeitweise Energie von der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a an die sta- tionäre induktive Ladeeinrichtung 1b übertragen werden. Die in Fig.1 auf dem Un- tergrund angeordnete stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b kann alternativ auch in der Fahrbahn versenkt angeordnet sein (hier nicht gezeigt). Bei einer versenk- ten Anordnung kann die induktive Ladeeinrichtung 1b von bestimmten Schichten der Fahrbahn überdeckt werden oder aber bündig mit der Fahrbahnoberfläche ab- schließen. Fig.2 zeigt ein Fahrzeug 2 mit einer mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a wäh- rend eines Positionierungsvorgangs über eine stationäre induktive Ladeeinrich- tung 1b. Das Fahrzeug 2 fährt in Fahrzeuglängsrichtung 6 auf die stationäre induk- tive Ladeeinrichtung 1b zu. Dabei erreicht es als erstes die hintere Kante 13 der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1b. Die stationäre induktive Ladeeinrich- tung 1b sendet ein Positionierungssignal 40 in Form eines magnetischen Wech- selfeldes aus. Dieses kann durch geeignete Sensoreinrichtungen im Fahrzeug 2 und/oder in der mobilen induktiven Ladeeinrichtung 1a des Fahrzeugs 2 empfan- gen und entsprechend ausgewertet werden. Hierdurch ist es möglich das Fahr- zeug 2 besonders vorteilhaft über der stationären induktiven Ladeeinrichtung 1a zu platzieren. Fig.3 zeigt eine induktive Ladeeinrichtung 1 mit einer Energieübertragungswick- lung 4 und einem Flussführungselement 5energ der Energieübertragungswicklung 4. Ferner weist die induktive Ladeeinrichtung 1 eine Positionierungssignalspule 41 auf die wiederum eine Positionierungssignalwicklung 42 und ein Flussführungs- element 5pos der Positionierungssignalwicklung 42 aufweist. Die Positionierungs- signalspule 41 ist nahe der hinteren Kante 13 der induktiven Ladeeinrichtung 1 angeordnet. Das Flussführungselement 5energ der Energieübertragungswicklung 4 und das Flussführungselement 5pos der Positionierungssignalwicklung 42 sind separat voneinander ausgeführt und durch einen schmalen Spalt entlang der Fahrzeuglängsrichtung 6 bzw. der Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a beabstandet Z21090 16.08.2022 20 angeordnet. Die Energieübertragungswicklung 4 ist als Flachspule 10 ausgeführt und die Positionierungssignalwicklung 42 ist als Solenoid ausgeführt und erzeugt ein Magnetfeld mit der Hauptrichtung Fehler! Verweisquelle konnte nicht ge- funden werden. der magnetischen Flussdichte (hier durch die Magnetfeldlinien 18 angedeutet) in Fahrzeuglängsrichtung 6 oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. Fig.4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemä- ßen Positionierungssignalwicklung 42. Diese ist hier um ein Flussführungselement der Positionierungssignalwicklung 5pos angeordnet. Die Positionierungssignal- wicklung 42 ist als Leiterbahnen Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. auf Leiterplatten Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden wer- den. realisiert. An den senkrechten kurzen Kanten werden die Leiterbahnen über flexible Elemente als Verbindungselemente 43 so verbunden, dass sich eine spi- ralförmige Wicklung um das Flussführungselement 5pos ergibt. Fig.5 zeigt eine Ausführungsform eines Flussführungselements 5pos der Positio- nierungssignalwicklung 42. Fig.5 a) zeigt einen Querschnitt entlang der Fahr- zeuglängsrichtung 6 bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. Dadurch, dass die Flussführungselemente der Energieübertragungswicklung 5energ und der Positio- nierungssignalwicklung 5pos separat voneinander ausgeführt sind kann das Fluss- führungselements 5pos der Positionierungssignalwicklung 42 besonders vorteil- haft für die Übertragung des Positionierungssignals optimiert werden. In der Aus- führungsform in Fig.4 hat das Flussführungselement der Positionierungssignal- wicklung 5pos einen Querschnitt in der Form des Buchstabens „E“. Die Positionie- rungssignalwicklung 42 ist um den mittleren Balken des „E“ gewickelt angeordnet. Eine so orientierte Positionierungssignalspule 41 erzeugt bereits ein Magnetfeld mit einer Hauptrichtung Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. der magnetischen Flussdichte (hier durch Magnetfeldlinien 18 angedeutet) in Fahrzeuglängsrichtung 6 oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. Durch die vorteil- hafte Anordnung der Arme des „E“ wird diese Richtwirkung weiter verstärkt. Wie in 16.08.2022 21 Fig.5 b) gezeigt kann das „E“ um einen bestimmten Neigungswinkel 33 geneigt angeordnet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei der induktiven Ladeeinrichtung 1 um eine stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b handelt. Durch einen entsprechenden Neigungswinkel 33 in der bodenseitig angeordneten statio- nären induktiven Ladeeinrichtung 1b kann somit eine Richtwirkung nach leicht schräg oben in Richtung des sich nähernden Fahrzeugs 2 erzeugt werden. Ist die induktive Ladeeinrichtung 1 eine mobile induktive Ladeeinrichtung 1a, so kann ei- ne entsprechende Richtwirkung durch eine leichte Neigung nach unten Richtung Boden erreicht werden. Fig.5 c) zeigt eine perspektivische Darstellung des E- förmigen Flussführungselements 5pos. Hier ist zu erkennen, dass das Flussfüh- rungselement 5pos in der Dimension senkrecht zum Querschnitt die größte Aus- dehnung aufweist. Fig.6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Flussführungselements 5pos der Positionierungssignalwicklung 42. Fig.6 a) zeigt einen Querschnitt entlang der Fahrzeuglängsrichtung 6 bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. In der Ausführungs- form in Fig.6 hat das Flussführungselement der Positionierungssignalwicklung 5pos einen Querschnitt in der Form eines eckigen Buchstabens „C“, bzw. eines seitlich geöffneten Rechteckrahmens. Hierbei gibt es zwei verschiedene mögliche Anordnungen der Positionierungssignalwicklung 42 um das Flussführungselement 5pos. In der Ausführungsform in Fig.6 a) ist die Positionierungssignalwicklung 42 um die Rückseite des „C“ angeordnet. Bei dieser Anordnung wird in der Positionie- rungssignalwicklung 42 zunächst ein Magnetfeld entlang der Rückseite des „C“ und somit senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung 6 bzw. Soll- Fahrzeuglängsrichtung 6a erzeugt. Durch die „C“-Form des Flussführungsele- ments 5pos wird das Magnetfeld jedoch in Richtung der beiden Arme des „C“ um- geleitet und somit wird ein Magnetfeld mit einer Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte 35 in Fahrzeuglängsrichtung 6 bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a erzeugt. In Fig.6 b) ist das Flussführungselement 5pos wie in Fig.5 b) um einen Neigungswinkel 33 geneigt angeordnet, um eine noch bessere Richtwirkung des 16.08.2022 22 erzeugten Positionierungssignals zu erzeugen. In dieser Ausführungsform ist die Positionierungssignalwicklung 42 um den unteren Arm des „C“-förmigen Flussfüh- rungselements 5pos angeordnet. Fig.6 c) zeigt eine perspektivische Darstellung des C-förmigen Flussführungselements 5pos. Hier ist zu erkennen, dass das Flussführungselement 5pos in der Dimension senkrecht zum Querschnitt die größ- te Ausdehnung aufweist. Fig.7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Flussführungsele- ments 5pos der Positionierungssignalwicklung 42. Fig.7 a) zeigt einen Querschnitt entlang der Fahrzeuglängsrichtung 6 bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a. In der Ausführungsform in Fig.6 hat das Flussführungselement 5pos der Positionie- rungssignalwicklung 5pos einen Querschnitt in der Form eines „I“. Das erzeugte Magnetfeld weist ebenfalls eine Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte 35 in Fahrzeuglängsrichtung 6 bzw. Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a auf. Wie in Fig.7 b) zu sehen ist kann auch in dieser Ausführungsform das Flussführungselement 5pos um einen Neigungswinkel 33 geneigt angeordnet, um eine noch bessere Richtwirkung des erzeugten Positionierungssignals zu erzielen. Fig.7 c) zeigt eine perspektivische Darstellung des I-förmigen Flussführungselements 5pos. Hier ist zu erkennen, dass das Flussführungselement 5pos in der Dimension senkrecht zum Querschnitt die größte Ausdehnung aufweist. Die Positionierungssignalwick- lung 42 ist mit Wicklungsachse in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Soll- Fahrzeuglängsrichtung um das quaderförmige Flussführungselement angeordnet. Fig.8 zeigt eine Ausführungsform einer stationären induktiven Ladeeinrichtung 1b mit zwei Positionierungssignalwicklungen 42, wobei eine Positionierungssignal- wicklung 42 erfindungsgemäß um ein separat ausgeführtes Flussführungselement 5pos angeordnet ist und die zweite Positionierungssignalwicklung 42 um das Flussführungselement 5energ der Energieübertragungswicklung 4 angeordnet ist. Die beiden Positionierungssignalwicklungen 42 sind deutlich beabstandet zuei- nander angeordnet. Die stationäre induktive Ladeeinrichtung 1b weist neben der Z21090 16.08.2022 23 Energieübertragungswicklung 4 mit zugehörigem Flussführungselement 5energ noch weitere Elemente auf. Hier gezeigt sind noch ein Kühlmodul 14 und ein Elektronikmodul 15. Diese sind in Soll-Fahrzeuglängsrichtung 6a beabstandet hin- ter der Energieübertragungswicklung 4 angeordnet. Im Vergleich dazu ist die Posi- tionierungssignalspule 41 mit separatem Flussführungselement 5pos noch weiter von der Energieübertragungswicklung 4 entfernt angeordnet. Die Positionierungs- signalspule 41 ist nahe der hinteren Kante der stationären induktiven Ladeeinrich- tung 1b angeordnet. Nähert sich ein Fahrzeug 2 der stationären induktiven Lade- einrichtung 1b so ist die die Positionierungssignalspule 41 mit separatem Fluss- führungselement 5pos nahe der ersten Kante welche das Fahrzeug 2 erreicht an- geordnet. Somit kann hierdurch eine besonders hohe Reichweite erzielt werden. Es gibt aber auch eine minimale Entfernung zwischen Fahrzeug 2 bzw. mobiler induktiver Ladeeinrichtung 1a und Positionierungssignalwicklung 42 unterhalb de- rer das Positionierungsverfahren nicht mehr funktioniert. Hier kann die weitere Po- sitionierungssignalwicklung 42, welche um das Flussführungselements 5energ der Energieübertragungswicklung 4 angeordnet ist bis zu einer kürzeren Entfernung noch brauchbare Signale liefern. Daher ist eine kombinierte Anordnung mit zwei Positionierungssignalwicklungen 42 vorteilhaft. In Fig.8 sind sowohl das Flussfüh- rungselement 5energ der Energieübertragungswicklung 4 als auch das Flussfüh- rungselement 5pos der Positionierungssignalwicklung 42 aus mehreren Teil- Flussführungselementen zusammengesetzt.
Z21090 16.08.2022 24 Referenzliste 1 induktive Ladeeinrichtung 1a mobile induktive Ladeeinrichtung 1b stationäre induktive Ladeeinrichtung 2 Fahrzeug 3 Energiespeicher des Fahrzeuges 4 Energieübertragungswicklung 5 Flussführungselement 5energ Flussführungselement der Energieübertragungswicklung 5pos Flussführungselement der Positionierungssignalwicklung 6 Fahrzeuglängsrichtung 6a Soll-Fahrzeuglängsrichtung 7 Zentrum der Energieübertragungswicklung 8 Fahrzeugladesystem 10 Flachspule 13 hintere Kante der induktiven Ladeeinrichtung 14 Kühlmodul 15 Elektronikmodul 18 Magnetfeldlinie 32 Spalt zwischen Flussführungselementen 33 Neigungswinkel 35 Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte 40 Positionierungssignal 41 Positionierungssignalspule 42 Positionierungssignalwicklung 43 Verbindungselemente 46 Leiterbahn 47 Leiterplatte 48 Lebendobjekterkennungseinrichtung

Claims

Z21090 16.08.2022 25 Ansprüche 1. Induktive Ladeeinrichtung (1) für ein Fahrzeugladesystem (8) mit einer Energie- übertragungswicklung (4) und mindestens einem Energieübertragungs- Flussführungselement (5energ) und mindestens einer Positionierungssig- nalspule (41), wobei - das Energieübertragungs-Flussführungselement (5energ) geeignet ist, während eines Energieübertragungsvorgangs, welcher zwischen einer weiteren induktiven Ladeeinrichtung (1) und der Energieüber- tragungswicklung (4) stattfindet, ein Magnetfeld zu führen und - die Positionierungssignalspule (41) eine Positionierungssignalwick- lung (42) und mindestens ein Positionierungs-Flussführungselement (5pos) aufweist und - das Positionierungs-Flussführungselement (5pos) geeignet ist, wäh- rend eines Positionierungsvorgangs ein Magnetfeld zu führen und - das mindestens eine Energieübertragungs-Flussführungselement (5energ) separat von dem mindestens einen Positionierungs- Flussführungselement (5pos) ausgeführt ist und - die Positionierungssignalwicklung (42) geeignet ist, während eines Positionierungsvorgangs ein Positionierungssignal (40) zu erzeugen. 2. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungssignal (40) ein magnetisches Wechselfeld ist und die Hauptrichtung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Wechselfelds in Fahrzeuglängsrichtung (6) oder Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) ausgerich- tet ist. 3. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (42) als Solenoid mit Z21090 16.08.2022 26 Wicklungsrichtung in Fahrzeuglängsrichtung (6) oder Soll- Fahrzeuglängsrichtung (6a) ausgeführt ist. 4. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Ladeeinrichtung (1) eine stationäre indukti- ve Ladeeinrichtung (1a) ist. 5. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (42) in Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) wei- ter hinten angeordnet ist als die Energieübertragungswicklung (4), insbesonde- re, dass die Positionierungssignalwicklung (42) nahe der hinteren Kante (13) der induktiven Ladeeinrichtung (1) angeordnet ist. 6. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungssignalwicklung (42) um zumindest ei- nen Teil des Positionierungs-Flussführungselement (5pos) angeordnet ist. 7. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungs-Flussführungselement (5pos) zu- mindest teilweise außerhalb der Positionierungssignalwicklung (42) angeordnet ist. 8. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungs-Flussführungselement (5pos) einen Querschnitt in Form eines E oder eines I oder eines eckigen C aufweist. 9. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Positionierungssignalspule (42) über mehr als 50% der Breite der induktiven Ladeeinrichtung (1), bevorzugt über mehr als 80% der Breite der induktiven Ladeeinrichtung (1) erstreckt. Z21090 16.08.2022 27 10. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungs-Flussführungselement (5pos) im Vergleich zur Soll-Fahrzeuglängsrichtung (6a) in einem Winkel nach oben ver- kippt ist, bevorzugt in einem Winkel zwischen XX° und XX° besonders bevor- zugt in einem Winkel zwischen XX° und XX°. 11. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungswicklung (4) und die Positionie- rungssignalspule (41) beabstandet voneinander angeordnet sind, insbesonde- re, dass zwischen der Energieübertragungswicklung (4) und der Positionie- rungssignalspule (41) weitere Bauteile und/oder Baueinheiten angeordnet sind. 12. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionierungs-Flussführungselement (5pos) aus mehreren Teil-Flussführungselementen zusammengesetzt ist. 13. Induktive Ladeeinrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche wobei die induktive Ladeeinrichtung (1) mindestens zwei Positionierungssignalwicklun- gen (42) aufweist.
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