Title:
System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug
Kind Code:
A1


Abstract:

System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
wobei die senkrechte Projektion der zweiten Primärspule auf die Verfahrfläche weniger Flächeninhalt aufweist als die senkrechte Projektion der ersten Primärspule.




Inventors:
Simon, Olaf, Dr. (76646, Bruchsal, DE)
Application Number:
DE102017006197A
Publication Date:
01/25/2018
Filing Date:
06/29/2017
Assignee:
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG, 76646 (DE)
International Classes:



Claims:
1. System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die senkrechte Projektion der zweiten Primärspule auf die Verfahrfläche weniger Flächeninhalt aufweist als die senkrechte Projektion der ersten Primärspule.

2. System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
wobei die erste Primärspule einen ersten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist, wobei die zweite Primärspule einen zweiten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die senkrechte Projektion des zweiten Spulenkerns auf die Verfahrfläche weniger Flächeninhalt aufweist als die senkrechte Projektion des ersten Spulenkerns.

3. System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
insbesondere wobei die erste Primärspule einen ersten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist und wobei die zweite Primärspule einen zweiten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei zentrischer Positionierung der ersten Sekundärspule über der ersten Primärspule
die Selbstinduktivität (L22) oder der magnetische Leitwert (G2) der ersten Sekundärspule denselben Wert aufweist wie die Selbstinduktivität der ersten Sekundärspule
bei zentrischer Positionierung der ersten Sekundärspule über der zweiten Primärspule.

4. System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
insbesondere wobei die erste Primärspule einen ersten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist und wobei die zweite Primärspule einen zweiten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des ersten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist,
die Selbstinduktivität (L22) oder der magnetische Leitwert (G2) der ersten Sekundärspule denselben Wert aufweist wie die Selbstinduktivität der ersten Sekundärspule
bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der zweiten Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des zweiten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist.

5. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des ersten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist,
die Selbstinduktivität (L22) oder der magnetische Leitwert (G2) der ersten Sekundärspule einen Wert aufweist, welcher nicht mehr als 10% abweicht von dem Wert der Selbstinduktivität der ersten Sekundärspule
bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der zweiten Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des zweiten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist.

6. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweilige Primärspule einen jeweiligen Spulenkern aufweist, an welchem eine Wicklung, insbesondere Primärwicklung, angeordnet ist und mittels Befestigungsmaterial am Spulenkern gehalten ist,
insbesondere wobei der Spulenkern plattenartig ausgeformt ist, insbesondere aus Ferritmaterial, und die Wicklung auf der Oberseite, also auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite des Spulenkerns angeordnet ist,
insbesondere wobei die Wicklung als Flachwicklung und/oder ebene Wicklung, insbesondere ebene Flachwicklung, ausgeführt ist.

7. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Sekundärspule einen Spulenkern aufweist, an welchem eine Wicklung, insbesondere Sekundärwicklung, angeordnet ist und mittels Befestigungsmaterial am Spulenkern der ersten Sekundärspule gehalten ist,
insbesondere wobei der Spulenkern plattenartig ausgeformt ist, insbesondere aus Ferritmaterial, und die Wicklung auf der Oberseite, also auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite des Spulenkerns angeordnet ist,
insbesondere wobei die Wicklung als Flachwicklung und/oder ebene Wicklung, insbesondere ebene Flachwicklung, ausgeführt ist.

8. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das System eine zur ersten Sekundärspule unterschiedliche, zweite Sekundärspule aufweist,
wobei der Kopplungsleitwert GM oder die Kopplungsinduktivität L12 zwischen erster Sekundärspule und erster Primärspule denselben Wert aufweist wir zwischen erster Sekundärspule und zweiter Primärspule
oder dass die Abweichung dieser beiden Werte voneinander geringer als 10% beträgt.

9. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kopplungsleitwert GM oder die Kopplungsinduktivität L12 zwischen zweiter Sekundärspule und erster Primärspule denselben Wert aufweist wir zwischen zweiter Sekundärspule und zweiter Primärspule
oder dass die Abweichung dieser beiden Werte voneinander geringer als 10% beträgt.

10. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Sekundärspule größer als die erste Sekundärspule ist,
insbesondere wobei die senkrechte Projektion der zweiten Sekundärspule, insbesondere die senkrechte Projektion des Spulenkerns der zweiten Sekundärspule, auf die Verfahrfläche mehr Flächeninhalt aufweist oder in einer Richtung länger ausgeführt ist als die senkrechte Projektion der ersten Sekundärspule, insbesondere die senkrechte Projektion des Spulenkerns der zweiten Sekundärspule, auf die Verfahrfläche.

Description:

Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug.

Es ist allgemein bekannt, dass der Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs beladen werden muss.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen interoperablen Betrieb zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1, 2, 3 oder 4 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System nach Anspruch 1 sind, dass das System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug vorgesehen ist,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
wobei die senkrechte Projektion der zweiten Primärspule auf die Verfahrfläche weniger Flächeninhalt aufweist als die senkrechte Projektion der ersten Primärspule.

Von Vorteil ist dabei, dass ein interoperabler Betrieb ermöglicht wird. Denn durch die geometrische Anpassung der Aufboden-Primärspule relativ zur versenkten Anordnung der Primärspule ist stets dieselbe Induktivität der Sekundärspule erreichbar. Auf diese Weise ist aber eine resonante Übertragung mit stets sehr gutem Wirkungsgrad ermöglicht. Denn wenn die Induktivität der Sekundärspule bei beiden Beladungsarten, also von der versenkten oder von der aufliegenden Primärspule aus, gleich ist, ist auch die Resonanzfrequenz desjenigen Schwingkreises, welcher aus der Sekundärspule und einer in Reihe und/oder parallel zugeschalteten Kapazität gebildet ist, unverändert. Somit muss also der Schwingkreis nicht angepasst werden an die Montageart der Primärspule. Wenn jedoch dieselben Primärspulen versenkt oder aufliegend verwendet werden wurden, wäre eine Anpassung des Schwingkreises notwendig.

Die resonante Übertragung ist bei der vorliegenden schwachen induktiven Kopplung, also bei dem vorliegenden großen Luftspalt bei der Übertragung, vorteilhaft, da trotzdem ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.

Wichtige Merkmale bei dem System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug nach Anspruch 2 sind, dass das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
wobei die erste Primärspule einen ersten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist, wobei die zweite Primärspule einen zweiten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist,
wobei die senkrechte Projektion des zweiten Spulenkerns auf die Verfahrfläche weniger Flächeninhalt aufweist als die senkrechte Projektion des ersten Spulenkerns.

Von Vorteil ist dabei, dass wiederum ein interoperabler Betrieb ermöglicht ist, also das Fahrzeug an den verschieden angeordneten Primärspulen in gleicher Weise beladbar ist.

Denn durch die geometrische Anpassung der Aufboden-Primärspule relativ zur versenkten Anordnung der Primärspule ist stets dieselbe Induktivität der Sekundärspule erreichbar. Auf diese Weise ist aber eine resonante Übertragung mit stets sehr gutem Wirkungsgrad ermöglicht. Denn wenn die Induktivität der Sekundärspule bei beiden Beladungsarten, also von der versenkten oder von der aufliegenden Primärspule aus, gleich ist, ist auch die Resonanzfrequenz desjenigen Schwingkreises, welcher aus der Sekundärspule und einer in Reihe und/oder parallel zugeschalteten Kapazität gebildet ist, unverändert. Somit muss also der Schwingkreis nicht angepasst werden an die Montageart der Primärspule. Wenn jedoch dieselben Primärspulen versenkt oder aufliegend verwendet werden würden, wäre eine Anpassung des Schwingkreises notwendig.

Die resonante Übertragung ist bei der vorliegenden schwachen induktiven Kopplung, also bei dem vorliegenden großen Luftspalt bei der Übertragung, vorteilhaft, da trotzdem ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.

Wichtige Merkmale bei dem System zur induktiven Energieübertragung an ein auf einer Verfahrfläche, insbesondere Verfahrebene, bewegbar angeordnetes Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4,
wobei das System eine erste Primärspule aufweist und eine zweite Primärspule aufweist,
wobei die erste Primärspule unterhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere in Gravitationsrichtung und/oder auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Verfahrfläche, und die zweite Primärspule oberhalb der Verfahrfläche angeordnet ist, insbesondere entgegen der Gravitationsrichtung und/oder auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite der Verfahrfläche,
wobei an der Unterseite, insbesondere also an der der Verfahrfläche zugewandten Seite, des Fahrzeugs eine erste Sekundärspule angeordnet ist, insbesondere welche mit dem Fahrzeug verbunden ist,
insbesondere wobei die erste Primärspule einen ersten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist und wobei die zweite Primärspule einen zweiten Spulenkern, insbesondere aus Ferrit, aufweist,
wobei bei zentrischer Positionierung der ersten Sekundärspule über der ersten Primärspule
die Selbstinduktivität (L22) oder der magnetische Leitwert (G2) der ersten Sekundärspule denselben Wert aufweist wie die Selbstinduktivität der ersten Sekundärspule
bei zentrischer Positionierung der ersten Sekundärspule über der zweiten Primärspule.

Insbesondere weist bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des ersten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist,
die Selbstinduktivität (L22) oder der magnetische Leitwert (G2) der ersten Sekundärspule auf oder über der ersten Primärspule denselben Wert auf wie die Selbstinduktivität der ersten Sekundärspule auf oder über der zweiten Primärspule.
bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der zweiten Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des zweiten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum ein interoperabler Betrieb ermöglicht ist, weil die Resonanzfrequenz in erster Näherung durch die Selbstinduktivität bestimmt ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des ersten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist,
die Selbstinduktivität (L22) oder der magnetische Leitwert (G2) der ersten Sekundärspule auf oder über der ersten Primärspule einen Wert auf, welcher nicht mehr als 10% abweicht von dem Wert der Selbstinduktivität der ersten Sekundärspule auf oder über der zweiten Primärspule
bei derartiger Position des Fahrzeugs, dass der Schwerpunkt der ersten Sekundärspule, insbesondere der Schwerpunkt des Spulenkerns der ersten Sekundärspule, auf derjenigen Geraden, insbesondere Normalen insbesondere des begleitenden Dreibeins, liegt, welche durch den Schwerpunkt der zweiten Primärspule, insbesondere durch den Schwerpunkt des zweiten Spulenkerns, geht und, insbesondere im Schnittpunkt der Geraden mit der Verfahrfläche, senkrecht zur Verfahrfläche ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein im Wesentlichen gleichförmiger interoperabler Betrieb ermöglicht ist. Bei Abweichungen von weniger als 10% und entsprechend niedriger Güte des Schwingkreises ist wiederum eine im Wesentlichen unveränderte Beladung an den verschieden angeordneten Primärspulen erreichbar. Die Güte des Schwingkreises wird durch Dimensionierung der in der realen Ausführung verwendeten Bauteile festlegbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die jeweilige Primärspule einen jeweiligen Spulenkern auf, an welchem eine Wicklung, insbesondere Primärwicklung, angeordnet ist und mittels Befestigungsmaterial am Spulenkern gehalten ist,
insbesondere wobei der Spulenkern plattenartig ausgeformt ist, insbesondere aus Ferritmaterial, und die Wicklung auf der Oberseite, also auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite des Spulenkerns angeordnet ist,
insbesondere wobei die Wicklung als Flachwicklung und/oder ebene Wicklung, insbesondere ebene Flachwicklung, ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Primärspule jeweils als Feldplatte ausführbar ist, also als plattenartige Einheit. Dabei ist für die plattenartige Form der Spulenkern bestimmend. Denn der Spulenkern ist beispielsweise als ebene Platte, wie Kreisscheibe oder Quader, ausführbar. Hierbei wird vorzugsweise Ferritmaterial verwendet. Die Wicklung ist als Flachwicklung ausgeführt und aufgelegt auf den Spulenkern oder in einen Spulenträger eingelegt, der aufgelegt ist auf den Spulenkern. Das Befestigungsmaterial weist beispielsweise Vergussmasse und/oder weitere Befestigungsteile, wie Schrauben oder dergleichen, auf.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Sekundärspule einen Spulenkern auf, an welchem eine Wicklung, insbesondere Sekundärwicklung, angeordnet ist und mittels Befestigungsmaterial am Spulenkern der ersten Sekundärspule gehalten ist,
insbesondere wobei der Spulenkern plattenartig ausgeformt ist, insbesondere aus Ferritmaterial, und die Wicklung auf der Oberseite, also auf der dem Fahrzeug zugewandten Seite des Spulenkerns angeordnet ist,
insbesondere wobei die Wicklung als Flachwicklung und/oder ebene Wicklung, insbesondere ebene Flachwicklung, ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ausführbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System eine zur ersten Sekundärspule unterschiedliche, zweite Sekundärspule auf,
wobei der Kopplungsleitwert GM oder die Kopplungsinduktivität L12 zwischen erster Sekundärspule und erster Primärspule denselben Wert aufweist wie zwischen erster Sekundärspule und zweiter Primärspule
oder dass die Abweichung dieser beiden Werte voneinander weniger als 10% beträgt. Von Vorteil ist dabei, dass ein interoperabler Betrieb auch mit einer anders geformten zweiten Sekundärspule ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kopplungsleitwert GM, oder die Kopplungsinduktivität L12 zwischen zweiter Sekundärspule und erster Primärspule denselben Wert auf wie zwischen zweiter Sekundärspule und zweiter Primärspule
oder die Abweichung dieser beiden Werte voneinander beträgt weniger als 10%. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum ein interoperabler Betrieb bei entsprechend ausgelegter Güte des Schwingkreises ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Sekundärspule größer als die erste Sekundärspule,
insbesondere wobei die senkrechte Projektion der zweiten Sekundärspule, insbesondere die senkrechte Projektion des Spulenkerns der zweiten Sekundärspule, auf die Verfahrfläche mehr Flächeninhalt aufweist oder in einer Richtung länger ausgeführt ist als die senkrechte Projektion der ersten Sekundärspule, insbesondere die senkrechte Projektion des Spulenkerns der zweiten Sekundärspule, auf die Verfahrfläche. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Sekundärspulen, also auch verschieden große Fahrzeuge beladbar sind und somit ein interoperabler Betrieb ermöglicht ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System zum induktiven Beladen gezeigt, wobei in einer Vertiefung des Bodens eine Primärspule 2 angeordnet ist und an der Unterseite eines nicht dargestellten Fahrzeugs eine Sekundärspule 1 angeordnet ist, wobei das Fahrzeug auf dem Boden 3 verfahrbar ist.

In der 2 ist im Unterschied zur 1 die Primärspule 2 auf dem Boden 3 aufgelegt und weniger ausgedehnt in der Bodenebene, also kleiner ausgeführt.

In der 3 ist im Unterschied zur 1 nur die Sekundärspule 1 kleiner ausgeführt.

In der 4 ist im Unterschied zur 2 nur die Sekundärspule 1 kleiner ausgeführt, wobei sie die gleiche Größe wie bei 3 hat.

In der 5 ist ein Querschnitt durch die Sekundärspule 1 und durch die Primärspule 1 ausgeführt.

In der 6 ein schematisches Schaltbild für die induktive Energieübertragung bei dem erfindungsgemäßen System dargestellt.

In der 7 ist unter Vernachlässigung von C_2S ein näherungsweise verwendbares Ersatzschaltbild für 6 dargestellt.

In der 8 ist ein zum System nach 1 zugehöriges Magnetfeldlinienbild dargestellt.

In der 9 ist ein zum System nach 2 zugehöriges Magnetfeldlinienbild dargestellt.

In den 10 bis 12 sind weitere Magnetfeldlinien für Systeme dargestellt.

Wie in den Figuren gezeigt, weist jede Spule eine Wicklung 51 auf, die auf einen plattenartig ausgeführten Spulenkern aus Ferrit aufgelegt ist. jede Spule weist auch Befestigungsmaterial 50, wie beispielhaft Vergussmasse, auf. Somit ist die Spule zusammengehalten. Dabei ist das Befestigungsmaterial diamagnetisch oder paramagnetisch, also nicht ferromagnetisch.

Die plattenartigen Spulenkerne 52 sind jeweils parallel zur Bodenebene, also Verfahrebene des Fahrzeugs, ausgerichtet.

Dabei ist die Wicklung 51 der Primärspule 2 auf der der Sekundärspule 1 zugewandten Seite des Spulenkerns angeordnet und die Wicklung 51 der Sekundärspule 1 auf der der Primärspule 2 zugewandten Seite des Spulenkerns 52 angeordnet.

In 1 und 2 sind jeweils dieselben Sekundärspulen gezeigt. Dabei wäre aber wegen der Anordnung der Primärspule 2 auf dem Boden 3 oder in einer Vertiefung des Bodens 3 eine unterschiedliche induktive Kopplungsstärke zur Sekundärwicklung 1 vorhanden. Zum Ausgleich ist die auf dem Boden 3 angeordnete Primärspule 2 kleiner ausgeführt

In 1 und 3 sind jeweils die Primärspulen 2 im Boden eingelassen angeordnet, aber die Sekundärspulen sind unterschiedlich groß, insbesondere unterscheiden sich die Sekundärspulen 1 in ihrer Größe, insbesondere also Ausdehnung parallel zur Bodenebene.

In 3 und 4 sind die Sekundärspulen gleich groß, aber die Primärwicklung 2 ist entweder in einer Vertiefung des Bodens 3 angeordnet oder auf dem Boden 3. Um wiederum die ansonsten unterschiedliche Kopplungsstärke auszugleichen, ist die Primärspule 2 bei Anordnung auf dem Boden 3 kleiner ausgeführt als bei der Anordnung in der Vertiefung gemäß 3.

Der Spulenkern der jeweiligen Spule (1, 2) weist das Magnetfluss-führende Material der jeweiligen Spule (1, 2) auf.

Wie in den Figuren gezeigt, ist also eine Interoperabilität gewährleistbar, indem ein Fahrzeug mit seiner Sekundärspule entweder von einer Primärspule gemäß 1 oder gemäß 2 beladbar ist.

Wie in 6 gezeigt, wird primärseitig ein Wechselrichter, der zwei Halbbrücken aus steuerbaren Halbleiterschaltern aufweist, aus einer Versorgungsgleichspannung U1 versorgt. Diese Versorgungsgleichspannung U1 ist über einen Gleichrichter aus einem Öffentlichen Wechselspannungsversorgungsnetz bereit stellbar.

Die vom Wechselrichter an seinem wechselspannungsseitigen Anschluss zur Verfügung gestellte Wechselspannung UQ speist einen als Gyrator ausgeführten Vierpol, dessen Ausgang eine aus einem Kondensator C1 und der Primärspule 1 gebildete Reihenschaltung speist, wobei die Reihenschaltung als Serienschwingkreis eine Resonanzfrequenz aufweist, welche der Frequenz der Wechselspannung entspricht.

Ebenso ist der Gyrator 60 mit der Dimensionierung seines zwischen seinen Ausgangsanschlüssen angeordneten Kondensators C1P und der zwischen einem seiner Eingangsanschlüsse und einem seiner Ausgangsanschlüsse angeordneten Induktivität LS auf Resonanz zur Frequenz der Wechselspannung ausgelegt. Der Gyrator 60 wandelt daher das spannungsquellenartige Verhalten des wechselspannungsseitigen Anschlusses des Wechselrichters um in ein stromquellenartiges Verhalten.

Sekundärseitig ist der Sekundärspule 2 ein Kondensator C2S in Reihe zugeschaltet, wobei die so gebildete Reihenschaltung einem Kondensator C2P parallel zugeschaltet ist. Dabei wird die am Kondensator C2P abfallende Spannung einem Gleichrichter zugeführt, welcher über eine Induktivität LG zur Glättung ein Beladen der Batterie mit Batteriespannung UB.

Der aus der Primärspule 2 und der Sekundärspule 1, insbesondere aus den Wicklungen dieser Spulen, gebildete Übertrager 61 weist nur eine schwache Kopplung auf, da die induktive Übertragung über einen Luftspalt erfolgt.

Wenn C2S vernachlässigt wird, ist eine sekundärseitige Auslegung gemäß 7 ermöglicht. Dabei ist M = L12 die Kopplungsinduktivität zwischen Primärspule 2 und Sekundärspule 1.

Dabei ist der primärseitige Strom i1 des als Stromquelle wirkenden Gyrators wirksam und sekundärseitig der Strom i2.

Eine vorteilhafte Dimensionierung ist 2·Pi·f = 1/sqrt(L22·C2P)wobei f die Frequenz der Wechselspannung ist.

Für die magnetischen Leitwerte gilt: G1 = L11/w1/w1G2 = L22/w2/w2GM = L12/w1/w2

Wobei

L12
= M die Kopplungsinduktivität der Primärspule zur Sekundärspule ist,
L11
die Selbstinduktivität der Primärwicklung ist,
L22
die Selbstinduktivität der Sekundärwicklung ist,
G1
der primäre magnetische Leitwert ist,
G2
der sekundäre magnetische Leitwert ist,
GM
der magnetische Kopplungsleitwert ist.

In 8 ist ein Radialschnitt durch einen Übertrager dargestellt. Der so dargestellte Schnitt muss also zur Herstellung des Rotationskörpers um die Ordinatenrichtung herum rotiert werden.

Die im unteren Bildbereich der 8 angeordnete Primärwicklung ist in einer Vertiefung des Bodens 3, also unterhalb der Verfahrfläche für das Fahrzeug, angeordnet. Bei den gezeigten geometrischen Abständen ergibt sich G2 = 384 nHGM = 61 nH

Wie in 9 gezeigt, ist bei einer oberhalb des Bodens 2, also oberhalb der Verfahrfläche angeordneten Primärwicklung 2 eine kleinere Ausdehnung der Primärwicklung 2 in paralleler Richtung zur Verfahrebene und/oder Oberfläche des Bodens vorgesehen.

Dadurch sind folgende Werte erreichbar: G2 = 384 nHGM = 94 nH

Da in 8 und 9 jeweils dieselbe Sekundärwicklung 1 verwendet wird und G2 jeweils denselben Wert aufweist, ist auch der Übertrager in derselben Weise resonant ausgelegt und die induktive Energieübertragung in gleicher Weise ausführbar, also in gleicher Weise bei gleichem Wirkungsgrad.

10 zeigt eine in einer Vertiefung des Bodens 3 angeordnete Primärspule 2, welche derart dimensioniert ist, dass ein optimierter Wirkungsgrad erreichbar ist bei zwei unterschiedlich großen Sekundärspulen. Diese Sekundärspulen sind mit unterschiedlichen Kondensatoren C2P zusammengeschaltet, so dass die resonante Übertragung auch bei den unterschiedlichen Geometrien jeweils mit hohem Wirkungsgrad ausführbar ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach 10 sind folgende Werte erreichbar: G2 = 954 nHGM = 394 nH

Durch weitere Optimierung der geometrischen Daten, insbesondere Durchmesser und Breite des aus Ferrit ausgeführten ringartigen Spulenkerns, sind gleiche Werte für GM erreichbar, wie in 11 und 12 gezeigt.

Dabei weisen 11 und 12 unterschiedlich große Sekundärspulen auf.

Mit der Ausführung nach 11, also der kleineren Ausführung der Sekundärspule im Vergleich zur Ausführung nach 12, sind folgende Werte erreichbar: G2 = 380 nHGM = 483 nH

Wohingegen mit der im Vergleich zur 11 größeren Sekundärspule folgende Werte erreichbar sind: G2 = 956 nHGM = 487 nH

Wie aus den Figuren ersichtlich ist auf der vom Boden abgewandten Seite der Sekundärspule am Fahrzeug eine magnetische Abschirmung 80, insbesondere Aluminium, vorgesehen. Diese ist also zwischen der Sekundärspule und dem restlichen Fahrzeug angeordnet.

Ebenso ist auf der vom Fahrzeug abgewandten Seite der jeweiligen Primärspule eine 80 magnetische Abschirmung 80, insbesondere Aluminium, anordenbar.

Auf diese Weise ist der Wirkungsgrad der induktiven Übertragung weiter verbesserbar.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der Batterie ein anderer Energiespeicher verwendet, insbesondere ein Akkumulator oder ein Ultracap oder eine Kombination der vorgenannten Energiespeicher.

Bezugszeichenliste

1
Sekundärspule
2
Primärspule
3
Boden
50
Befestigungsmaterial, insbesondere Vergussmasse
51
Wicklung
52
Spulenkern, insbesondere Ferritplatte
60
Gyrator
61
Übertrager, aufweisend die Wicklungen der Primärspule 2 und die Sekundärspule 1
80
magnetische Abschirmung, insbesondere Aluminium
U1
Versorgungsgleichspannung
UQ
einphasige Wechselspannung
UB
Batteriespannung
LS
Induktivität des Gyrators 60
C1P
Kapazität des Gyrators 60
C1
Kondensator
C2S
seriellen Kapazität
C2P
parallele Kapazität
LG
Drosselinduktivität
I1
primärseitiger Strom der Stromquelle
I2
sekundärseitiger Strom der Stromquelle
R
Verbraucherwiderstand
Frequenz
M
Kopplungsinduktivität
L22
sekundärseitige Selbstinduktivität
L11
primärsärseitige Selbstinduktivität
L12
Kopplungsinduktivität
w1
Windungsanzahl der Primärspule
w2
Windungsanzahl der Sekundärspule
G1
primärseitiger Leitwert
G2
sekundärseitiger Leitwert
GM
Kopplungsleitwert, insbesondere zur Kopplungsinduktivität L12 zugeordneter Leitwert