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EP3003773A1 - Übertragerelement - Google Patents

Übertragerelement

Info

Publication number
EP3003773A1
EP3003773A1 EP14731377.9A EP14731377A EP3003773A1 EP 3003773 A1 EP3003773 A1 EP 3003773A1 EP 14731377 A EP14731377 A EP 14731377A EP 3003773 A1 EP3003773 A1 EP 3003773A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
transformer element
element according
electronics
secondary part
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14731377.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Krause
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brusa Elektronik AG
Original Assignee
Brusa Elektronik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brusa Elektronik AG filed Critical Brusa Elektronik AG
Priority to EP14731377.9A priority Critical patent/EP3003773A1/de
Publication of EP3003773A1 publication Critical patent/EP3003773A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/126—Methods for pairing a vehicle and a charging station, e.g. establishing a one-to-one relation between a wireless power transmitter and a wireless power receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/366—Electric or magnetic shields or screens made of ferromagnetic material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/70—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the reduction of electric, magnetic or electromagnetic leakage fields
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a transformer element for a system for contactless energy transmission between at least one primary part and at least one secondary part, according to the preamble of claim 1, as well as a system for contactless energy transmission and a vehicle with such a system.
  • WO 2013/017200 A1 discloses an electronic device
  • a transformer head for supplying the drive of an at least partially electrically operated vehicle based on inductive energy transmission.
  • This device has a housing with a secondary winding and an integrated rectifier inside. The secondary winding feeds the rectifier, which is electrically connected to the secondary winding and supplied from the secondary winding.
  • EP 2572427 A2 also shows an arrangement in which a secondary winding arrangement is electrically connected to a rectifier, which is thus fed by the secondary winding arrangement.
  • Object of the present invention is thus to provide a transformer element for a system for contactless energy transfer, which allows the use of strong alternating magnetic fields to achieve the best possible ratio of transmitted energy to transmission time and yet a high degree of integration of electrical and / or electronic Components in the housing of the transformer element allows.
  • the transformer element comprises at least one coil and electronics and a connection for a power supply and / or a battery to be charged, wherein at least one coil and the electronics are accommodated in a common housing.
  • the housing also comprises or includes a cup-shaped section of magnetically shielding material, preferably of ferrite, with at least one open side and at least one secondary coil surrounding the pot-like section on the latter
  • Components can be achieved without hindering the transfer of energy too much, since the magnetic field along the cup-like portion on the inside around and preferably completely through the surrounding the pot coil of the Kochletones is passed.
  • the open side of the housing is at least partially provided with a cover of magnetically shielding material.
  • a cover of magnetically shielding material Such a construction provides further improved shielding
  • the cover is preferably made of aluminum.
  • At least part of the electronics are surrounded by wall elements of magnetically shielding material so as to obtain an all-round shielding of the electronics of the transformer element.
  • an advantageous embodiment of the invention is characterized in that a magnetically permeable region remains between the cover and the open side of the pot-like portion of the housing, preferably at least one coil in and preferably below this permeable region is arranged.
  • the housing connects with at least one of the components arranged therein, despite good
  • the interior of the housing has a
  • the electronics of the Students emerges a
  • this is also called Crowbar
  • a transformer element according to at least one of the preceding paragraphs is used as a secondary part for a system
  • a system for contactless energy transmission between at least one primary part and a secondary part preferably a system for contactless charging of at least partially electrically operated
  • the secondary part at least one transformer element according to at least one of
  • the solution of the problem initially posed is also in a vehicle with at least partially electric drive, preferably with a
  • Traction battery for feeding the electric drive with electrical energy given that has the secondary part of a system for contactless energy transmission, if the secondary part at least one Having transmitter element according to at least one of the preceding paragraphs.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Fig. 2a shows another embodiment of an inventive
  • Fig. 2b shows the embodiment of Fig. 2a in a longitudinal section perpendicular to the view of Fig. 2a
  • Fig. 3 shows an exemplary electrical circuit diagram of a
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a transformer element 1, preferably as a secondary part of an inductive charging system for
  • the magnetic alternating field generated by a primary part penetrates at least one secondary coil 2 and is then converted into a charging current for in particular the traction battery 5 (see FIG. 3) of the vehicle by means of an integrated in the housing 3 of the transformer element 1 electronics 4.
  • the housing 3 of the transformer element 1 can be made of any material, of course, with secondary coil 2 located inside the housing 3, of magnetically non-shielding material, such as plastic.
  • the housing 3 also includes or includes a cup-shaped portion 6 of magnetically shielding material, preferably ferrite.
  • This section 6 may be formed on the housing 3 itself or be a separately manufactured and connected to the housing 3 component.
  • One side 7 of this section 6 is open and has, when the transmitter element 1 is operated as intended, away from the primary part.
  • the electronics 4 located in the housing 3 is shielded from most of the magnetic field generated by the primary part. At least one
  • Secondary coil 2 preferably surrounds the pot-like portion 6 on the outside thereof, wherein the magnetic shielding through the ferrite portion 6 advantageously as a derivative or diversion of the
  • the open side 7 of the housing 3 or its pot-like portion 6 is at least partially provided with a cover 8 also made of magnetic shielding material such as ferrite.
  • the cover 8 preferably covers a larger area than the portion 6 - seen normal to the direction of the magnetic field lines - and thus surmounted both this section 6 and the secondary coil. 2
  • This embodiment is preferably provided in the formation of the cover 8 made of ferrite material.
  • the upper edge of the pot-like section 6 is designed radially outward and the coil at least partly overlapping and projecting (see FIG. 1). It is preferred even and analogous to the cover 8, the upper edge of the cup-like portion 6 the
  • Secondary coil 2 radially outwardly at least covering, better even this coil 2 radially outstanding and even more preferably pulled down on the radial outer side at least over part of the height of the secondary coil 2, so that the edge of the cup-shaped portion 6 a coil 2 comprehensive annular trough with the opening of the cup-shaped portion 6 opposite orientation forms.
  • the secondary coil 2 and possibly also the interior of the housing 3, preferably also the interior of the pot-like portion 6, can be at least partially filled with a potting compound 9. This at least partially surrounds the components contained in the housing 3, preferably the secondary coil 2 and / or the electronics 4 in order to protect them against moisture and / or mechanical stresses, in particular bumps or vibrations during driving of the electric vehicle.
  • FIGS. 2 a and 2 b show a somewhat different embodiment of a transformer element 1 a according to the invention.
  • the housing 3 is covered by a thin, lightweight plate 8a made of, for example, aluminum and closed to the outside.
  • the cover 8 Over the cover 8,
  • the interior of the housing 3 can also at least partially be filled with the potting compound 9.
  • Potting compound 9 at least partially surrounds the components contained in the housing 3, preferably the secondary coil 2 and / or the electronics 4.
  • Alternative embodiments may provide housing, which includes the secondary coil 2 in its interior, wherein the secondary coil 2 is covered by a frame and preferably encapsulated. Also, on the interior of the housing facing surface of this frame and preferably also between the components of the electronics 4 thin plates of ferrite or other magnetic
  • shielding material arranged as a wall and partition elements be.
  • These panels as wall elements can also form the cup-shaped shield 6 itself around the electronics 4, which is open on one side.
  • the bottom of the housing adjoining the frame can also be covered with wall elements.
  • the cover 8, 8a may be suitable for hinges or others
  • the cover 8, 8a of whatever shape may also be provided on the inside with platelets of magnetically shielding material.
  • the cover 8, 8a covers the housing 3, the pot-like section 6 and also the secondary coil 2 and completes in the folded state an all-round shielding of the electronics 4 in the housing 3, which typically has a cuboid, preferably plate-like configuration towards the outside.
  • FIG. 3 shows by way of example an electrical circuit diagram of a secondary part of an inductive energy transmission system
  • the secondary coil 2 arranged in or on the housing 3, 3a is connected to a rectifier circuit 15 via at least one capacitor 14.
  • This is a terminal circuit 16 (English crowbar) connected as overvoltage protection for the rapid shutdown of the current flow in an emergency, further preferably an output filter 17 and finally the battery to be charged 5, for example, the traction battery of an electric vehicle.
  • Via a control unit 18, parameters of said components are determined and their function controlled. Some or all of these components form the shielded electronics 4 of the transformer element.

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Abstract

Ein Übertragerelement 1, 1a, vorzugsweise als Sekundärteil eines induktiven Ladesystems für Elektrofahrzeuge, weist eine Sekundärspule 2 und eine im Gehäuse 3 integrierte Elektronik 4 auf. Das Gehäuse 3 umfasst auch einen topfartigen Abschnitt 6 aus magnetisch abschirmendem Material mit einer offenen Seite 7, wobei die Sekundärspule 2 den Abschnitt 6 aussen umgibt.

Description

Übertragerelement
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Europäischen Anmeldung Nr. EP13169731 .0, eingereicht am 29. Mai 2013, deren Gesamtheit durch Verweisung ausdrücklich und explizit zur Gänze und in allen beliebigen Teilen, für alle Absichten und Zwecke, hier einbezogen ist, in gleicher Weise wie bei identischer vollständiger Aufnahme in der gegenständlichen
Anmeldung.
Die Erfindung betrifft ein Übertragerelement für ein System zur kontaktlosen Energieübertragung zwischen zumindest einem Primärteil und zumindest einem Sekundärteil, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie ein System zur kontaktlosen Energieübertragung als auch ein Fahrzeug mit einem derartigen System.
In der WO 2013/017200 A1 ist ein elektronisches Gerät offenbart,
insbesondere ein Übertragerkopf zur Versorgung des Antriebs eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeuges auf Basis induktiver Energieübertragung. Dieses Gerät weist ein Gehäuse mit einer darin befindlichen Sekundärwicklung und einem integrierten Gleichrichter auf. Die Sekundärwicklung speist den Gleichrichter, der dazu elektrisch mit der Sekundärwicklung verbunden ist und aus der Sekundärwicklung versorgt wird. Die EP 2572427 A2 zeigt ebenfalls eine Anordnung, bei welcher eine Sekundärwicklungs-Anordnung mit einem Gleichrichter elektrisch verbunden ist, welcher damit von der Sekundärwicklungs-Anordnung gespeist wird.
Sowohl die EP 2515314 A1 als auch die WO 2012/144640 A1 offenbaren einfache büchsen- bzw. topfartige Strukturen, deren Öffnung jeweils dem Fahrzeug(boden) abgewandt ist und in deren Inneren die Sekundärspulen komplett aufgenommen sind. Elektronische Bauteile hingegen sind auch in diesen topfartigen Strukturen nicht vorgesehen, weil durch die starken Magnet-Wechselfelder sofort Ausfälle bzw. die Zerstörung dieser
empfindlichen Bauteile erfolgen würden. Diese Dokumente zeigen das Bestreben nach Integration von elektrotechnischen und/oder elektronischen Bauteile in die Geräte-Gehäuse, in welchen auch die Sekundärspule vorgesehen ist. Dies ist jedoch nur bedingt möglich, da diese Gehäuse natürlich den starken Magnetfeldern für die Energieübertragung ausgesetzt sind. Die Integration von empfindlichen Elektronikbauteilen, wie sie für den Betrieb und die Steuerung der
Sekundärseite notwendig sind, ist damit nur schwer möglich bzw. sind diese Bauteile dann sehr störanfällig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Übertragerelement für ein System zur kontaktlosen Energieübertragung anzugeben, welches zur Erzielung eines möglichst optimalen Verhältnisses von übertragener Energie zu Übertragungsdauer den Einsatz starker Magnet-Wechselfelder erlaubt und dennoch einen hohen Grad der Integration von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen in das Gehäuse des Übertragerelementes ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren und in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Wie auch schon bei den bekannten Geräten umfasst das Übertragerelement zumindest eine Spule und eine Elektronik sowie einen Anschluss für eine Stromversorgung und/oder eine zu ladende Batterie, wobei zumindest eine Spule und die Elektronik in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
Gemäss der Erfindung umfasst oder beinhaltet das Gehäuse aber auch einen topfartigen Abschnitt aus magnetisch abschirmendem Material, vorzugsweise aus Ferrit, mit zumindest einer offenen Seite und zumindest eine Sekundärspule umgibt den topfartigen Abschnitt auf dessen
Aussenseite. Abweichend von den bekannten Lösungen umgibt die
Sekundärspule den topfartigen Abschnitt an dessen Aussenseite und ist der Topf selbst genau entgegengesetzt zu den bekannten Ausführungen orientiert. Durch diese Konstruktion und deren räumlicher Orientierung kann eine Abschirmung der empfindlichen elektrischen und elektronischen
Bauteile erreicht werden, ohne dabei die Energieübertragung zu stark zu behindern, da das Magnetfeld entlang des topfartigen Abschnittes an dessen Innenseite herum und vorzugsweise komplett durch die den Topf umgebende Spule des Übertragerelementes hindurch geleitet wird.
Vorteilhafterweise ist die offene Seite des Gehäuses zumindest teilweise mit einer Abdeckung aus magnetisch abschirmendem Material versehen. Eine derartige Konstruktion bietet eine weiter verbesserte Abschirmung
empfindlicher Bauteile gegen starke Magnetfelder, während die
Durchdringung der Spule zur Energieübertragung nicht beeinflusst ist. Die Abdeckung ist vorzugsweise aus Aluminium angefertigt.
Gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen der Abdeckung und dem Boden und/oder den Seitenwänden des topfartigen Abschnittes zumindest ein Teil der Elektronik mit Wandelementen aus magnetisch abschirmendem Material umgeben, um somit eine allseitige Abschirmung der Elektronik des Übertragerelementes zu erhalten.
Um die Energieübertragung so wenig wie möglich zu behindern, ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung und der offenen Seite des topfartigen Abschnitts des Gehäuses ein magnetisch durchlässiger Bereich verbleibt, wobei vorzugsweise zumindest eine Spule in und vorzugsweise unterhalb dieses durchlässigen Bereiches angeordnet ist.
Wenn vorteilhafterweise zumindest ein wärmeleitendes Element,
vorzugsweise zumindest eine Kupferplatte, das Gehäuse mit zumindest einem der darin angeordneten Bauteile verbindet, kann trotz guter
magnetischer Abschirmung die Ableitung von Wärme von den geschützten Bauteilen nach aussen gewährleistet werden. Bei einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform des Übertragerelementes weist der Innenraum des Gehäuses eine
Vergussmasse auf, welche die darin enthaltenen Bauteile vorzugsweise vollständig umgibt. Damit kann die mechanische Festigkeit und die
Widerstandfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen wesentlich verbessert werden.
Bevorzugt weist die Elektronik des Übertragerelementes eine
Klemmschaltung auf, um damit einen Überspannungsschutz für die
Schnellabschaltung des Stromflusses auf der Sekundärseite im Notfall zu gewährleisten. Vorzugsweise ist diese auch Crowbar bezeichnete
Schutzschaltung einer Gleichrichterschaltung des Sekundärteils
nachgeschaltet und vorzugsweise einem Ausgangsfilter vorgeschaltet.
Vorzugsweise findet ein Übertragerelement entsprechend zumindest einem der vorhergehenden Absätze als Sekundärteil für ein System zur
kontaktlosen Energieübertragung zwischen zumindest einem Primärteil und zumindest einem Sekundärteil Anwendung, insbesondere als an einem Fahrzeug angebrachter Sekundärteil zur Versorgung eines
Energiespeichersystems des Fahrzeuges.
Bei einem System zur kontaktlosen Energieübertragung zwischen zumindest einem Primärteil und einem Sekundärteil, vorzugsweise einem System zum kontaktlosen Laden von zumindest teilweise elektrisch betriebenen
Fahrzeugen, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Sekundärteil zumindest ein Übertragerelement nach zumindest einem der
vorhergehenden Absätze aufweist.
Die Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist auch bei Fahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb, vorzugsweise mit einer
Traktionsbatterie zur Speisung des elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie, gegeben, das den Sekundärteil eines Systems zur kontaktlosen Energieübertragung aufweist, wenn dabei der Sekundärteil zumindest ein Übertragerelement nach zumindest einem der vorhergehenden Absätze aufweist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.
Es zeigen dabei:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Übertragerelementes in perspektivischer, teilweise geschnittener Ansicht in schematischer Darstellung,
Fig. 2a eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Übertragerelementes, in einer Schnittansicht parallel zur Sekundärspule,
Fig. 2b die Ausführungsform der Fig. 2a in einem Längsschnitt senkrecht zur Ansicht der Fig. 2a, und
Fig. 3 einen beispielhaften elektrotechnischen Schaltplan eines
erfindungsgemässen Übertragerelementes.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Übertragerelementes 1 , vorzugsweise als Sekundärteil eines induktiven Ladesystems für
Elektrofahrzeuge bzw. für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Das von einem Primärteil generierte magnetische Wechselfeld durchdringt zumindest eine Sekundärspule 2 und wird dann mittels einer im Gehäuse 3 des Übertragerelementes 1 integrierten Elektronik 4 in einen Ladestrom für insbesondere die Traktions-Batterie 5 (siehe dazu Fig. 3) des Fahrzeuges umgewandelt. Das Gehäuse 3 des Übertragerelementes 1 kann aus beliebigem Werkstoff bestehen, bei innerhalb des Gehäuses 3 liegender Sekundärspule 2 natürlich aus magnetisch nicht abschirmendem Material, wie beispielsweise Kunststoff.
Das Gehäuse 3 umfasst oder beinhaltet auch einen topfartigen Abschnitt 6 aus magnetisch abschirmendem Material, vorzugsweise aus Ferrit. Dieser Abschnitt 6 kann am Gehäuse 3 selbst ausgebildet oder ein separat gefertigter und mit dem Gehäuse 3 verbundener Bauteil sein. Eine Seite 7 dieses Abschnittes 6 ist offen und weist, wenn das Übertragerelement 1 bestimmungsgemäss betrieben wird, vom Primärteil weg. Damit ist die im Gehäuse 3 befindliche Elektronik 4 gegenüber dem grössten Teil des vom Primärteil generierten Magnetfeldes abgeschirmt. Zumindest eine
Sekundärspule 2 umgibt vorzugsweise den topfartigen Abschnitt 6 auf dessen Aussenseite, wobei die magnetische Abschirmung durch den Ferrit- Abschnitt 6 vorteilhafterweise als Ableitung bzw. Umleitung der
Magnetfeldlinien um empfindliche Bauteile herum und durch die
Sekundärspule 2 hindurch wirkt.
Vorteilhafterweise ist die offene Seite 7 des Gehäuses 3 bzw. seines topfartigen Abschnittes 6 zumindest teilweise mit einer Abdeckung 8 aus ebenfalls magnetisch abschirmendem Material wie beispielsweise Ferrit, versehen. Die Abdeckung 8 überdeckt vorzugsweise eine grössere Fläche als der Abschnitt 6 - normal auf die Richtung der Magnetfeldlinien gesehen - und überragt damit sowohl diesen Abschnitt 6 als auch die Sekundärspule 2.
Allenfalls kann der Rand der Abdeckung 8 auch über die Seiten der
Sekundärspule 2 herumgezogen, bei Anwendung beispielsweise an der Unterseite eines Fahrzeuges insbesondere hinuntergezogen, sein, so dass durch die Abdeckung 8 eine dem topfartigen Abschnitt 6 entgegengesetzt orientierte topfartige Struktur gebildet wird. Diese Ausführungsform ist bevorzugt bei Ausbildung der Abdeckung 8 aus Ferritmaterial vorgesehen.
Gemäss einer anderen Ausführungsform ist zusätzlich oder alternativ zur oben erläuterten Konstruktion der obere Rand des topfartigen Abschnitts 6 radial nach aussen hin und die Spule zumindest teilweise überdeckend und auskragend ausgeführt (siehe Fig. 1 ). Bevorzugt wird dabei sogar und analog zur Abdeckung 8 der obere Rand des topfartigen Abschnitts 6 die
Sekundärspule 2 radial nach aussen hin zumindest abdeckend, besser noch diese Spule 2 radial überragend ausgeführt und insbesondere noch mehr bevorzugt an deren radialer Aussenseite zumindest über einen Teil der Höhe der Sekundärspule 2 heruntergezogen, so dass der Rand des topfartigen Abschnittes 6 eine die Spule 2 umfassende ringförmige Wanne mit zur Öffnung des topfartigen Abschnittes 6 entgegengesetzter Orientierung bildet.
Um die Abschirmwirkung für die Elektronik 4 des Übertragerelementes 1 zu optimieren, können zwischen der Abdeckung 8 und dem Boden 6a und/oder den Seitenwänden 6b des topfartigen Abschnittes 6 zumindest Teile der Elektronik 4 mit Wandelementen (nicht dargestellt) aus ebenfalls magnetisch abschirmendem Material, vorzugsweise Wandelementen aus Ferrit, umgeben werden.
Innerhalb der ersten Abschirmung durch den topfartigen Abschnitt 6 ist damit eine weitere Abschirmung durch die Wandelemente für die Elektronik 4 oder andere empfindliche Bauteile vorgesehen. Diese Wandelemente im
Innenraum der Sekundärspule 2, typischerweise senkrecht zum Boden 6a des topfartigen Abschnittes 6 und/oder zur Abdeckung 8, ergeben
zusammen mit der Abdeckung 8 und dem Abschnitt 6 eine Art magnetischen „Faraday'schen Käfig" um die elektronischen Bauteile 4 herum und wirken auch als Leiter für die Magnetfeldlinien um die Elektronik 4 herum und durch die Sekundärspule 2.
Die Sekundärspule 2 und gegebenenfalls auch der Innenraum des Gehäuses 3, vorzugsweise auch der Innenraum des topfartigen Abschnitts 6, kann zumindest teilweise mit einer Vergussmasse 9 verfüllt sein. Diese umgibt zumindest teilweise die im Gehäuse 3 enthaltenen Bauteile, vorzugsweise die Sekundärspule 2 und/oder die Elektronik 4, um sie gegen Feuchtigkeit und/oder mechanische Beanspruchungen, insbesondere Stösse oder Vibrationen im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeuges, zu schützen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine etwas andere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Übertragerelementes 1 a. Hier ist das Gehäuse 3 durch eine dünne, leichte Platte 8a aus beispielsweise Aluminium abgedeckt und nach aussen hin abgeschlossen. Im Inneren des Gehäuses 3 ist wieder eine topfartige Abschirmung 6 um die Elektronik 4, vorzugsweise aus Ferrit, vorgesehen, die an einer Seite offen ist. Über die Abdeckung 8,
vorteilhafterweise aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen gut
wärmeleitenden Material angefertigt, wird die Wärme von der Elektronik 4 in die Umgebung abgeleitet und derart die Elektronik 4 gekühlt. Derartige Kühlanordnungen können bei allen erfindungsgemässen Ausführungsformen vorgesehen sein. Auch die Anschlüsse 12 für Steuer- und Sensorleitungen von und zur Elektronik 4 als auch die Anschlüsse 13 für die zu ladende Batterie 5 sind in den Fig. 2a und 2b zu sehen.
Zusätzlich zum Bereich der Sekundärspule 2 ist in den Fig. 2a und 2b auch deutlich zu erkennen, dass der Innenraum des Gehäuses 3 ebenfalls zumindest teilweise mit der Vergussmasse 9 verfüllt sein kann. Diese
Vergussmasse 9 umgibt zumindest teilweise die im Gehäuse 3 enthaltenen Bauteile, vorzugsweise die Sekundärspule 2 und/oder die Elektronik 4.
Alternative Ausführungsformen können Gehäuse vorsehen, welche die Sekundärspule 2 in ihrem Inneren beinhaltet, wobei die Sekundärspule 2 durch einen Rahmen abgedeckt und vorzugsweise gekapselt ist. Auch können an der dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Oberfläche dieses Rahmens und vorzugsweise auch zwischen den Bauteilen der Elektronik 4 dünne Platten aus Ferrit oder anderem magnetisch
abschirmendem Material als Wand- und Zwischenwandelemente angeordnet sein. Diese Platten als Wandelemente können auch selbst die topfartige Abschirmung 6 um die Elektronik 4 bilden, die an einer Seite offen ist. Dabei kann vorteilhafterweise auch der an den Rahmen angrenzende Boden des Gehäuses mit Wandelementen bedeckt sein.
Die Abdeckung 8, 8a kann über Scharniere oder andere geeignet
Anordnungen aufklappbar sein. Auch die Abdeckung 8, 8a gleich welcher Form kann an der Innenseite ebenfalls mit Plättchen aus magnetisch abschirmendem Material versehen sein. Die Abdeckung 8, 8a überdeckt das Gehäuse 3, den topfartigen Abschnitt 6 und auch die Sekundärspule 2 und komplettiert in zugeklapptem Zustand eine allseitige Abschirmung der Elektronik 4 im Gehäuse 3, das nach aussen hin typischerweise eine quaderförmige, vorzugsweise plattenförmige Ausgestaltung aufweist.
Die Fig. 3 zeigt schliesslich beispielhaft ein elektrisches Schaltbild eines Sekundärteils eines induktiven Energieübertragungssystems unter
Verwendung eines erfindungsgemässen Übertragerelementes 1 , 1 a. Die im oder am Gehäuse 3, 3a angeordnete Sekundärspule 2 ist über zumindest eine Kapazität 14 mit einer Gleichrichterschaltung 15 verbunden. Daran ist eine Klemmschaltung 16 (engl. Crowbar) als Überspannungsschutz für die Schnellabschaltung des Stromflusses im Notfall angeschlossen, weiters vorzugsweise ein Ausgangsfilter 17 und schliesslich die zu ladende Batterie 5, beispielsweise die Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges. Über eine Steuereinheit 18 werden Parameter der genannten Bauteile ermittelt und deren Funktion gesteuert. Einige oder alle dieser Bauteile bilden die abgeschirmte Elektronik 4 des Übertragerelementes 1 . Bezugszeichenliste
1 , 1 a Übertragerelement
2 Sekundärspule
3 Gehäuse
4 Elektronik
5 Batterie
6 topfartiger Abschnitt
6a Boden des Abschnitts 6
6b Seitenwände des Abschnitts 6
7 offene Seite
8, 8a Abdeckung
9 Vergussmasse
12 Anschlüsse für Steuer- und Sensorleitungen
13 Anschlüsse für Batterie 5
14 Kapazität
15 Gleichrichterschaltung
16 Klemmschaltung (Crowbar)
17 Ausgangsfilter
18 Steuereinheit für Elektronik 4

Claims

Patentansprüche
1 . Übertragerelement (1 , 1 a) für ein System zur kontaktlosen
Energieübertragung zwischen zumindest einem Primärteil und zumindest einem Sekundärteil, umfassend zumindest eine Spule (2) und eine Elektronik (4) sowie einen Anschluss (13) für einen Verbraucher und/oder eine zu ladende Batterie (5), wobei zumindest eine Spule (2) und die Elektronik (4) in einem gemeinsamen Gehäuse (3) untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen topfartigen Abschnitt (6) aus magnetisch abschirmendem Material, vorzugsweise aus Ferrit, mit zumindest einer offenen Seite (7) umfasst oder beinhaltet, und zumindest eine Sekundärspule (2) den topfartigen Abschnitt (6) auf dessen Aussenseite umgibt.
2. Übertragerelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die offene Seite (7) des Gehäuses (3) zumindest teilweise mit einer Abdeckung (8) aus magnetisch abschirmendem Material, vorzugsweise aus Aluminium, versehen ist.
3. Übertragerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (8, 8a) und dem Boden und/oder den
Seitenwänden des topfartigen Abschnittes (6) zumindest ein Teil der Elektronik (6) mit Wandelementen aus magnetisch abschirmendem Material umgeben ist.
4. Übertragerelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (8, 8a) und der offenen Seite (7) des topfartigen Abschnitts (6) des Gehäuses (3) ein magnetisch durchlässiger Bereich verbleibt, wobei vorzugsweise zumindest eine Spule (2) in und vorzugsweise unterhalb dieses durchlässigen Bereiches angeordnet ist.
5. Übertragerelement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein wärmeleitendes Element, vorzugsweise Aluminium- oder Kupferplatten, das Gehäuse (3) mit zumindest einem der darin angeordneten Bauteile verbindet.
6. Übertragerelement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Gehäuses (3) eine Vergussmasse (9) aufweist, welche die darin enthaltenen Bauteile (z.B. 4) vorzugsweise vollständig umgibt.
7. Übertragerelement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (4) eine Klemmschaltung (16) aufweist, vorzugsweise einer Gleichrichterschaltung (15)
nachgeschaltet und vorzugsweise einem Ausgangsfilter 17
vorgeschaltet.
8. Übertragerelement nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, als Sekundärteil für ein System zur kontaktlosen Energieübertragung zwischen zumindest einem Primärteil und zumindest einem Sekundärteil.
9. Übertragerelement nach Anspruch 8, als an einem Fahrzeug
angebrachter Sekundärteil zur Versorgung eines
Energiespeichersystems (5) des Fahrzeuges.
10. System zur kontaktlosen Energieübertragung zwischen zumindest einem Primärteil und einem Sekundärteil, vorzugsweise System zum
kontaktlosen Laden von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärteil zumindest ein Übertragerelement (1 , 1 a) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
1 1 . Fahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb, vorzugsweise mit einer Traktionsbatterie zur Speisung des elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie, wobei das Fahrzeug den Sekundärteil eines
Systems zur kontaktlosen Energieübertragung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Sekundärteil zumindest ein Übertragerelement (1, 1a) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
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