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WO2018091191A1 - Vorrichtung für ein induktives energieübertragungssystem, induktives energieübertragungssystem und ladevorrichtung für einen elektrischen energiespeicher - Google Patents

Vorrichtung für ein induktives energieübertragungssystem, induktives energieübertragungssystem und ladevorrichtung für einen elektrischen energiespeicher Download PDF

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Publication number
WO2018091191A1
WO2018091191A1 PCT/EP2017/075128 EP2017075128W WO2018091191A1 WO 2018091191 A1 WO2018091191 A1 WO 2018091191A1 EP 2017075128 W EP2017075128 W EP 2017075128W WO 2018091191 A1 WO2018091191 A1 WO 2018091191A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrically conductive
shielding
elements
secondary coil
receiving device
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/075128
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Brenner
Achim Henkel
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2018091191A1 publication Critical patent/WO2018091191A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
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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
    • 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
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a receiving and transmitting device for an inductive power transmission system, as well as an inductive
  • Document DE 10 2011 010 049 A1 discloses a charging device and a method for charging a battery of an electric vehicle.
  • the battery of the electric vehicle is in this case transmitted by means of an inductive energy transfer from a primary coil to a secondary coil.
  • inductive energy transmission As used for example for charging accumulators, high-frequency magnetic fields are often used. This makes it possible to dispense with a plug connection for a galvanic connection between a charging station and the vehicle with the accumulator.
  • inductive energy transmission is transmitted via an air gap between a secondary coil, which is connected via a suitable circuit to an electrical energy storage device, such as a battery, and a primary coil which is electrically coupled to a charging station, electrical energy according to the principle of a transformer .
  • an electrical energy storage device such as a battery
  • a primary coil which is electrically coupled to a charging station
  • Metal field of inductive power transmission shields This can be electrical Conductive materials are used by their eddy currents
  • the present invention discloses a receiving device for an inductive power transmission system having the features of claim 1, an inductive power transmission system having the features of claim 9 and a charging device for an electrical energy storage with the
  • a receiving device for an inductive power transmission system a receiving device for an inductive power transmission system.
  • Receiving device comprises a secondary coil and a
  • the secondary coil is designed with a
  • the shielding device comprises at least two electrically conductive shielding elements.
  • the at least two electrically conductive screen elements are arranged electrically isolated from each other.
  • the primary coil is designed to be a
  • This alternating field can couple into the secondary coil. As a result, an electric current can be induced in the secondary coil.
  • the present invention is based on the finding that large-area electrically conductive shielding plates, which shield a receiving coil of an inductive energy transmission system, allow a capacitive coupling of electrical energy. This capacitive coupling leads to an electrical charging of the shield and thus possibly also to charge a housing or vehicle electrically coupled to the shield.
  • the electrical energy coupled in this way can, if necessary, be dissipated via this person when touched by a human.
  • the present invention is therefore based on the idea to take this knowledge into account and provide a shield for the secondary coil of an inductive energy transmission system, which capacitive
  • Couplings minimized or possibly completely eliminated.
  • it is intended to realize the shielding by a plurality of smaller electrically conductive shielding elements and to electrically isolate the individual shielding elements from one another.
  • the shielding device of the receiving device is arranged on one side of the secondary coil, which faces away from the primary coil during an inductive energy transmission.
  • the alternating magnetic field provided by the primary coil can freely couple into the secondary coil.
  • the electrically conductive screen elements are arranged on two opposite sides of the electrically insulating carrier substrate. As a result, an almost complete shielding is made possible by the electrically conductive screen elements.
  • the electrically conductive shielding elements are overlapping but insulated from each other.
  • the electrically conductive shielding elements are arranged in an electrically insulating potting compound.
  • the electrically conductive screen elements and the secondary coil can be arranged in a common potting compound.
  • the electrically conductive member is electrically conductive
  • Shield elements electrically conductive particles.
  • the minimum size of the individual screen elements, which can also be formed, for example, by electrically conductive particles, must be so large that the shield effect is not lost for a shielding of the magnetic fields. For this purpose must be in In each case, sufficiently large eddy currents can still be induced by the shielding magnetic field to the individual screen elements.
  • the area which is formed by the electrically conductive screen elements in their entirety at least as large as an outer dimension of the secondary coil.
  • Total area which is formed by the electrically conductive screen elements corresponding to at least one size, which by a projection of the secondary coil in the direction of the main magnetic field lines on the
  • Shielding device is formed. The through the electrically conductive
  • the surface area formed by the shield elements can in particular also be greater than the corresponding outer dimension of the secondary coil.
  • this shielding can also be used on the primary-side transmitting coil.
  • the shield is expediently mounted on the receiving coil side facing away from the transmitting coil. As a result, only the magnetic field outside the energy transfer can be shielded.
  • Figure 1 a schematic representation of a charging device for an electrical energy storage with an inductive
  • Figure 2-5 schematic representations of shielding for a
  • Receiving device according to possible embodiments.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a charging device for an electrical energy store 4 according to an embodiment.
  • Charging device comprises an electric power transmission system with the primary coil 5 and the secondary coil 2.
  • the primary coil 5 is coupled via a corresponding drive circuit 6 with an electrical energy source 7.
  • the drive circuit 6 can provide an alternating electrical voltage at a predetermined frequency to the primary coil 5.
  • an alternating magnetic field is generated.
  • This magnetic alternating field can couple into the secondary coil 2.
  • an electric current is induced in the secondary coil 2.
  • This electric current can be provided to the rectifier 3.
  • the rectifier 3 converts this electric current into a shape which is suitable for charging the electrical energy store 4.
  • this inductive power transmission system can be used for charging an electrical energy storage in an electric or hybrid vehicle.
  • a traction battery of the electric or hybrid vehicle can be charged without a galvanic connection between the vehicle and a charging station must be made.
  • any other applications for inductive energy transmission are possible.
  • the inductive energy transfer can be used to charge any electrical energy storage.
  • a shielding device 1 is provided on the secondary coil 2.
  • This shielding device 1 is arranged in particular on the side of the secondary coil 2, which faces away from the primary coil 5 during the inductive energy transmission.
  • the shielding device 1 for this purpose comprises a plurality of electrically conductive
  • the individual electrically conductive shielding elements 11 are in this case arranged electrically isolated from each other. That is, there is no electrically conductive connection between the individual electrically conductive shielding elements 11. In this case, the entirety of the electrically conductive shielding elements 11 of the shielding device 1 spans an area which corresponds at least to the area to be shielded behind the secondary coil 2.
  • the term "behind the secondary coil 2" is to be understood in particular the side of the secondary coil 2, which during the inductive
  • Shielding device 1 at least one area to be shielded, which corresponds to an extension d of the secondary coil 2.
  • extension is to be understood in particular as meaning the surface which is formed, for example, by a projection of the secondary coil 2 along an axis A onto the shielding device 1.
  • the axis A runs in this case in particular parallel to the magnetic field lines in the interior of the region of FIG Primary coil 5 and the secondary coil 2.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a shielding device 1 for a receiving device of an inductive power transmission system according to one embodiment. As can be seen here, includes the
  • Shielding device 1 at least two electrically conductive shielding elements 11.
  • the shielding device 1 also more than two Shield elements 11 include.
  • These electrically conductive shielding elements 11 may be arranged, for example, on a carrier element 12.
  • This support member 12 may be formed of an electrically insulating material. In this way, the individual are electrically conductive
  • the electrically conductive shielding elements 11 can be arranged on a carrier substrate 12 made of a plastic or the like.
  • the electrically conductive shielding elements 11 can optionally be covered with a further electrically insulating substance 13.
  • the electrically conductive shielding elements 11 are embedded between the electrically insulating carrier layer 12 and the further electrically insulating protective layer 13.
  • the electrically conductive shielding elements 11 may be made of any electrically conductive substance, in particular an electrically conductive solid.
  • the electrically conductive shielding elements 11 may be formed from a metal, in particular copper or aluminum.
  • shielding elements made of an electrically conductive sheet metal or the like which are arranged on a carrier substrate 12 can be produced as electrically conductive shielding elements 11.
  • any other embodiments for the formation of electrically conductive shielding elements 11 on an electrically insulating Substratl2 possible.
  • the electrically conductive shielding elements 11 generally have an area which is smaller than the area which is to be shielded by the shielding device 1. In this case, an arbitrarily small size can be selected for the size of the individual electrically conductive shielding elements 11, as long as the individual electrically conductive shielding elements can still realize a magnetic shielding effect. For this it is only
  • the individual electrically conductive shielding elements 11 have a dimension in which still a magnetic shielding field can be generated. Appropriately, this can be achieved by induced eddy currents in the individual electrically conductive shielding elements 11.
  • the screen field generated by the eddy current then acts on the magnetic field of the Primary coil 5 and thus shields the area behind the secondary coil 2 from.
  • the individual screen elements 11 can each be arranged at a distance from one another.
  • the electrically conductive shielding elements 11 can be arranged either on that side of the carrier element 12 facing away from the secondary coil 2, or alternatively, the electrically conductive shielding elements 11 can be arranged on the side facing in the direction of the secondary coil 2. The greatest possible shielding effect is achieved if the distances between the individual shielding elements 11 are minimized.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a shielding device 1 according to a further embodiment.
  • the electrically conductive shielding members 11 may also be formed on both sides of the
  • Carrier element 12 may be arranged.
  • the individual shielding elements 11 can be arranged offset on the two sides of the support member 12 against each other.
  • the gaps between the individual electrically conductive shielding elements 11 on one side of the carrier element 12 can be covered by the further shielding elements 11 on the other side of the carrier element 12.
  • the individual electrically conductive shielding elements 11 can be covered by means of a further electrically insulating substance (not shown here).
  • Figure 4 shows a schematic representation of a shielding device 1 according to yet another embodiment.
  • the electrically conductive screen elements 11 may be provided only on one side of the support member 12. Basically, however, is also in this
  • Embodiment a two-sided occupancy of the support member 12 with electrically conductive screen elements 11 possible.
  • the individual screen elements 11 are arranged overlapping. Even with this overlapping arrangement of the individual shielding elements 11, however, the individual electrically conductive shielding elements 11 are electrically insulated from one another arranged. For this purpose, for example, an electrically insulating substance must be provided in the overlapping region between the individual electrically conductive shielding elements 11.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a shielding device 1 according to a further embodiment. This embodiment of the
  • Shielding device 1 differs in particular in that the individual electrically conductive screen elements 11 are not flat
  • Elements, such as metal sheets or the like are formed, but by individual electrically conductive particles.
  • the electrically conductive particles may be metal pieces, electrically conductive granules or the like. If appropriate, individual electrically conductive particles may also touch each other such that an electrical connection exists between individual electrically conductive particles.
  • an electrically conductive screen element 11 is formed by the entirety of the electrically connected particles. In order to form a plurality of electrically conductive shielding elements 11 within the shielding device 1, not all electrically conductive particles may be connected to one another.
  • Areas with the electrically conductive particles should also be chosen to be at least so large that an electrical eddy current can be induced therein. In this way, even with the electrically conductive particles described above, a magnetic shielding can be realized.
  • the electrically conductive particles may for example be embedded in an electrically insulating material.
  • this electrically insulating material may be a potting compound 14.
  • this potting compound a resin mixture, such as epoxy resin,
  • Thermosetting plastics or the like can also be embedded in any other substance, for example silicone or the like.
  • the shielding device 1 may for example be arranged directly on the secondary coil 2. Alternatively, it is also possible that the shielding device 1 is arranged at a predetermined distance from the secondary coil 2.
  • the secondary coil 2 and the electrically conductive shielding elements 11 of the shielding device 1 are embedded in a common, electrically conductive substance. In this way, a particularly compact structure for the shielding of the magnetic fields during the inductive energy transfer can be realized.
  • the present invention relates to a shielding of magnetic fields during inductive energy transfer.
  • it is provided to realize the shielding of the magnetic fields by means of a plurality of electrically conductive screen elements.
  • the individual electrically conductive screen elements are electrically isolated from each other. In this way, a capacitive coupling and thus an electrical charging of the shield during the inductive energy transmission can be minimized.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft eine Abschirmung von Magnetfeldern während einer induktiven Energieübertragung. Hierzu ist eine Sekundärspule (2) vorgesehen, die mit einer Primärspule (5) des induktiven Energieübertragungssystems induktiv koppelbar ist, und über einer Abschirmeinrichtung (1) mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen Schirmelementen (11) verfügt, wobei die elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung für ein induktives Energieübertragungssystem, induktives
Energieübertragungssystem und Ladevorrichtung für einen elektrischen
Energiespeicher
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangs- und Sendevorrichtung für ein induktives Energieübertragungssystem, sowie ein induktives
Energieübertragungssystem und eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher mit einer induktiven Energieübertragung.
Stand der Technik
Die Druckschrift DE 10 2011 010 049 AI offenbart eine Ladevorrichtung und ein Verfahren zum Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs. Die Batterie des Elektrofahrzeugs wird hierbei mittels einer induktiven Energieübertragung von einer Primärspule zu einer Sekundärspule übertragen.
Bei der induktiven Energieübertragung, wie sie zum Beispiel zum Aufladen von Akkumulatoren eingesetzt wird, werden häufig hochfrequente Magnetfelder eingesetzt. Hierdurch kann auf eine Steckverbindung für eine galvanischen Verbindung zwischen einer Ladestation und den Fahrzeug mit dem Akkumulator verzichtet werden. Für die induktive Energieübertragung wird über einen Luftspalt zwischen einer Sekundärspule, welche über eine geeignete Schaltung mit einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie verbunden ist, und einer Primärspule, die mit einer Ladestation elektrisch gekoppelt ist, elektrische Energie nach dem Prinzip eines Transformators übertragen. Zur Abschirmung des magnetischen Feldes bei dieser Energieübertragung kann oberhalb der Sekundärspule eine metallische Schirmung angebracht werden, die das
Metallfeld der induktiven Energieübertragung abschirmt. Hierzu können elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden, die durch ihre Wirbelströme ein
Gegenfeld erzeugen, so dass das zu schirmende Magnetfeld außerhalb des Übertragungsbereiches kompensiert wird. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Empfangsvorrichtung für ein induktives Energieübertragungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein induktives Energieübertragungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Demgemäß ist vorgesehen: Eine Empfangsvorrichtung für ein induktives Energieübertragungssystem. Die
Empfangsvorrichtung umfasst eine Sekundärspule und eine
Abschirmeinrichtung. Die Sekundärspule ist dazu ausgelegt, mit einer
Primärspule des induktiven Energieübertragungssystems induktiv gekoppelt zu werden. Die Abschirmeinrichtung umfasst mindestens zwei elektrisch leitfähige Schirmelemente. Die mindestens zwei elektrisch leitfähigen Schirmelemente sind elektrisch voneinander isoliert angeordnet.
Weiterhin ist vorgesehen: Ein induktives Energieübertragungssystem mit einer Primärspule und einer erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung für das induktive
Energieübertragungssystem. Die Primärspule ist dazu ausgelegt, ein
magnetisches Wechselfeld bereitzustellen. Dieses Wechselfeld kann in die Sekundärspule einkoppeln. Hierdurch kann in der Sekundärspule ein elektrischer Strom induziert werden.
Ferner ist vorgesehen:
Eine Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher mit einer erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung und einem Gleichrichter. Der Gleichrichter ist elektrisch mit der Sekundärspule der Empfangsvorrichtung gekoppelt. Die Sekundärspule ist dazu ausgelegt, eine induzierte elektrische Spannung an dem Gleichrichter bereitzustellen, um so einen Akkumulator mit Energie zu speisen.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass großflächige elektrisch leitfähige Schirmbleche, welche eine Empfangsspule eines induktiven Energieübertragungssystems abschirmen, eine kapazitive Einkopplung elektrischer Energie ermöglichen. Diese kapazitive Einkopplung führt zu einer elektrischen Aufladung der Abschirmung und damit gegebenenfalls auch zur Aufladung eines mit der Abschirmung elektrisch gekoppelten Gehäuses oder Fahrzeuges. Die hierdurch eingekoppelte elektrische Energie kann bei einer Berührung durch einen Menschen gegebenenfalls über diesen Menschen abgeleitet werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Abschirmung für die Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems bereitzustellen, welche kapazitive
Einkopplungen minimiert oder gegebenenfalls vollständig eliminiert. Hierzu ist es vorgesehen, anstelle einer großflächigen elektrisch leitfähigen Abschirmung der Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems die Abschirmung durch mehrere, kleinere elektrisch leitfähige Schirmelemente zu realisieren und die einzelnen Schirmelemente elektrisch gegeneinander zu isolieren.
Durch den Einsatz mehrerer kleinerer Schirmelemente, welche elektrisch gegeneinander isoliert sind, kann eine gute Abschirmung der Magnetfelder während der induktiven Energieübertragung erreicht werden. Darüber hinaus erfolgt in die kleineren, elektrisch gegeneinander isolierten Schirmelemente jedoch eine wesentlich geringere kapazitive Einkopplung. Daher werden die Schirmelemente und somit auch gegebenenfalls das die Anordnung umgebende Gehäuse nicht oder zumindest nur in einem sehr geringen Umfang elektrisch aufgeladen. Auf diese Weise kann eine Gefährdung von Personen, welche das Gehäuse berühren, verhindert werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Abschirmeinrichtung der Empfangsvorrichtung an einer Seite der Sekundärspule angeordnet, welche während einer induktiven Energieübertragung von der Primärspule abgewandt ist. Somit kann das von der Primärspule bereitgestellte magnetische Wechselfeld ungehindert in die Sekundärspule einkoppeln. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung das Magnetfeld außerhalb der
Übertragungsbereiches abgeschirmt. Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Schirmelemente der
Abschirmeinrichtung auf einem elektrisch isolierenden Trägersubstrat
angeordnet. Die Verwendung eines elektrisch isolierenden Trägersubstrats ermöglicht eine sehr flexible Anordnung der elektrischen Schirmelemente in einer Vielzahl von geeigneten Konfigurationen.
Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Schirmelemente auf zwei gegenüberliegenden Seiten des elektrisch isolierenden Trägersubstrats angeordnet. Hierdurch wird eine annähernd lückenlose Abschirmung durch die elektrisch leitfähigen Schirmelemente ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Schirmelemente überlappend, aber gegeneinander isoliert angeordnet. Durch eine überlappende Anordnung der einzelnen Schirmelemente kann die Abschirmung der
Magnetfelder durch die Schirmelemente weiter verbessert werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind die elektrisch leitfähigen Schirmelemente in einer elektrisch isolierenden Vergussmasse angeordnet. Insbesondere können die elektrisch leifähigen Schirmelemente und die Sekundärspule in einer gemeinsamen Vergussmasse angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die elektrisch leitfähigen
Schirmelemente elektrisch leitfähige Partikel. Die Mindestgröße der einzelnen Schirmelemente, welche beispielsweise auch durch elektrisch leitfähige Partikel gebildet werden können, muss für eine Abschirmung der Magnetfelder so groß gewählt werden, dass die Schirmwirkung nicht verloren geht. Hierzu müssen in den einzelnen Schirmelementen jeweils noch ausreichend große Wirbelströme durch das abzuschirmende Magnetfeld induziert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Fläche, welche durch die elektrisch leitfähigen Schirmelemente in ihrer Gesamtheit gebildet wird, mindestens so groß wie eine Außenabmessung der Sekundärspule. Insbesondere sollte die
Gesamtfläche, welche durch die elektrisch leitfähigen Schirmelemente gebildet wird, mindestens einer Größe entsprechen, welche durch eine Projektion der Sekundärspule in Richtung der Hauptmagnetfeldlinien auf die
Abschirmeinrichtung gebildet wird. Die durch die elektrisch leitfähigen
Schirmelemente gebildete Fläche kann dabei insbesondere auch größer sein als die entsprechende Außenabmessung der Sekundärspule.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder
Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
In einer weiteren Ausführung kann diese Schirmung auch auf der primärseitigen Sendespule eingesetzt werden. Dabei ist die Schirmung zweckmäßiger Weise auf der der Empfangsspulen abgewandten Seite der Sendespule angebracht. Hierdurch kann nur das Magnetfeld außerhalb der Energieübertragung abgeschirmt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher mit einem induktiven
Energieübertragungssystem gemäß einer Ausführungsform; und
Figur 2-5: schematische Darstellungen von Abschirmeinrichtungen für eine
Empfangsvorrichtung gemäß möglichen Ausführungsformen.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher 4 gemäß einer Ausführungsform. Die
Ladevorrichtung umfasst ein elektrisches Energieübertragungssystem mit der Primärspule 5 und der Sekundärspule 2. Die Primärspule 5 ist über eine entsprechende Ansteuerschaltung 6 mit einer elektrischen Energiequelle 7 gekoppelt. Zur Energieübertragung 6 kann die Ansteuerschaltung 6 an der Primärspule 5 eine elektrische Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz bereitstellen. Durch den daraus resultierenden elektrischen Strom in der Primärspule 5 wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Dieses magnetische Wechselfeld kann in die Sekundärspule 2 einkoppeln. Hierdurch wird in der Sekundärspule 2 ein elektrischer Strom induziert. Dieser elektrische Strom kann an dem Gleichrichter 3 bereitgestellt werden. Der Gleichrichter 3 konvertiert diesen elektrischen Strom in eine Form, welche dazu geeignet ist, den elektrischen Energiespeicher 4 aufzuladen. Beispielsweise kann dieses induktive Energieübertragungssystem zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendet werden. Hierdurch kann zum Beispiel eine Traktionsbatterie des Elektro- oder Hybridfahrzeugs aufgeladen werden, ohne dass eine galvanische Verbindung zwischen dem Fahrzeug und einer Ladestation hergestellt werden muss. Darüber hinaus sind grundsätzlich jedoch beliebige weitere Anwendungen zur induktiven Energieübertragung möglich. Insbesondere kann die induktive Energieübertragung zum Aufladen eines beliebigen elektrischen Energiespeichers genutzt werden.
Zur Abschirmung des magnetischen Wechselfelds, das durch die Primärspule 5 während der Energieübertragung erzeugt wird, und das in die Sekundärspule 2 einkoppelt, ist an der Sekundärspule 2 eine Abschirmeinrichtung 1 vorgesehen. Diese Abschirmeinrichtung 1 ist insbesondere an der Seite der Sekundärspule 2 angeordnet, die während der induktiven Energieübertragung von der Primärspule 5 abgewandt ist. Durch die Abschirmeinrichtung 1 werden die magnetischen Wechselfelder, welche von der Primärspule 5 generiert werden und die
Sekundärspule 2 durchdringen, abgeschirmt. Insbesondere werden die magnetischen Wechselfelder durch die Abschirmeinrichtung 1 so weit gedämpft, dass auf der Seite der Abschirmeinrichtung 1, die von der Sekundärspule 2 abgewandt ist, keine signifikanten magnetischen Wechselfelder auftreten. Die Abschirmeinrichtung 1 umfasst hierzu mehrere elektrisch leitfähige
Schirmelemente 11. Die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 sind hierbei gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet. Das heißt, zwischen den einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelementen 11 besteht keine elektrisch leitfähige Verbindung. Dabei spannt die Gesamtheit der elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 der Abschirmeinrichtung 1 eine Fläche auf, die mindestens dem abzuschirmenden Bereich hinter der Sekundärspule 2 entspricht. Unter dem Begriff„hinter der Sekundärspule 2" ist dabei insbesondere die Seite der Sekundärspule 2 zu verstehen, welche während der induktiven
Energieübertragung von der Primärspule 5 abgewandt ist. Insbesondere sollte durch die Gesamtheit der elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 der
Abschirmeinrichtung 1 mindestens ein Bereich abgeschirmt werden, welcher eine Ausdehnung d der Sekundärspule 2 entspricht. Dabei ist unter dem Begriff „Ausdehnung" insbesondere die Fläche zu verstehen, welche beispielsweise durch eine Projektion der Sekundärspule 2 entlang einer Achse A auf die Abschirmeinrichtung 1 gebildet wird. Die Achse A verläuft hierbei insbesondere parallel zu den magnetischen Feldlinien im Inneren des Bereichs von der Primärspule 5 und der Sekundärspule 2. Vorzugsweise ist die durch die
Abschirmeinrichtung 1 abgeschirmte Fläche größer als diese
Außenabmessungen entsprechend der Ausdehnung d der Sekundärspule 2.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmeinrichtung 1 für eine Empfangsvorrichtung eines induktiven Energieübertragungssystems gemäß einer Ausführungsform. Wie hier zu erkennen ist, umfasst die
Abschirmeinrichtung 1 mindestens zwei elektrisch leitfähige Schirmelemente 11. Darüber hinaus kann die Abschirmeinrichtung 1 auch mehr als zwei Schirmelemente 11 umfassen. Diese elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 können beispielsweise auf einem Trägerelement 12 angeordnet sein. Dieses Trägerelement 12 kann aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet werden. Auf diese Weise sind die einzelnen elektrisch leitfähigen
Schirmelemente 11 gegeneinander elektrisch isoliert. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 auf einem Trägersubstrat 12 aus einem Kunststoff oder ähnlichem angeordnet werden. Zur weiteren Stabilisation können die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 optional mit einer weiteren elektrisch isolierenden Substanz 13 überdeckt werden. Somit sind die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 zwischen der elektrisch isolierenden Trägerschicht 12 und der weiteren elektrisch isolierenden Schutzschicht 13 eingebettet.
Die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 können dabei aus einer beliebigen elektrisch leitfähigen Substanz, insbesondere einem elektrisch leitfähigen Feststoff, hergestellt sein. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 aus einem Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium gebildet werden. Beispielsweise können als elektrisch leitfähige Schirmelemente 11 Schirmelemente aus einem elektrisch leitfähigen Blech oder ähnlichem hergestellt werden, die auf einem Trägersubstrat 12 angeordnet werden. Darüber hinaus sind jedoch auch beliebige weitere Ausführungsformen zur Ausbildung von elektrisch leitfähigen Schirmelementen 11 auf einer elektrisch isolierenden Trägersubstratl2 möglich.
Die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 weisen in der Regel eine Fläche auf, welche kleiner ist, als die Fläche, welche durch die Abschirmeinrichtung 1 abgeschirmt werden soll. Dabei kann für die Größe der einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 eine beliebig kleine Größe gewählt werden, solange die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente noch eine magnetische Schirmwirkung realisieren können. Hierzu ist es lediglich
erforderlich, dass die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 eine Abmessung besitzen, in der noch ein magnetisches Schirmfeld erzeugt werden kann. Zweckmäßiger Weise kann dies durch induzierte Wirbelströme in den einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelementen 11 erzielt werden. Das vom Wirbelstrom erzeugt Schirmfeld wirkt daraufhin dem Magnetfeld von der Primärspule 5 entgegen und schirmt somit den Bereich hinter der Sekundärspule 2 ab.
Wie in Figur 2 beispielhaft dargestellt ist, können die einzelnen Schirmelemente 11 jeweils beabstandet voneinander angeordnet werden. Dabei können die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 entweder auf derjenigen Seite des Trägerelements 12 angeordnet sein, die von der Sekundärspule 2 weg weist, oder alternativ können die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 auf derjenigen Seite angeordnet sein, die in Richtung der Sekundärspule 2 weist. Eine möglichst große Schirmwirkung wird erreicht, wenn die Abstände zwischen den einzelnen Schirmelement 11 minimiert werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmeinrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Wie in diesem Beispiel dargestellt ist, können die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 auch auf beiden Seiten des
Trägerelements 12 angeordnet sein. Hierbei können insbesondere die einzelnen Schirmelemente 11 auf den beiden Seiten des Trägerelements 12 versetzt gegeneinander angeordnet sein. Auf diese Weise können zum Beispiel die Lücken zwischen den einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelementen 11 auf der einen Seite des Trägerelements 12 durch die weiteren Schirmelemente 11 auf der anderen Seite des Trägerelements 12 überdeckt werden. Somit kann eine vollständige Abschirmung des gesamten Bereichs hinter der Sekundärspule 2 erreicht werden. Auch in diesem Fall können gegebenenfalls die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 mittels einer weiteren elektrisch isolierenden Substanz überdeckt werden (hier nicht dargestellt).
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmeinrichtung 1 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform. In dieser Ausführungsform können beispielsweise die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 nur auf einer Seite des Trägerelements 12 vorgesehen sein. Grundsätzlich ist jedoch auch in dieser
Ausführungsform eine beidseitige Belegung des Trägerelements 12 mit elektrisch leitfähigen Schirmelementen 11 möglich. In diesem Beispiel sind die einzelnen Schirmelemente 11 überlappend angeordnet. Auch bei dieser überlappenden Anordnung der einzelnen Schirmelemente 11 sind die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 jedoch gegeneinander elektrisch isoliert angeordnet. Hierzu muss beispielsweise in dem Überlappungsbereich zwischen den einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelementen 11 eine elektrisch isolierende Substanz vorgesehen sein.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Abschirmeinrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Diese Ausführungsform der
Abschirmeinrichtung 1 unterscheidet sich insbesondere dadurch, dass die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 nicht durch flächige
Elemente, wie zum Beispiel Metallbleche oder ähnliches gebildet werden, sondern durch einzelne elektrisch leitfähige Partikel. Beispielsweise kann es sich bei den elektrisch leitfähigen Teilchen um Metallstückchen, ein elektrisch leitfähiges Granulat oder ähnliches handeln. Hierbei können sich gegebenenfalls auch einzelne elektrisch leitfähige Partikel berühren, so dass zwischen einzelnen elektrisch leitfähigen Partikeln eine elektrische Verbindung besteht. In diesem Fall wird durch die Gesamtheit der miteinander elektrisch verbundenen Partikel ein elektrisch leitfähiges Schirmelement 11 gebildet. Um mehrere elektrisch leitfähige Schirmelemente 11 innerhalb der Abschirmeinrichtung 1 zu bilden, dürfen nicht alle elektrisch leitfähige Partikel miteinander verbunden sein.
Vielmehr sollte innerhalb der Abschirmeinrichtung 1 mindestens zwei,
gegebenenfalls jedoch auch mehrere Bereiche mit elektrisch leitfähigen Partikeln gebildet werden, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die einzelnen
Bereiche mit den elektrisch leitfähigen Partikeln sollten ebenfalls mindestens so groß gewählt werden, dass hierin ein elektrischer Wirbelstrom induziert werden kann. Auf diese Weise kann auch mit den zuvor beschriebenen elektrisch leitfähigen Partikeln eine magnetische Abschirmung realisiert werden.
Die elektrisch leitfähigen Partikel können beispielsweise in einem elektrisch isolierenden Material eingebettet sein. Beispielsweise kann es sich bei diesem elektrisch isolierenden Material um eine Vergussmasse 14 handeln. Zum Beispiel kann diese Vergussmasse ein Harzgemisch, beispielsweise Epoxidharz,
Thermo-/Duroplasten oder ähnliches umfassen. Ferner können die elektrisch leitfähigen Partikel auch in einer beliebigen anderen Substanz, zum Beispiel Silikon oder ähnliches, eingebettet sein. Die Abschirmeinrichtung 1 kann beispielsweise direkt an der Sekundärspule 2 angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Abschirmeinrichtung 1 in einem vorbestimmten Abstand zur Sekundärspule 2 angeordnet ist.
Insbesondere ist es auch möglich, dass die Sekundärspule 2 und die elektrisch leitfähigen Schirmelemente 11 der Abschirmeinrichtung 1 in einer gemeinsamen, elektrisch leitfähigen Substanz eingebettet sind. Auf diese Weise kann ein besonders kompakter Aufbau für die Abschirmung der Magnetfelder während der induktiven Energieübertragung realisiert werden.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Abschirmung von Magnetfeldern während einer induktiven Energieübertragung. Hierzu ist es vorgesehen, die Abschirmung der Magnetfelder mittels mehrerer elektrisch leitfähiger Schirmelemente zu realisieren. Die einzelnen elektrisch leitfähigen Schirmelemente sind dabei elektrisch voneinander isoliert angeordnet. Auf diese Weise kann eine kapazitive Einkopplung und somit ein elektrisches Aufladen der Abschirmung während der induktiven Energieübertragung minimiert werden.

Claims

Ansprüche
1. Empfangsvorrichtung für ein induktives Energieübertragungssystem, mit: einer Sekundärspule (2), die mit einer Primärspule (5) des induktiven Energieübertragungssystems induktiv koppelbar ist; und einer Abschirmeinrichtung (1) mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen Schirmelementen (11), wobei die elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind.
2. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abschirmeinrichtung (1) an einer Seite der Sekundärspule (2) angeordnet ist, die von der
Primärspule (5) abgewandt ist.
3. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrisch
leitfähigen Schirmelemente (11) auf einem elektrisch isolierenden
Trägersubstrat (12) angeordnet sind.
4. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) auf zwei gegenüberliegenden Seiten des elektrisch isolierenden Trägersubstrats (12) angeordnet sind.
5. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die
elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) überlappend angeordnet sind.
6. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) und die Sekundärspule (2) in einer gemeinsamen Vergussmasse angeordnet sind.
7. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) elektrisch leitfähige Partikel umfassen.
8. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die eine durch die elektrisch leitfähigen Schirmelemente (11) gebildete Fläche größer ist, als eine Außenabmessung der Sekundärspule (2).
9. Induktives Energieübertragungssystem, mit: einer Primärspule (5), die dazu ausgelegt ist, ein elektrisches Wechselfeld bereitzustellen; und einer Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Induktives Energieübertragungssystem nach Anspruch 9, einer weiteren Abschirmeinrichtung mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen
Schirmelementen, wobei die elektrisch leitfähigen Schirmelemente elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind.
11. Ladevorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher (4), mit: einem Gleichrichter (3); und einer Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8; wobei die Sekundärspule (2) der Empfangsvorrichtung dazu ausgelegt ist, eine in der Sekundärspule (2) induzierte Spannung an dem Gleichrichter (3) bereitzustellen.
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