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Title:
HOUSING FOR AN ENERGY TRANSMISSION COIL AND THE ELECTRONIC CIRCUITS REQUIRED FOR ENERGY TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154636
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a housing for an energy transmission coil (3) and the electronic circuits required for the energy transmission, comprising a first housing part (1) with metal walls and a second housing part (2) with non-metal walls, which are interconnected, in which: the energy transmission coil (3) is arranged in the second housing part (2), said coil being surrounded by a magnetically highly conductive material on the side thereof oriented towards the first housing part (1), which comprises a recess (11) at least in the middle of the coil; an antenna (8) for contactless communication is arranged in the recess (11), said antenna being connected to a circuit (9) for contactless communication; a printed circuit board (5) is arranged in the first housing part (1), on which at least the circuit for contactless communication (9) and a circuit for controlling the energy transmission coil (3) are embodied; and the printed circuit board (5) extends at least to the recesss (11), the connection of the antenna (8) and the circuit (9) for contactless communication taking place in the region of the recess (11).

Inventors:
PECK, Stefan (Alfons-Auer-Str. 8d, Regensburg, 92053, DE)
KERNER, Nikolaus (Pappelweg 3, Wenzenbach, 93173, DE)
Application Number:
EP2019/051850
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
January 25, 2019
Export Citation:
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Assignee:
CPT GROUP GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
International Classes:
H01F27/02; B60L53/12; H01F27/36; H01F27/40; H01F38/14; H02J50/10
Domestic Patent References:
WO2015142475A12015-09-24
Foreign References:
US20150138031A12015-05-21
DE102011014752A12012-09-13
US6040986A2000-03-21
Attorney, Agent or Firm:
WALDMANN, Alexander (Postfach 22 16 39, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Gehäuse für eine Energieübertragungsspule (3) und die zur Energieübertragung erforderlichen elektronischen Schaltungen mit einem ersten Gehäuseteil (1) mit metallischen Wänden und mit einem zweiten Gehäuseteil (2) mit nicht-metallischen Wänden, die miteinander verbunden sind,

wobei in dem zweiten Gehäuseteil (2) die Energieübertra gungsspule (3) angeordnet ist, die auf ihren zum ersten Ge häuseteil (1) hin orientierten Seiten von einem magnetisch gut leitenden Material umgeben ist, das zumindest in der Spulenmitte eine Aussparung (11) aufweist,

wobei in der Aussparung (11) eine Antenne (8) zur kontaktlosen Kommunikation angeordnet ist, die mit einer Schaltung (9) zur kontaktlosen Kommunikation verbunden ist,

wobei in dem ersten Gehäuseteil (1) eine Leiterplatte (5) angeordnet ist, auf der zumindest die Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation (9) und eine Schaltung zur Ansteuerung der Energieübertragungsspule (3) ausgebildet sind, wobei sich die Leiterplatte (5) zumindest bis zur Aussparung (11) erstreckt und die Verbindung der Antenne (8) und der Schaltung (9) zur kontaktlosen Kommunikation im Bereich der Aussparung (11) erfolgt .

2. Gehäuse nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung der Schaltung (9) zur kontaktlosen Kommunikation mit der Antenne (8) zur kontaktlosen Kommunikation eine Drahtverbindung (10) ist.

3. Gehäuse nach Anspruch 1, bei dem die Schaltung (9) zur kontaktlosen Kommunikation auf einer Hilfsleiterplatte aus gebildet ist, die senkrecht zur Leiterplatte (5) auf dieser und in der Aussparung (11) angeordnet ist.

4. Gehäuse nach Anspruch 3, bei dem die Hilfsleiterplatte (5A) über einen flexiblen Bereich (5B) mit der Leiterplatte (5) verbunden ist.

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem auch die Antenne (8) zur kontaktlosen Kommunikation auf der Hilfs leiterplatte (20; 5A) angeordnet ist. 6. Gehäuse nach Anspruch 5, bei dem die Schaltung und die Antenne zur kontaktlosen Kommunikation in einem Modul (21) ausgebildet sind .

7. Gehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Drahtverbindung (10) oder die Hilfsleiterplatte (20; 5A) und die Verbindung (7) der Energieübertragungsspule (3) zur Schaltung zur Ansteuerung der Energieübertragungsspule durch eine Öffnung (22) der Verbindungswand zwischen dem erstem (1) und dem zweitem Gehäuseteil (2) geführt sind.

Description:
Beschreibung

Gehäuse für eine Energieübertragungsspule und die zur Ener gieübertragung erforderlichen elektronischen Schaltungen

Zum Laden von Energiespeichern zum Betrieb elektrischer Geräte und Maschinen, insbesondere von Elektromotoren für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, ist die Energieübertragung von einer Energiequelle wie beispielsweise dem Wechselspannungsnetz oder einer Solaranlage und dem Energiespeicher im Kraftfahrzeug durch induktive Kopplung zweier Spulen möglich, was im Prinzip einer transformatorischen Energieübertragung entspricht.

Wie in der WO 2015/142475 Al vorgeschlagen ist, ist hierfür außerhalb des Fahrzeugs eine Primärspule, die über eine geeignete Elektronik mit einer oder auch mehreren Energiequellen verbunden ist, im oder ggf. beweglich auf dem Boden eines Fahrzeug stellplatzes verlegt, während eine Sekundärspule und die da zugehörigen Schaltungen zur Umwandlung der Wechsel- in eine Gleichspannung verbaut sind. Schaltungen zur Regelung der Energieübertragung können sowohl im Fahrzeug als auch in einer externen Anordnung - häufig als „wall box" bezeichnet - un tergebracht sein.

Häufig ist auch eine Kommunikationseinrichtung zur Kommunikation zwischen den Schaltungen im Fahrzeug mit den Schaltungen au ßerhalb des Fahrzeugs - beispielsweise mit der „wall box" oder der Bodenplatte - vorgesehen, wobei hier oft eine drahtlose Kommunikation beispielsweise über Wifi gewünscht ist.

Dabei ist es von Vorteil, wenn alle Komponenten im Fahrzeug in einem Gehäuse verbaut sind, wobei jedoch das Problem der Be einflussung der Antenne für drahtlose Kommunikation durch das starke elektromagnetische Wechselfeld zwischen der Primär- und der Sekundärspule insbesondere dessen Streufeld besteht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse anzugeben, bei dem dieses Problem zumindest stark gemildert ist. Die Aufgabe wird durch ein Gehäuse für eine Energieübertra gungsspule und die zur Energieübertragung erforderlichen elektronischen Schaltungen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach ist ein Gehäuse für eine Energieübertragungsspule und die zur Energieübertragung erforderlichen elektronischen Schal tungen mit einem ersten Gehäuseteil mit metallischen Wänden und mit einem zweiten Gehäuseteil mit nicht-metallischen Wänden, die miteinander verbunden sind, gebildet, wobei in dem zweiten Gehäuseteil eine Spule angeordnet ist, die auf ihren zum ersten Gehäuseteil hin orientierten Seiten von einem magnetisch gut leitenden Material umgeben ist, das zumindest in der Spulenmitte eine Aussparung aufweist, wobei in der Aussparung eine Antenne zur kontaktlosen Kommunikation angeordnet ist, die mit einer Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation verbunden ist, wobei in dem ersten Gehäuseteil eine Leiterplatte angeordnet ist, auf der zumindest die Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation und eine Schaltung zur Ansteuerung der Energieübertragungsspule aus gebildet sind, wobei sich die Leiterplatte zumindest bis zur Aussparung erstreckt und die Verbindung der Antenne und der Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation im Bereich der Aus sparung erfolgt.

Durch die Einbettung der Spule in ein Material mit guter magnetischer Leitfähigkeit, also hoher Permeabilität, bei spielsweise ein Ferrit, das in der Spulenmitte eine Aussparung hat, konzentriert sich das magnetische Wechselfeld vor allem in dem hochpermeablen Material, wodurch im Bereich der Aussparung das elektromagnetische Feld entsprechend schwach ist, so dass dort in erfindungsgemäßer Weise eine Antenne zur kontaktlosen Kommunikation angeordnet werden kann, ohne dass die Kommuni kation gestört oder die Antenne beschädigt werden kann.

Durch die Anordnung der Leiterplatte, auf der die elektrischen und elektronischen Schaltungen zum Betreiben des Energie transfers und zur kontaktlosen Kommunikation ausgebildet sind, im Bereich der Aussparung, kann eine Verbindung zwischen der Antenne und der Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation ebenfalls im Bereich der feldarmen Aussparung geschaffen werden, so dass keine Beschädigung der Verbindungsleitungen zu besorgen ist .

In einer Ausbildung des erfindungsgemäßen Gehäuses ist die Verbindung der Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation mit der Antenne zur kontaktlosen Kommunikation eine Drahtverbindung.

Dies stellt die einfachste und kostengünstigste Verbindung dar, die aufgrund der erfindungsgemäßen Verlegung der Drähte jedoch nicht zu deren Beschädigung führen kann.

In einer anderen vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Gehäuses ist die Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation auf einer Hilfsleiterplatte ausgebildet, die senkrecht zur Lei terplatte auf dieser und in der Aussparung angeordnet ist.

Dies ermöglicht eine einfache Vorfertigung der Leiterplatte, bei der die Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation ebenfalls in einem nahezu feldfreien Bereich untergebracht ist.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Hilfsleiterplatte über einen flexiblen Bereich mit der Leiterplatte verbunden.

Dadurch kann durch einfaches Verschwenken um den flexiblen Bereich, der auch die Verbindungsleitungen enthält, die

Hilfsleiterplatte in der Aussparung angeordnet werden.

In einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gehäuses ist auch die Antenne zur kontaktlosen Kommunikation auf der Hilfsleiterplatte angeordnet und insbesondere zusammen mit der Schaltung zur kontaktlosen Kommunikation in einem Modul aus gebildet .

Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage. In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Drahtverbindung oder die Hilfsleiterplatte und die Verbin dungsleitungen der Energieübertragungsspule zur Schaltung zur Ansteuerung der Energieübertragungsspule durch eine Öffnung der Verbindungswand zwischen dem erstem und dem zweitem Gehäuseteil geführt .

Dies ist in vorteilhafter Weise eine metallische Wand.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Gehäuses mit einer Energieübertragungsspule, einer Antenne zur kontaktlosen Kommunikation sowie den hierfür nötigen Schaltungen auf einer Leiterplatte,

Fig. 2 eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäßen Ge häuses mit einer Energieübertragungsspule, einer Antenne zur kontaktlosen Kommunikation sowie den hierfür nötigen Schaltungen auf einer Leiterplatte,

Fig. 3 eine dritte Ausführung eines erfindungsgemäßen Ge häuses mit einer Energieübertragungsspule, einer Antenne zur kontaktlosen Kommunikation sowie den hierfür nötigen Schaltungen auf einer Leiterplatte,

Fig. 4 eine vierte Ausführung eines erfindungsgemäßen Ge häuses mit einer Energieübertragungsspule, einer Antenne zur kontaktlosen Kommunikation sowie den hierfür nötigen Schaltungen auf einer Leiterplatte.

Im Folgenden werden vier Ausführungsbeispiele eines erfin dungsgemäßen Gehäuses beschrieben, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und daher nicht für jede Figur einzeln beschrieben werden. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse ist gemäß der Figuren mit einem ersten Gehäuseteil 1 gebildet, das aus einem metallischen Material, vorzugsweise Aluminium, gefertigt ist und dazu dient, eine Leiterplatte 5 aufzunehmen, auf der elektrische und elektronische Schaltungen ausgebildet sind, wobei lediglich in der Figur 1 eine Schaltung für eine drahtlose Kommunikation 9 angedeutet ist. Des Weiteren sind auf der Leiterplatte 5 nicht dargestellte Schaltungen zur Ansteuerung einer Spule 3 vor gesehen, beispielsweise Gleichrichter, Spannungswandler, Regler etc., wobei Verbindungsleitungen 7 nur schematisch bis zur Leiterplatte 5 dargestellt sind. Zur Verbindung der auf der Leiterplatte 5 ausgebildeten Schaltungen ist ein Stecker 6 im ersten Gehäuseteil 1 angeordnet, über den eine drahtgebundene Kommunikation mit den Schaltungen auf der Leiterplatte 5 stattfinden kann, jedoch auch eine Verbindung mit einem

Energiespeicher, der über die Spule 3 geladen werden soll.

Mit dem ersten Gehäusesteil 1 ist ein zweites Gehäuseteil 2 verbunden, das aus einem nicht metallischen Werkstoff gefertigt ist und in den dargestellten Ausführungsformen den Boden des ersten Gehäuseteils 1 als Deckel nutzt.

Im zweiten Gehäuseteil 2 ist einerseits die Energieübertra gungsspule 3 angeordnet, die einerseits als Sekundärspule für eine induktive Energieübertragung von einem Energieversor gungsnetz zum Energiespeicher in einem Fahrzeug dienen kann, allerdings auch dazu dienen kann, in dem Energiespeicher ge speicherte Energie über die Energieübertragungsspule 3 zu einer damit gekoppelten Primärspule zu übertragen. Je nach Bedarf müssen hierfür entsprechende Schaltungen auf der Leiterplatte 5 vorgesehen sein.

Um das magnetische Feld der Energieübertragungsspule 3 möglichst im Bereich der Spule 3 zu konzentrieren, ist diese in einem Schalenkern 4 aus einem magnetisch gut leitenden Material ausgebildet, wobei dieser Schalenkern 4 diese Spule 3 auf drei Seiten umschließt, jedoch die Seite zur zu koppelnden Primärspule offen lässt. Der Schalenkern 4 weist folglich in der Mitte der Spule eine Ausnehmung 11 auf, in der aufgrund der Konzentration des elektromagnetischen Feldes im Schalenkern 4 das magnetische Feld sehr schwach ist.

Daher kann in dieser Aussparung 11 in erfindungsgemäßer Weise eine Antenne 8 zur kontaktlosen Kommunikation angeordnet werden, da diese nicht im ersten Gehäuseteil 1 untergebracht werden kann, da aufgrund dessen metallischer Wandung keine drahtlose Kom munikation möglich wäre.

Um nun eine Verbindung von der Antenne 8 zur drahtlosen Kom munikation zu einer Schaltung 9 zur drahtlosen Kommunikation, die auf der Leiterplatte 5 ausgebildet ist, hersteilen zu können, ohne dass zu verlegende Drähte 10 im Bereich des Magnetfeldes der Energieübertragungsspule 3 zu liegen kommen, ist die Leiter platte 5 bis in den Bereich der Ausnehmung 11 ausgedehnt, sodass die Drähte 10 vollständig im Bereich der Ausnehmung 11 angeordnet werden können.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind die Verbindungsdrähte 7 von der Energieübertragungsspule 3 zur Leiterplatte 5 bzw. einer darauf vorzusehenden Schaltung zur Ansteuerung der Energie übertragungsspule 3 - beispielsweise ein Gleichrichter oder eine Regelschaltung - durch eine andere Ausnehmung im Boden des ersten Gehäuseteils 1 geführt als die Verbindungsdrähte 10, die die Antenne 8 mit der Schaltung 9 zur drahtlosen Kommunikation verbinden .

In der Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Antenne und die Schaltung zur drahtlosen Kommunikation zu einem Modul 21 zusammengefasst sind, das auf einer Hilfs leiterplatte 20 angeordnet ist, die mit der Leiterplatte 5 verbunden ist und etwa senkrecht auf dieser steht und in die Ausnehmung 1 hineinragt, sodass auch hier die Antenne zur drahtlosen Kommunikation in einem Bereich mit sehr geringer magnetischer Feldstärke zu liegen kommt. Eine besonders vorteilhafte Ausbildung einer solchen Hilfs leiterplatte erfolgt gemäß Fig. 3 durch eine Teilleiterplatte 5A, die über einen flexiblen Bereich 5B mit der Leiterplatte 5 verbunden ist und in einem rechten Winkel mittels des flexiblen Bereiches 5B zur Leiterplatte 5 abgeknickt ist. Der flexible Bereich 5B führt dabei die Verbindungsleitungen, die die Hilfsleiterplatte 5A mit der Leiterplatte 5 elektrisch und signaltechnisch verbinden. In der Fig. 4 ist schließlich eine Ausführung dargestellt, bei der die Verbindungsleitungen 7 von der Energieübertragungsspule 3 zur Ansteuerung der Energieübertragungsspule 3 und die Hilfsleiterplatte 20 durch die gleiche Ausnehmung 22 in der Bodenplatte des ersten Gehäuseteils 1 geführt sind, sodass ggf. die Leiterplatte 5 nur über der Ausnehmung 11 angeordnet ist und sich nicht bis zur Energieübertragungsspule 3 erstrecken muss. Damit kann das erste Gehäuseteil 1 ggf. kleiner ausgeführt werden .