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Title:
VEHICLE COMPONENT ASSEMBLY WITH INDUCTIVE TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/015244
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to allow a simple and reliable energy or data transmission between a body part and an attachment part which is movable relative to the body part. Thus, a vehicle component assembly is provided with a body part (9), an attachment part (10) which can be moved relative to the body part (9), and a transmission device (14, 15) for transmitting energy and/or data from the body part (9) to the attachment part (10). The transmission device (14, 15) has a first and a second coil device for inductively transmitting energy and/or data between the two coil devices. The first coil device (14) is secured in or to the body part (9), and the second coil device (15) is secured in or to the attachment part (10).

Inventors:
WUTTKE GERO (DE)
EGGER ANDREAS (AT)
TURBAN PETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/067530
Publication Date:
January 25, 2018
Filing Date:
July 12, 2017
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (DE)
International Classes:
B60R16/027; B60J1/17
Foreign References:
DE202013104821U12013-11-26
FR2989319A12013-10-18
US20070070951A12007-03-29
DE102004018207A12005-11-10
DE10149331A12003-04-30
DE19832911A12000-02-10
US20020056233A12002-05-16
EP2760108A12014-07-30
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Fahrzeugkomponentenanordnung mit

- einem Karosserieteil (9),

- einem Anbauteil (10), das gegenüber dem Karosserieteil (9) beweglich ist, und

- einer Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Energie und/oder Daten von dem Karosserieteil zu dem Anbauteil oder umgekehrt,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass

- die Übertragungseinrichtung eine erste und eine zweite

Spuleneinrichtung zur induktiven Übertragung von Energie und/oder Daten zwischen beiden Spuleneinrichtungen aufweist,

- die erste Spuleneinrichtung (14) in oder an dem Karosserieteil (9) befestigt ist und

- die zweite Spuleneinrichtung (15) in oder an dem Anbauteil (10) befestigt ist.

2. Fahrzeugkomponentenanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste oder zweite Spuleneinrichtung (14, 15) eine Nachführeinheit, insbesondere einen Hebel mit Feder, eine Führungskulisse oder eine Motorik, aufweist, an deren distalem Ende eine Spule der jeweiligen Spuleneinrichtung (14) angeordnet ist, die durch die Nachführeinheit an der anderen der beiden Spuleneinrichtungen (15) gehalten oder gegen sie gedrückt wird.

3. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Spuleneinrichtung (14, 15) jeweils mehrere einzelne Spulen (1) in Richtung der Bewegbarkeit des Anbauteils (10) gegenüber dem Karosserieteil (9) unmittelbar nebeneinander aufweist.

4. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die zweite Spuleneinrichtung (14, 15) jeweils mehrere einzelne Spulen (1) sich in Richtung der Bewegbarkeit des Anbauteils (10) gegenüber dem Karosserieteil (9) überlappend aufweist.

5. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste oder die zweite Spuleneinrichtung (14, 15) jeweils mehrere einzelne Spulen (1) aufweist, wovon jede Spule jeweils einem separaten Schwingkreis (LI bis Ln; C) und Gleichrichter zugeordnet ist.

6. Fahrzeugkomponentenanordnung nach Anspruch 5, wobei die Ausgänge aller Gleichrichter parallel zusammengeschaltet sind. 7. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste oder die zweite Spuleneinrichtung (14, 15) eine einzige Spule (1) aufweist, die einem Serienschwingkreis zugeordnet ist, und ein MOSFET-Steuerelement (M) für einen Brückengleichrichter und zur Spannungsregelung oder Leis- tungsregelung eingesetzt ist.

8. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste oder die zweite Spuleneinrichtung (14, 15) mehrere Spulen (1) aufweist, aber zu jedem Zeitpunkt immer nur genau eine der Spulen für die induktive Übertragung in Betrieb ist .

9. Fahrzeugkomponentenanordnung nach Anspruch 8, wobei nur diejenige der Spulen (1) in Betrieb ist, die den größten Koppelfaktor mit einer Spule (1) der anderen Spuleneinrichtung besitzt .

10. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anbauteil (10) eine Glasscheibe 4, 5) umfasst.

11. Fahrzeugkomponentenanordnung nach Anspruch 10, wobei die Glasscheibe (4, 5) eine aktive, durch die übertragene Energie oder die übertragenen Daten steuerbare Folie (7) aufweist.

12. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Anbauteil (10) ein Rollo, ein Schiebedach, ein Fahrzeugsitz, eine Fahrzeugtür oder eine Fahrzeugklappe ist.

13. Fahrzeugkomponentenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei der Hebel (11) zwei Drehgelenke (13) aufweist, nämlich eines an der jeweiligen Spuleneinrichtung und eines an dem Karosserieteil (9) oder Anbauteil (10).

Description:
Beschreibung

Fahrzeugkomponentenanordnung mit induktiver Übertragung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkomponen ¬ tenanordnung mit einem Karosserieteil, einem Anbauteil, das gegenüber dem Karosserieteil beweglich ist, und einer Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Energie und/oder Daten von dem Karosserieteil zu dem Anbauteil oder umgekehrt.

Ein Fahrzeug besitzt abgesehen von Antriebskomponenten in der Regel eine Vielzahl an Fahrzeugkomponenten, die zueinander beweglich sind und Energie bzw. Daten benötigen. Typische bewegliche Fahrzeugkomponenten sind Türen, Klappen, Sitze, Rollos, Dächer, aber auch Glasscheiben und dergleichen . So können beispielsweise die Seitenscheiben des Fahrzeugs, die zum Schließen und Öffnen auf- bzw. abbewegbar sind, zum Abdunkeln oder zum Anzeigen von Informationen mit Energie bzw. Daten zu versorgen sein.

Ein Fahrzeug besitzt neben dem Fahrgestell und dem Antrieb eine Karosserie, die den sogenannten „Aufbau" des Fahrzeugs dar ¬ stellt. Teile dieser Karosserie (nachfolgend auch Karosse ¬ rieteile genannt) sind in der Regel starr am Fahrzeug verbaut. Daran befestigte bewegliche Teile werden als Anbauteile be ¬ zeichnet. Im speziellen Fall einer bewegbaren Glasscheibe an einer Tür kann auch die Tür als Karosserieteil und die Glasscheibe als Anbauteil gesehen werden. Die Energieübertragung in sogenannte „intelligente Gläser" (Smart Glass) , in die eine elektrisch betriebene Funktion integriert ist (z. B. Schiebedächer, Seitenscheiben mit schaltbaren Tönungsfolien) , findet derzeit leitungsgebunden über sogenannte Schleppkabel statt. Diese ermöglichen die Energieübertragung in jedweder Position z. B. des Schiebedachs gegenüber der Fahrzeugkarosserie. Aufgrund der Bewegung des elektrisch versorgten Anbauteils gegenüber dem Karosserieteil kommt es nicht selten zu einem Leitungsbruch am Übergang zu dem Anbauteil (z. B. der Scheibe) durch Verschleiß. Mechanische Zugentlastungen des Kabels auf Seiten der Scheibe sind in der Regel aufwendig und problematisch. Außerdem ist ein entsprechender Bauraum für die Bewegung des Schleppkabels während des Betriebs vorzusehen. Zum Teil entsteht ein beträchtliches Gefährdungspotenzial durch Hochvolt-Technik für schaltbare Tönungsfolien, falls es zu einer Beschädigung der Kabelisolierung kommt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine weniger komplexe Energie- und Datenübertragung zwischen beweglichen Fahrzeugkomponenten zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Fahrzeugkompo ¬ nentenanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach eine

Fahrzeugkomponentenanordnung mit einem Karosserieteil und einem Anbauteil, das gegenüber dem Karosserieteil beweglich ist, bereitgestellt. Das Karosserieteil ist üblicherweise fest mit dem Fahrgestell verbunden und das Anbauteil ist beweglich an dem Karosserieteil gelagert. Um nun elektrische Energie und/oder Daten auf das Anbauteil übertragen zu können (oder umgekehrt) ist eine Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Energie und/oder Daten von dem Karosserieteil zu dem Anbauteil bzw. umgekehrt vorgesehen. Die Übertragung von Energie bzw. Daten soll hier induktiv erfolgen. Daher besitzt die Übertragungseinrichtung eine erste und eine zweite Spuleneinrichtung zur induktiven Übertragung von Energie und/oder Daten zwischen beiden Spuleneinrichtungen. Die erste Spuleneinrichtung ist fest in oder an dem Karosserieteil angeordnet bzw. darum befestigt und die zweite Spuleneinrichtung fest in oder an dem Anbauteil bzw. dort befestigt. Damit sind die beiden Spuleneinrichtungen gegeneinander verschiebbar und trotzdem ist eine elektrische Kopplung gewährleistet. Die erste oder zweite Spuleneinrichtung kann eine Nachführeinheit, insbesondere einen Hebel mit Feder, eine Füh ¬ rungskulisse oder eine Motorik, aufweisen, an deren distalem Ende eine Spule der jeweiligen Spuleneinrichtung angeordnet ist, die durch die Nachführeinheit an der anderen der beiden Spuleneinrichtungen gehalten oder gegen sie gedrückt wird. In einer Variante weist die Nachführeinheit einen auslenkbaren Hebel auf, an dessen distalem Ende eine Spule der jeweiligen Spulenein- richtung angeordnet ist, die durch Federkraft an die andere der beiden Spuleneinrichtungen gedrückt wird. Damit können die Spulen der beiden Spuleneinrichtungen möglichst nahe aneinander angeordnet bleiben, auch wenn sich die Spulen relativ zueinander bewegen. Durch den Hebel kann diese Nähe auch dann gewährleistet werden, wenn sich die Spulen nicht nur senkrecht zu ihren

Spulenachsen gegenüber einander bewegen, sondern zumindest in einer Bewegungskomponente auch parallel zu ihren Spulenachsen. Anstelle der Feder kann auch ein Stellmotor den Hebel entsprechend nachführen. Alternativ kann die Nachführeinheit auch eine passive Führungskulisse aufweisen, mit der die eine

Spuleneinrichtung entlang der anderen Spuleneinrichtung geführt werden kann.

Bei der Ausgestaltung der Fahrzeugkomponentenanordnung mit dem Hebel ist es besonders günstig, wenn dieser Hebel zwei Dreh ¬ gelenke aufweist, nämlich eines an der jeweiligen Spuleneinrichtung und eines an dem Karosserieteil oder Anbauteil. Dadurch können die Spulen der beiden Spuleneinrichtungen zumindest bei zwei Bewegungsfreiheitsgraden plan aufeinander gehalten werden.

In einer Ausführungsvariante weist die erste und/oder die zweite Spuleneinrichtung jeweils mehrere einzelne Spulen in Richtung der Bewegbarkeit des Anbauteils gegenüber dem Karosserieteil unmittelbar nebeneinander auf. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine einlagige Anordnung an Spulen realisieren.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Spuleneinrichtung jeweils mehrere einzelne Spulen sich in Richtung der Bewegbarkeit des Anbauteils gegenüber dem Ka ¬ rosserieteil überlappend aufweist. Eine derartige überlappende Anordnung an Spulen lässt sich durch einen mehrlagigen Aufbau ermöglichen. Die Überlappungen haben den Vorteil, dass der Kopplungsfaktor in Verschieberichtung nicht so stark schwankt wie bei rein nebeneinander angeordneten Spulen.

In einer speziellen Ausgestaltung weist die erste oder die zweite Spuleneinrichtung jeweils mehrere einzelne Spulen auf, wovon jede Spule jeweils einem separaten Schwingkreis und Gleich ¬ richter zugeordnet ist. Eine derart getrennte Auswertung der Spulen hat den Vorteil, dass diese vollkommen unabhängig voneinander ausgewertet werden können. Bei einer Weiterentwicklung werden die Ausgänge aller

Gleichrichter parallel zusammengeschaltet. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Spulen zwar separat ausgewertet werden, aber anschließend eine gemeinsame Weiterverarbeitung erfolgen kann. In einer alternativen Ausführungsform weist die erste oder die zweite Spuleneinrichtung eine einzige Spule auf, die einem Serienschwingkreis zugeordnet ist, und ein MOSFET-Steuerelement ist für einen Brückengleichrichter und zur Spannungsregelung oder Leistungsregelung eingesetzt. Auf diese Weise ist eine einfache Auswerteschaltung erreichbar und das

MOSFET-Steuerelement besitzt eine mehrfache Funktionalität hinsichtlich Gleichrichtung und Regelung.

Bei den alternativen Ausführungsformen, wenn die ersten oder die zweiten Spuleneinrichtungen mehrere Spulen aufweisen, ist zu jedem Zeitpunkt immer nur genau eine der Spulen für die induktive Übertragung in Betrieb. Vorzugsweise handelt es sich bei dieser genau einen Spule um diejenige, die den größten Koppelfaktor mit einer Spule der anderen Spuleneinrichtung besitzt. Damit kann stets mit einem hohen Übertragungswirkungsgrad und einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis gearbeitet werden. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Fahrzeugkomponentenanordnung umfasst das Anbauteil eine Glasscheibe. Dabei kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes „Smart Glass" bzw. eine intelligente Glasscheibe handeln. Diese besitzt eine aktive Folie, die durch die übertragene Energie oder die übertragenen Daten gesteuert werden kann. Insbesondere kann so beispielsweise mit der von dem Karosserieteil zu der Glasscheibe übertragenen Energie die Transmissivität dieser Glasscheibe bzw. Folie verändert werden.

Bei alternativen Ausgestaltungen der Fahrzeugkomponentenanordnung ist das Anbauteil ein Rollo, ein Schiebedach, ein Fahrzeugsitz, eine Fahrzeugtür oder eine Fahrzeugklappe. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Vielmehr kann auch auf andere Anbauteile, die sich gegenüber der Karosserie bzw. einem Ka ¬ rosserieteil des Fahrzeugs bewegen, Energie und Daten ent ¬ sprechend der vorliegenden Erfindung induktiv übertragen werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

Fig. 1 ein einlagiges Spulenfeld mit nebeneinanderliegenden

Spulen;

Fig. 2 ein zweilagiges Spulenfeld mit sich teilweise

überlappenden Spulen;

Fig. 3 eine Anordnung eines Empfängers zwischen den Gläsern einer Scheibe;

Fig. 4 eine Anordnung des Empfängers auf der Oberfläche eines der Gläser der Scheibe;

Fig. 5 ein Karosserieteil mit Hebel zum induktiven Abgreifen eines Anbauteils;

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Energiesenders mit zwei

Senderspulen; Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Energieempfängers mit Empfängerspulenfeld;

Fig. 8 einen Koppelfaktor in Abhängigkeit von der Position einer einzelnen Sendespule zu drei Empfangsspulen;

Fig. 9 eine Anordnung mit zwei halbüberlappenden Sendespulen und drei nebeneinanderliegenden Empfangsspulen;

Fig. 10 einen Koppelfaktor in Abhängigkeit von der Position der zwei halbüberlappenden Sendespulen zu drei Empfangsspulen von Fig. 9; und Fig. 11 eine übertragene Leistung in einer Anordnung mit zwei halbüberlappenden Sendespulen nach Fig. 9 abhängig von der Position x.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen Merkmale nicht nur in den geschilderten Merkmalskombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Merkmalskombinationen realisiert werden können.

Es wird eine komfortable Energieübertragung zwischen zueinander beweglichen Bauteilen in der Kraftfahrzeugtechnik bereitgestellt. Bei diesen beweglichen Bauteilen handelt es sich einerseits um ein Karosserieteil und andererseits um ein daran beweglich gelagertes Anbauteil. Beispielsweise kann ein fester Karosserierahmen als Karosserieteil und die Fahrzeugtür als bewegliches Anbauteil gesehen werden. Auch kann beispielsweise das Fahrzeugkarosserieteil der Fahrzeugboden sein, und ein Fahrzeugsitz, der sich relativ zu dem Fahrzeugboden verschieben lässt, wird als Anbauteil verstanden. Ähnliches gilt für Rollos, Schiebedächer und dergleichen. Im weitesten Sinne kann aber auch beispielsweise eine Fahrzeugtür als Karosserieteil gesehen werden. In dem Fall wäre die Glasscheibe wiederum das Anbauteil, welches sich gegenüber der Tür bewegen lässt. Im Folgenden werden Karosserieteile und Anbauteile auch zusammengefasst als

Fahrzeugkomponenten bezeichnet. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt eine Energieübertragung von einem Sender, der an einer ersten Fahrzeugkomponente befestigt ist, zu einem Empfänger, der an einer zweiten Fahrzeugkomponente befestigt ist. Insbesondere erfolgt diese Energieübertragung induktiv. Demnach kommt eine berührungslose Übertragung von einem Karosserieteil zu einem Anbauteil oder von einem Anbauteil zu einem Karosserieteil zustande.

Der Sender beispielsweise an der ersten Fahrzeugkomponente kann entweder unbeweglich mit dieser verbunden sein oder über eine Nachführeinheit, z.B. mit einem auslenkbaren Hebel, beweglich. Ebenso kann der Empfänger an der zweiten Fahrzeugkomponente entweder unbeweglich oder über eine Nachführeinheit, z.B. auch mit einem auslenkbaren Hebel, beweglich mit dieser gekoppelt sein. Im Fall des Hebels (im Zusammenhang mit Fig. 5 näher erläutert) kann dieser durch z.B. eine Feder den Sender oder den Empfänger gegen die Oberfläche der jeweils anderen Fahrzeug ¬ komponente drücken. Dadurch kann die zweite Fahrzeugkomponente gegenüber der ersten Fahrzeugkomponente eine Bewegung in mindestens einer Richtung ausführen, währenddessen die Ener- gieübertragung ohne Unterbrechung gleichförmig stattfindet.

Die Übertragung der Energie erfolgt durch induktive Kopplung, indem das von der Sendespule erzeugte magnetische Wechselfeld zur Empfängerspule gekoppelt wird. Das zum Übertragen der Energie verwendete Medium kann dann ebenso zum Informationsaustausch zwischen Sender und Empfänger genutzt werden, beispielsweise in der Form, dass bei Datenübertragung vom Sender zum Empfänger eine Amplitudenmodulation der vom Sender erzeugten Trägerwelle angewandt wird, und bei Datenübertragung vom Empfänger zum Sender der Empfänger auf die vom Sender erzeugte Trägerwelle eine

Lastmodulation anwendet. Der Modulation auf der einen Seite steht eine Demodulation auf der anderen Seite gegenüber, um Dateninhalte zurückzugewinnen. Auf Seiten des Empfängers kann zwar prinzipiell eine einzelne Spule verwendet werden, aber eine Vielzahl an Spulen ist vorteilhaft, wenn ein größerer Bewegungsbereich zwischen den Fahrzeugkomponenten gewünscht ist. So kann beispielsweise gemäß Fig. 1 eine Vielzahl von Spulen 1 als einlagiges Feld mit nebeneinander angrenzenden Spulen 1 gebildet werden. Alternativ hierzu kann auch die Vielzahl von Spulen 1 als mehrlagiges Feld gemäß Fig. 2 mit sich überlappenden Spulen 1 realisiert werden. In beiden Fällen sind die Spulen entlang der Bewegungsrichtung angeordnet. Falls diese Spulenanordnung die Sekundärseite bzw. den Empfänger darstellt, kann die Primärseite bzw. der Sender als Einzelspule oder als einige wenige überlappende Spulen aus ¬ geführt werden. Dadurch kann eine stets ausreichend gute magnetische Kopplung bzw. Energieübertragung für jede Position erreicht werden.

Die Spulen 1 können als diskrete Spulen oder als Leiterplat ¬ ten-Spulen ausgelegt werden. Gegebenenfalls wird die Dimen- sionierung der Spulengeometrien in Abhängigkeit von dem zur

Verfügung stehenden Bauraum optimiert. So können beispielsweise sowohl senderseitig als auch empfängerseitig Rechteckspulen unmittelbar aneinandergrenzend oder überlappend angeordnet werden .

Optional kann in einem Ausführungsbeispiel eine Ferritfolie oder eine Ferritplatte hinter der bzw. den Empfangsspulen zur Erhöhung des Koppelfaktors Anwendung finden. Für den Fall, dass Lei ¬ terplatten-Spulen eingesetzt werden, kann die Ferritfolie auf der Leiterplatte aufgeklebt werden, wobei an den Stellen etwaiger auf der Leiterplatte angebrachter Bauteile die Ferritfolie ausgespart wird.

Besitzt der Empfänger eine Vielzahl von Empfangsspulen, so kann für jede der Empfangsspulen jeweils ein Serienschwingkreis und ein Gleichrichter vorgesehen sein (vgl. Fig. 7) . Darüber hinaus können die Gleichrichterausgänge für die Vielzahl von Emp- fangsspulen auf eine gemeinsame Schiene parallel zusammenge ¬ schaltet werden (vgl. ebenfalls Fig. 7) .

Im Falle einer einzelnen Empfangsspule kann ein Serien- Schwingkreis und ein gesteuerter MOSFET als „intelligenter" Brückengleichrichter angewandt werden. Dabei wird die

MOSFET-Steuerung (Phasenwinkel) zur Spannungs- bzw. Leis ¬ tungsregelung verwendet. Während sich obige Aspekte auf den Empfänger bezogen haben, beziehen sich die folgenden Aspekte auf die Spulen des Senders. So kann beispielsweise senderseitig eine einzelne Senderspule eingesetzt werden. Diese Anwendung ist geeignet für den Einsatz eines Spulenfeldes auf der Empfängerseite. Die Abmessung dieser Einzelspule kann so ausgelegt sein, dass bei Verschiebung der Sendespule relativ zu dem Feld der Empfängerspule der Kop ¬ pelfaktor die geringstmögliche Varianz aufweist.

In einer konkreten Anwendung können zwei oder drei Sendespulen vorgesehen sein, die überlappend angeordnet sind. Um einen größtmöglichen Koppelfaktor zu erreichen, ist der Formfaktor jeder der Sendespulen gleich oder möglichst nahe dem der einzelnen Empfangsspulen des Feldes. Vorzugsweise ist nur immer die eine der zwei oder drei Sendespulen im Betrieb, die den größten Koppelfaktor mit den Empfangsspulen bietet. Bei einer Verschiebung der Sendespulen relativ zu den Empfangsspulen sollte bei einer Verringerung des Koppelfaktors auf die nächste benachbarte Sendespule umgeschaltet werden (vgl. hierzu auch die Ausführungen zu Fig. 6 und Fig. 10) .

Wie bei den Empfangsspulen auch kann eine Vielzahl von Sendespulen als einlagiges Feld mit nebeneinander angrenzenden Spulen (vgl. Fig. 1) gestaltet werden. Diese Anwendung ist bei einer einzelnen Spule auf der Empfängerseite geeignet. Es ist dann vorzugsweise immer nur die eine Sendespule in Betrieb, die den größten Koppelfaktor mit der Empfangsspule bietet. Alternativ kann auch hier eine Anwendung einer Vielzahl von Sendespulen als mehrlagiges Feld mit sich überlappenden Spulen erfolgen (vgl. Fig. 2) . Diese Anwendung wiederum ist bei einer einzelnen Spule auf der Empfängerseite geeignet. Auch hier ist vorzugsweise nur immer die eine Sendespule in Betrieb, die den größten Koppelfaktor mit der Empfangsspule bietet.

Zur Erhöhung des Koppelfaktors kann hinter der bzw. den Sendespulen auch hier eine Ferritfolie oder eine Ferritplatte eingesetzt werden. Bei Anwendung einer Vielzahl von Sendspulen sollte der Auswahl-MOSFET direkt in Spulennähe angeordnet werden, um die Leitungen zu reduzieren, die einen hohen Strom führen müssen. Eine weitere Optimierung kann darin bestehen, dass bei einer Vielzahl von Sendespulen die Steuerelektronik direkt an den Sendespulen angeordnet wird. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist das Anbauteil bzw. die Kraftfahrzeugkomponente, an der ein Energieempfänger be ¬ festigt ist, eine Glasscheibe. Diese Glasscheibe kann zwei laminierte Gläser aufweisen. In einer Variante gemäß Fig. 3 kann der Energieempfänger einschließlich einer Spule 2 bzw. Spu- lenanordnung und einer Elektronik 3 zwischen den zwei Gläsern 4 und 5 angeordnet sein. Für die Erhöhung des Koppelfaktors kann zwischen der Spule 2 und der Elektronik 3 eine Ferritfolie 6 bzw. Ferritplatte angeordnet sein. Zwischen den Gläsern 4 und 5 der Scheibe kann sich außerdem eine aktive Folie 7 befinden, die mittels der Elektronik 3 ansteuerbar ist. Eine oder beide

Glasscheiben 4, 5 können an der Stelle, wo die Empfangsspule 2 der Elektronik 3 sitzt, eine reduzierte Dicke aufweisen, um Platz für diese Komponenten zu schaffen. In diesem Fall können beide Scheiben bis zum Rand durchgezogen und am Rand miteinander verbunden sein, sodass die Elektronik 3 komplett eingeschlossen ist. Etwaige Hohlräume zwischen Gläsern 4, 5 und Elektronik 3 lassen sich mit Vergussmasse ausfüllen. Die Vergussmasse trägt zur Wärmeverteilung und zur mechanischen Stabilität bei. Entsprechend einer alternativen Variante gemäß Fig. 4 erfolgt eine Anordnung des Energieempfängers am Rand einer der beiden Gläser 4, 5, hier des Glases 5. Die (im Fall eines gläsernen Schiebedachs) untenliegende (zum Fahrgastinnenraum zeigende) Scheibe 5 ist dann beispielsweise nicht bis zum Rand durch ¬ gezogen, sondern endet z. B. etwa 30 mm davor, sodass ein Rand mit nur dem einen Glas 4 (der obenliegenden nach außen zeigenden Scheibe) entsteht. Auf diesem Rand sind die Empfangsspule (n) und die Elektronik als ca. 30 mm breiter Streifen untergebracht, sodass die Spulen nach unten (zum Fahrgastinnenraum hin) und die Elektronik 3 nach oben gerichtet sind. Spulen 2 und Elektronik 3 sind vorzugsweise mit einer Vergussmasse 8 überzogen. Die Vergussmasse 8 sorgt für die mechanische Anbindung der Spu- len/Elektronik an die Scheibe und trägt auch zur Verteilung der Wärme bei. Dabei sollte die geometrische Ausgestaltung derart sein, dass möglichst wenig Wärme ins Glas hineingeht.

In einem konkreten Beispiel einer erfindungsgemäßen Fahr- zeugkomponentenanordnung gemäß Fig. 5 ist eine erste Fahrzeugkomponente z. B. Karosserieteil 9, relativ zu einer weiteren Fahrzeugkomponente, z. B. Anbauteil 10, zweidimensional be ¬ weglich. Eine Energieübertragung soll von einem z.B. über einen mit einer Feder 12 belasteten auslenkbaren Hebel 11 mit dem Karosserieteil 9 verbundenen Sender 14 (erste Spuleneinrichtung) zu einem Empfänger 15 (zweite Spuleneinrichtung) erfolgen, der an dem gegenüber dem Karosserieteil 9 in zwei Richtungen X und Y beweglichen Anbauteil 10 angebracht ist. Der Empfänger 15 weist in diesem Beispiel ein einlagiges Feld von nebeneinanderlie- genden Empfangsspulen auf. Der Sender 14 besitzt zwei halbüberlappend angeordnete Senderspulen.

Die Feder 12 drückt den Sender 14 über den Hebel 11 stets in Richtung des Empfängers 15 unabhängig davon, ob das Anbauteil 10 sich gegenüber dem Karosserieteil 9 in horizontaler Richtung X oder in vertikaler Richtung Y verschiebt. Damit sich die Oberfläche des Senders 14 stets parallel an die Oberfläche des Anbauteils 10 anlegt (unabhängig von der durch X und Y definierten Position des Anbauteils 10 gegenüber dem Karosserieteil 9) , ist der Hebel 11 über Drehgelenke 13 sowohl mit der einen Fahrzeugkomponente, nämlich dem Karosserieteil 9, als auch mit dem Sender 14 verbunden. Anstelle der Feder kann zum Nachführen auch ein Elektromotor, d.h. eine entsprechende Motorik, verwendet werden. Der

Elektromotor ggf. mit Getriebe stellt den Winkel des Hebels ein, um den Abstand zwischen Sender 14 und Empfänger 15 vorzugsweise auf einem gleichen Wert zu halten. Dabei kann eines der beiden Drehgelenke aktiv sein (vom Elektromotor bewegt) und das andere passiv. Optional kann auch das zweite Drehgelenk 13 von einem weiteren Elektromotor bewegt werden. Zur Steuerung bzw. Regelung des Hebels 11 kann ein Abstandssensor an dem Sender 14 oder dem Empfänger 15 angeordnet sein. Sein Signal wird von einer

Steuereinrichtung zum Ansteuern des oder der Elektromotoren verwendet .

Anstatt des schwenkbaren Hebels kann die Nachführeinheit auch eine lineare Stellachse mit Drehantrieb und entsprechendem

Getriebe zur Umsetzung in eine Linearbewegung oder einen Linearmotor aufweisen. Beispielsweise kann die lineare Bewegung senkrecht zu dem Karosserieteil 9 erfolgen. Mit einem Drehgelenk 13 (aktiv oder passiv) lässt sich dann wieder der Sender und der Empfänger parallel halten.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann die erste Spuleneinrichtung bzw. der Sender 14 an bzw. entlang der zweiten Spuleneinrichtung bzw. dem Empfänger 15 mittels einer Füh- rungskulisse, die Teil der Nachführeinheit ist, geführt werden. Ein Hebel 11 wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 führt über die zwei Drehgelenke die erste Spuleneinrichtung 14 und die Führungskulisse hält die erste Spuleneinrichtung 14 an der zweiten Spuleneinrichtung 15. Die Führungskulisse kann eine Nut aufweisen, entlang der ein Federelement gleitet.

Im Zusammenhang mit Fig. 6 wird nun ein Energiesender, wie er für die erfindungsgemäße Fahrzeugkomponentenanordnung Verwendung finden kann, näher vorgestellt. Der Energiesender weist bei- spielsweise zwei in Halbleitertechnik ausgeführte Halbbrücken HBl und HB2 auf, die zusammen eine Vollbrücke bilden und die über einen Filter F und einen ebenso z. B. in Halbleitertechnik ausgeführten Auswahlschalter AS (hier zwei Halbleitereinzel- Schalter) einen Serienschwingkreis mit einer Senderspule LI oder L2 und einem Resonanzkondensator C treiben. Die beiden Senderspulen können sich beispielsweise halb überlappen. Zur Erzeugung des energietragenden magnetischen Wechselfeld-Trägers werden die beiden Halbbrücken HB1 und HB2 von einem Mikro- controller uC durch PWM-Signale PWM1 und PWM2 z. B. mit einer festen Frequenz f gesteuert. Über eine Fahrzeugschnittstelle FSS wird der Energiesender mit Betriebsspannung versorgt und kann mit anderen Systemen im Fahrzeug kommunizieren (z. B. CAN oder LIN) .

Der MikroController uC kann die Sendeleistung sowohl über die Betriebsspannung der Halbbrücken HB1 und HB2 als auch über das Tastverhältnis der rechteckförmigen Signale an den Ausgängen PWM1 und PWM2 steuern. Dazu besitzt der Energiesender eine Einstelleinheit EE, mit der die Betriebsspannung der Sender-Treiberstufen vom MikroController uC einstellbar ist. Von der Fahrzeugschnittstelle aus erfolgt eine Spannungsversorgung der Einstelleinheit EE und einer Spannungsversorgungseinheit SV für den MikroController uC und einen Demodulator DM.

Außerdem besteht zwischen der Fahrzeugschnittstelle FSS und dem MikroController uC eine Datenverbindung DV. Der MikroController uC kann darüber hinaus Daten zum Energieempfänger übertragen, indem er beispielsweise eine Amplitudenmodulation auf den Träger anwendet. Dazu kann eine geringe Modulationstiefe benutzt werden. Die Modulation wird durch eine Variation des Tastverhältnisses der Signale an den Ausgängen PWM1 und PWM2 ausgeführt. Als Demodulator DM einer Datenübertragung vom Energieempfänger zurück zum Energiesender kann zum Beispiel ein Synchrondemodulator wie der PCF7991 benutzt werden. Zu diesem Zweck ist sein Demodulatoreingang RX über einen Widerstand R mit dem Serienschwingkreis des Senders (LI oder L2 und C) verbunden. Der Demodulator DM wird von dem MikroController uC mit einem Takt clk von beispielsweise der Frequenz 32*f gespeist. Über eine Steuerleitung können der MikroController uC und der Demodulator DM Steuerdaten ctr und RX-Daten austauschen. Im Zusammenhang mit Fig. 7 wird nun ein Energieempfänger näher dargestellt. Er besitzt ein Empfängerspulenfeld mit n Spulen LI bis Ln, die in einer Ebene nebeneinanderliegend oder in zwei Ebenen überlappend liegend angeordnet sind. Jede Spule LI bis Ln ist Teil eines Serienresonanzschwingkreises mit einem jeweiligen Kondensator C. Für jede Spule gibt es einen Gleichrichter, der entweder ein Brückengleichrichter (wie in Fig. 7 gezeichnet) oder ein Zweiweggleichrichter sein kann. Die Gleichrichterausgänge sind zusammengeführt auf einen Pufferkondensator C_buffer zur Glättung der gewonnenen Gleichspannung. Die Gleichspannung speist zwei Spannungsversorgungen SV1 und SV2. Die erste Spannungsversorgung SV1 versorgt die Hilfsmittel der Energieempfangsvorrichtung (insbesondere den MikroController uC) und die zweite Spannungsversorgung SV2 dient der Anwendung selbst. Der MikroController uC steuert die Versorgung mittels der zweiten Spannungsversorgung SV2 ebenso wie die Anwendung.

Zum Empfang von Daten, die der Energiesender mittels

Amplitudenmodulation des Trägers zum Energieempfänger gemäß Fig. 7 überträgt, verwendet der Energieempfänger zum Beispiel einen aus den Bauteilen Diode Dl, Kondensator Cl, Widerstand Rl und Verstärker VI bestehenden Hüllkurvendemodulator . Dieser verwandelt die Modulation des Energiesenders in ein digitales Muster, das im MikroController uC ausgewertet werden kann.

Zum Senden von Daten zum Energiesender verwendet der Energieempfänger beispielsweise eine Impedanzmodulation, indem er zum Beispiel über einen Halbleiterschalter bzw. Modulator M einen Lastwiderstand R_mod im Takt der Sendedaten TXdata parallel zu den Gleichrichterausgängen schaltet. Die modulierte Impedanz bildet sich auf der Seite des Senders auf dem Trägersignal als Amplituden- und/oder Phasenveränderung ab, die durch den dortigen Demodulator wieder in das Datensignal zurückgewandelt werden kann.

Hinsichtlich der Datenkommunikation kann das gleiche physikalische Medium wie für die Energieübertragung verwendet werden. In einem Beispiel wird als Kommunikationstyp das sogenannte „Halb-Duplex" verwendet. Das Protokoll kann byte-orientiert sein, wobei z. B. ein Synchronisations-Byte, ein Header-Byte, n Daten-Bytes und ein PrüfSummenbyte verwendet wird. Jedes Byte besitzt beispielsweise ein Startbit, acht Datenbits, ein Pa- ritätsbit und ein Stoppbit. Für Redundanzzwecke kann eine

Prüfsumme für jedes Paket und ein Paritätsbit für jedes Byte vorgesehen sein. Dateninhalte können a) eine Regelung der Spannung bzw. Leistung auf der Empfängerseite und b) eine Steuerung und Diagnostizierung der Anwendung sein.

Die Regelung der empfangenen Leistung/Spannung kann notwendig sein, wenn zum Beispiel durch die Bewegung des Empfängers bezogen zum Sender der Koppelfaktor so stark variiert, dass die Versorgungsspannung bzw. -leistung für die Anwendung nicht stabil bleibt. Ebenso kann die Regelung erforderlich sein, wenn die Leistungsaufnahme der Anwendung selbst stark variiert. Ein Beispiel eines Kommunikationskonzepts kann wie folgt gestaltet sein: Der Energieempfänger überträgt periodisch den Energiebedarf zum Energiesender. Das Paket dabei kann beispielsweise vier Bytes bzw. 44 Bits besitzen. Wenn eine Bitrate von 4 kbps verwendet wird, entspricht das einer zeitlichen Länge von t=ll,26 ms für jedes Paket. Der Leistungssender empfängt die periodischen Botschaften und passt die Sendeenergie (Trä ¬ geramplitude) entsprechend an. Die Zykluszeit der periodischen Botschaften beträgt t=20 ms. In den Lücken mit t=8,74 ms hat der Energiesender seinerseits die Gelegenheit, eine Botschaft zum Energieempfänger zu senden. Falls das stattfindet, bemerkt der Energieempfänger den Beginn eines Datenempfangs vom Energiesender und führt solange dieser Empfang stattfindet die pe- riodische Sendung des Energiebedarfs nicht aus.

Eine Energieübertragung während der Bewegung des Energieempfängers bezogen auf den Energiesender wird nun anhand von Fig. 8 dargestellt. Bei einer Ausführung der Energieübertragung mit einer Senderspule und einem Feld aus nebeneinanderliegenden

Empfangsspulen ändert sich der Koppelfaktor zwischen Senderspule und den einzelnen Empfangsspulen, wenn sich die Senderspule bezüglich der Empfangsspulen bewegt, weil sich die Abstände zwischen der Sendespule und den einzelnen Empfangsspulen durch die Bewegung verändert. In Fig. 8 sind die Koppelfaktoren K_L1, K_L2 und K_L3 in Prozent in Abhängigkeit von der Position x einer Sendespule zu drei nebeneinanderliegenden Empfangsspulen LI, L2 und L3 dargestellt. Man erkennt in Fig. 8, dass der Koppelfaktor für die drei Empfangsspulen von der Position x abhängt. Jede Spule hat ein primäres Maximum und zwei sekundäre Maxima beiderseits des primären Maximums mit je einer Nullstelle zwischen dem primären und dem sekundären Maximum. Die sekundären Maxima spielen keine Rolle. Durch die Geometrie der Empfangsspulen und der Sendespule (Lage und die Abmessungen der Empfangsspulen, Abmessung der Sendespule) ergibt sich eine Überlappung der drei Koppelfaktorkurven . Entscheidend für die Energieübertragung ist der jeweils größere verfügbare Koppelfaktor, also die Hüllkurve der drei Koppelfaktoren .

Betrachtet man die Hüllkurve der drei Koppelfaktoren K_L1, K_L2 und K_L3, variiert diese Hüllkurve zwischen 52 % und 24 %. Diese Variation von mehr als Faktor 2 zwischen Minimum und Maximum ist sehr groß. Damit kann es schwierig werden, die notwendige Energie für jede Position x auf die Empfängerseite zu übertragen.

Die Variation des Koppelfaktors bzw. der Hüllkurve kann durch verschiedene Maßnahmen reduziert werden: a) Die einzelne Sendespule gegenüber den einzelnen Empfangs ¬ spulen wird sehr lang gemacht.

b) Die einzelnen Empfangsspulen werden nicht einlagig nebeneinanderliegend angeordnet, sondern zweilagig halbüberlappend. c) Anstelle einer einzelnen Sendespule werden zwei oder mehr teilweise überlappende Senderspulen verwendet.

Die Lösung a) führt zwar zu einer geringeren Varianz des Koppelfaktors , jedoch auch dazu, dass er generell niedriger ist. Daher sind die Lösung b) und c) vorzuziehen. Anhand der Fig. 9 und 10 wird eine Lösung c) mit zwei halbüberlappenden Sendespulen L_Top und L_Bot gezeigt. Über den Sendespulen L_Top und L_Bot befindet sich beispielsweise eine Ferritfolie 6. Der Ener- gieempfänger besitzt beispielsweise drei Empfangsspulen LI, L2 und L3. Darunter befindet sich, vom Sender abgewandt, wiederum eine Ferritfolie 6. Sender und Empfänger sind beispielsweise um den Wert y beabstandet.

Fig. 10 zeigt den Verlauf der Koppelfaktoren von jeder der zwei Senderspulen L_Top und L_Bot zu den drei Empfangsspulen LI, L2 und L3. Entsprechend ergeben sich die Kopplungsfaktoren

K_Ll_Bot, K_Ll_Top, K_L2_Bot, K_L2_Top, K_L3_Bot und K_L3_Top.

Wie Fig. 10 zu entnehmen ist, ist die maximale Varianz der Koppelfaktor-Hüllkurve jetzt nur noch im Bereich von 57 % zu 44 % (mit einer Sendespule reichte sie von 52 % zu 24 %) . Des Weiteren ist erkennbar, dass die Maxima der beiden Senderspulen dif- ferieren. Die L_Bot-Spule hat immer einen größeren Koppelfaktor K als die L_Top-Spule. Dies wird durch den unterschiedlichen Abstand der beiden Senderspulen zu den Empfängerspulen verursacht .

Um den Bereich 44 % bis 57 % tatsächlich abzudecken, ist es erforderlich, dass der Sender stets nur die Sendespule verwendet, die den höheren Koppelfaktor bietet. Dazu verwendet der Sender den vom Empfänger als Datenpaket periodisch übertragenen Energiebedarf (Kommunikation) . Das Datenpaket kann neben dem Energiebedarf eine weitere Information (Information 1) beinhalten, die angibt, ob die Anwendung des Empfängers einen höheren Energiebedarf hat. Ebenso kann der Sender über eine weitere Schnittstelle (Fahrzeugschnittstelle FSS; vgl. Fig. 6) eine zusätzliche Information (Information 2) erhalten, die angibt, ob der Empfänger bezogen auf den Sender bewegt wird.

Die Informationen 1 und 2 ermöglichen es dem Sender, festzustellen, ob ein etwaiger erhöhter Energiebedarf durch die Anwendung allein oder durch die Bewegung des Empfängers oder durch beides verursacht wird. Wird ermittelt, dass ein erhöhter Energiebedarf durch Beteiligung der Bewegung zustande kommt, dann wird auf die jeweils andere Spule umgeschaltet und geprüft, ob der darauf folgende Energiebedarf des Empfängers geringer geworden ist. In Fig. 11 ist die übertragene Leistung P_Top und P_Bot einer jeden der zwei Sendespulen zum Empfänger abhängig von der Position x dargestellt. Man erkennt, dass bei entsprechendem Umschalten der Senderspulen die Leistung gleichförmig verfügbar ist .

Bezugs zeichenliste

1 Spule

2 Spule

3 Elektronik

4 Glas

5 Glas

6 Ferritfolie

7 aktive Folie

8 Vergussmasse

9 Karosserieteil

10 Anbauteil

11 Hebel

12 Feder

13 Drehgelenk

14 Sender

15 Empfänger

AS Auswahlschalter C Resonanzkondensator

Cl Kondensator

C_Buffer Pufferkondensator clk Takt

ctr Steuerdaten

Dl Diode

DM Demodulator

DV Datenverbindung

EE Einstelleinheit

F Filter

f feste Frequenz

FSS Fahrzeugschnittstelle

HB1 Halbbrücke

HB2 Halbbrücke

K_L1 Koppelfaktor

K_L2 Koppelfaktor

K_L3 Koppelfaktor

LI Senderspule

L2 Senderspule Ln Senderspule

L_Bot Sendespule

L_Top Sendespule

M Modulator

P_Bot Leistung

P_Top Leistung

PWM1 Ausgang

PWM2 Ausgang

R Widerstand

Rl Widerstand

R_mod Lastwiderstand

RX Demodulatoreingang

SV Spannungsversorgungseinheit

SV1 Spannungsversorgung

SV2 Spannungsversorgung

TXdata Sendedaten

uC MikroController

VI Verstärker

x Position

X Richtung

Y Richtung