Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung, welche Teilwicklungen aufweist, und eine Anordnung, insbesondere Ladestation, zur berührungslosen Energieübertragung an ein Elektro-Fahrzeug, mit einer Wicklungsanordnung.

Es ist allgemein bekannt, dass bei einer Flachwicklung Windungen eine flächige Anordnung bilden, also in einer Wicklungsfläche angeordnet sind.

Aus der US 4 816 784 A ist eine Wicklungsanordnung bekannt, die aus Teilwicklungen zusammengesetzt ist, die sich überkreuzen. Allerdings ist der Abstand zwischen den entsprechenden Windungen der Teilwicklungen in radialer Richtung zur

Wicklungsachse, also von außen nach innen, konstant.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wicklungsanordnung mit möglichst homogenem Magnetfeld herstellbar zu machen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Wicklungsanordnung nach den in Anspruch 1 oder 3 und bei der Anordnung nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Wicklungsanordnung nach Anspruch 1 sind, dass sie Teilwicklungen aufweist, wobei jeder Windung einer ersten Teilwicklung eine Windung einer zweiten Teilwicklung zugeordnet ist, wobei zwischen jeder Windung der ersten Teilwicklung und der ihr nachfolgenden Windung der ersten Teilwicklung eine Fläche umschlossen ist, die gleich groß ist zu der

zwischen den beiden jeweils zugeordneten Windungen der zweiten Teilwicklung

umschlossenen Fläche,

BESTÄTIGUNGSKOPIE wobei jeweils die von der Windung der ersten Teilwicklung umschlossene Fläche der von der jeweils zugeordneten Windung der zweiten Teilwicklung umschlossene Fläche gleicht insbesondere wobei jede Windung der ersten Teilwicklung eine Anzahl von Überkreuzungen mit der zugeordneten Windung der zweiten Teilwicklung aufweist.

Von Vorteil ist dabei, dass die von den jeweils zueinander zugeordneten Windungen umschlossenen Flächen gleich sind. Dies gilt auch für die direkt nachfolgende, also in der Wicklung jeweils nächste, Windung jeder Teilwicklung. Aber auch die Flächendifferenz zwischen der Windung und der ihr nachfolgenden Windung ist bei den beiden Teilwicklungen gleich.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist diese Flächendifferenz zwei Anteile auf, wobei der erste Anteil an den Längsseiten und der andere Anteil an den Querseiten angeordnet ist. Bei einer im Wesentlichen rechteckförmigen Ausführung jeder Windung teilt sich somit diese Flächendifferenz gleichmäßig in Querrichtung und gleichmäßig in Längsrichtung auf, was zu einem besonders homogenen Magnetfeldverlauf führt. Das Verhältnis der Anteile entspricht dabei dem Verhältnis von Länge zu Breite des Rechtecks.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Wicklungsanordnung nach Anspruch 2 sind, dass sie Teilwicklungen aufweist, wobei jeder Windung einer ersten Teilwicklung eine Windung einer zweiten Teilwicklung zugeordnet ist, wobei jede Windung der ersten Teilwicklung eine Anzahl von Überkreuzungen mit der zugeordneten Windung der zweiten Teilwicklung aufweist, insbesondere wobei jeweils die von der Windung der ersten Teilwicklung umwickelte Fläche der von der jeweils zugeordneten Windung der zweiten Teilwicklung umwickelte Fläche gleicht.

Von Vorteil ist dabei, dass trotz der Ausführung als Flachwicklung mittels der

Überkreuzungen die von den Teilwicklungen jeweils umwickelte Fläche gleichgroß ausführbar ist. Somit sind die Induktivitäten der parallel schaltbaren Teilwicklungen gleich groß und die Ströme gleich und somit das Magnetfeld homogen.

Ein metallischer Fremdkörper, welcher sich im von der Wicklung erzeugten Magnetfeld befindet, wird infolge von Wirbelströmen und deren Ohmschen Verlusten sowie Hysterese- Verlusten beziehungsweise Ummagnetisierungsverlusten erhitzt. Die Homogenität des Magnetfeldes bewirkt, dass die Temperatur dabei unabhängig von der

Wicklungsflächenposition ist. Somit ist zur Energieübertragung an eine über der

Flachwicklung herangefahrene Sekundärwicklung ein maximaler Strom in die

Wicklungsanordnung einprägbar, so dass zwar eine vorgegebene Spitzentemperatur des Fremdkörpers nicht überschritten wird, aber eine maximale Leistung übertragbar ist.

Weiterer Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Spule, dass infolge des symmetrischen Aufbaus der beiden Teilwicklungen eine Positionsdifferenz zur mittigen Position eines Elektrofahrzeugs mit Sekundärwicklung über der Wicklungsanordnung, also eine

Abweichung aus der Position stärkster Kopplung zwischen Wicklungsanordnung und

Sekundärwicklung, einfach erkennbar ist, indem der jeweilige Strom in den beiden

Teilwicklungen detektiert wird. Wenn also das Fahrzeug zu weit nach vorne eingeparkt wurde, ist der Strom in der ersten Teilwicklung größer als der Strom in der zweiten

Teilwicklung. Wenn das Fahrzeug zu weit nach hinten eingeparkt wurde, ist der Strom in der ersten Teilwicklung kleiner als der Strom in der zweiten Teilwicklung.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Anzahl gerade. Von Vorteil ist dabei, dass eine symmetrische Anordnung in einfacher Weise herstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft der Wicklungsdraht der jeweiligen Windung der ersten Teilwicklung vor einer Überkreuzung innerhalb und nach der Überkreuzung außerhalb der jeweils zugeordnete Windung der zweiten Teilwicklung oder der Wicklungsdraht der jeweiligen Windung der ersten Teilwicklung verläuft vor einer Überkreuzung außerhalb und nach der Überkreuzung innerhalb der jeweils zugeordnete Windung der zweiten Teilwicklung verläuft. Von Vorteil ist dabei, dass mittels der

Überkreuzung eine symmetrische Wicklungsanordnung in einfacher Weise herstellbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Überkreuzungen in Windungsrichtung einer jeweiligen Windung der ersten und/oder zweiten Teilwicklung regelmäßig voneinander beabstandet. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum eine symmetrische Wicklungsanordnung in einfacher Weise herstellbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen einer jeweiligen Windung der ersten Teilwicklung und der jeweils zugeordneten Windung der zweiten Teilwicklung konstant. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst große Fläche für die

Wicklungsanordnung vorsehbar ist und außerdem ein möglichst homogenes Magnetfeld bewirkbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Teilwicklungen miteinander elektrisch parallel geschaltet. Von Vorteil ist dabei, dass eine gleichmäßige Bestromung erreichbar ist und somit ein möglichst homogenes Magnetfeld.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Teilwicklungen jeweils Flachwicklungen, insbesondere wobei die Flachwicklung jeweils innerhalb einer Wicklungsfläche angeordnet ist, insbesondere wobei die Wicklungsfläche gekrümmt verläuft. Von Vorteil ist dabei, dass Wasser aus der Mitte der Wicklung abfließen kann, wenn die Fläche konvex gekrümmt ist, also von der Spulenmitte zum Spulenrand abfällt. Auch wenn die Wicklung durch ein

Gehäuseteil konstanter Wandstärke, beispielsweise ein Deckelteil abgedeckt ist, bleibt dann dieser Vorteil des Wasserabfließens erhalten. Das Maximum der Erhöhung der

Wicklungsfläche ist dabei im Gravitationsfeld oben angeordnet und der Rand der bewickelten Fläche unten.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Teilwicklungen mit Ausnahme der Bereiche der Überkreuzung und/oder der Bereiche der Herausführung der Wicklungsdrahtendbereiche ebene Wicklungen. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist als Wicklungsdraht Litze verwendet, insbesondere wobei die Litze als Bündel von gegeneinander elektrisch isolierten Einzeldrähten ausgeführt ist, insbesondere wobei die Litze Rundlitze ist, insbesondere also das Bündel im wesentlichen einen runden Querschnitt aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches und

kostengünstiger Wicklungsdraht verwendbar ist. Wichtige Merkmale bei der Anordnung, insbesondere Ladestation, zur berührungslosen Energieübertragung an ein Elektro-Fahrzeug, mit einer vorgenannten Wicklungsanordnung sind, dass von einer Wechselstromquelle ein Wechselstrom in die parallel geschalteten Teilwicklungen eingeprägt wird, wobei das Fahrzeug an seiner Unterseite eine Sekundärwicklung aufweist, welche induktiv koppelbar ist an die Wicklungsanordnung. Von Vorteil ist dabei, dass Energie berührungslos übertragbar ist und wegen des homogenen Magnetfeld Verlaufs die induktive

Kopplungsstärke von Verschiebungen des Fahrzeugs nur geringfügig abhängt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist eine spiralförmige Flachwicklung gezeigt, insbesondere aus Rundlitze, wobei der Wicklungsdraht 1 aus einem Bündel elektrisch gegeneinander isolierter

Einzeldrähte besteht, also aus HF-Litze.

In der Figur 2 ist eine aus zwei Teilwicklungen zusammensetzbare spiralförmige

Flachwicklung gezeigt, wobei die Teilwicklungen voneinander beabstandet sind. Der Wicklungsdraht 20 der ersten Teilwicklung ist mit durchgezogener Linie und der

Wicklungsdraht 21 der zweiten Teilwicklung ist mit gestrichelter Linie dargestellt.

In der Figur 3 ist eine erfindungsgemäße spiralförmige Flachwicklung gezeigt.

Wie in Figur 1 gezeigt, ist eine Flachwicklung, also quasi-zweidimensionale Wicklung, rechteck-spiralförmig ausführbar, wobei zwischen den jeweils benachbarten Windungen der Wicklung ein Abstand ausgeführt ist, der größer ist als der Durchmesser des

Wicklungsdrahtes. Somit ist jede Windung von der vorhergehenden Windung nach außen, insbesondere also radial, beabstandet. Der Abstand beträgt ein Vielfaches des

Wicklungsdrahtdurchmessers, wobei der Abstandswert vom äußeren Spulenrand zur Mitte der Spule monoton steigt, insbesondere streng monoton steigt.

Als Wicklungsdraht wird Rundlitze verwendet. Die räumliche Ausdehnung dieser Litze ist somit nicht vernachlässigbar und im Bereich des Wicklungsdrahtes jeder Windung ist das von der Wicklung erzeugte Magnetfeld weniger homogen als im Bereich zwischen den Windungen.

Wie in Figur 2 gezeigt, ist durch Ausführen der Wicklung mittels zweier Teilwicklungen ein homogenerer Magnetfeldverlauf über die bewickelte Fläche erreichbar und ein halb so großer Abstand, wobei allerdings doppelt so viel Wicklungsdraht einzusetzen ist. Denn im Bereich des Wicklungsdrahtes der Windung einer ersten Teilwicklung erzeugt die andere Teilwicklung einen homogeneren Magnetfeldverlauf als die erste Teilwicklung. Allerdings verläuft die andere Teilwicklung stets innerhalb der ersten Teilwicklung, wodurch die Induktivität der Teilwicklungen verschieden ist.

Wie in Figur 3 gezeigt, werden bei den entsprechend der Figur 2 vorgesehenen

Teilwicklungen zusätzlich Überkreuzungen der Wicklungsdrähte der beiden Teilwicklungen vorgesehen. Dabei sind die Wicklungsdrähte gegeneinander elektrisch isoliert und es entsteht ein sehr homogenes Magnetfeld über der Wicklungsfläche. Außerdem haben die beiden Teilwicklungen dieselbe Induktivität. Jeder vollständigen Windung sind zwei Überkreuzungen zugeordnet. Somit verläuft der Wicklungsdraht einer Windung einer Teilwicklung für eine halbe Windung innerhalb und für die andere halbe Windung außerhalb der entsprechenden Windung der andere Teilwicklung.

Mit Ausnahme der Überkreuzungsbereiche und der Bereiche der Herausführung ist ein konstanter Abstand vorhanden. Die Windungsform, also der Verlauf der Windung, der einander entsprechenden Windungen der Teilwicklungen sind symmetrisch zueinander, insbesondere symmetrisch zu einer Ebene, die senkrecht auf der Wicklungsebene steht und die Überkreuzungsbereiche schneidet. Im Bereich der insbesondere radialen Herausführung des Wicklungsdrahtes jeder

Teilwicklung wird der Wicklungsdraht einer jeden Windung der zugehörigen ersten

Teilwicklung stufig auf einen jeweils größeren Radialabstand geführt.

Zwar sind die Teilwicklungen in derselben Ebene anordenbar, jedoch ist im

Überkreuzungsbereich eine Ausdehnung des Wickelraums senkrecht zu dieser Ebene notwendig. Alternativ sind die beiden Teilwicklungen in zwei zueinander parallelen, aber voneinander beabstandeten Ebenen angeordnet bei nur geringfügigen Einbußen der Homogenität des Magnetfeldes. Die beiden Teilwicklungen werden elektrisch parallel geschaltet, so dass der eingeprägte

Wechselstrom sich gleichmäßig aufteilt in beide Teilwicklungen. Auch bei Einspeisung eines mittelfrequenten Wechselstroms ist wegen der Gleichheit der Induktivitäten eine

gleichmäßige Aufteilung erreichbar. Die Frequenz des eingeprägten Wechselstroms liegt vorzugsweise zwischen 10 kHz und 1 MHz.

Die Wicklung ist am Boden anordenbar, so dass ein Fahrzeug mit einer an ihm befestigten Sekundärwicklung über die Flachwicklung verfahrbar ist und durch die induktive Kopplung der Sekundärwicklung mit der Flachwicklung als Primärwicklung Energie berührungslos, insbesondere auch galvanisch getrennt übertragbar ist.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der jeweiligen Ebene für die Wicklung eine Fläche verwendet, die räumlich gekrümmt verläuft.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind statt der zwei

Überkreuzungen pro Windung 2 ^* n Überkreuzungen ausgeführt, insbesondere in

Windungsrichtung voneinander gleichmäßig beabstandet, und/oder statt zwei Teilwicklungen mehr parallel geschaltete Teilwicklungen verwendet. Dabei ist n eine ganze Zahl. Die umwickelten Flächen der jeweiligen Teilwicklungen sind dabei ebenfalls gleich.

Bezugszeichenliste Wicklungsdraht

Wicklungsdraht der ersten Teilwicklung Wicklungsdraht der zweiten Teilwicklung