Die vorliegende Erfindung betrifft eine primärseitige Vorrichtung für ein Energieübertragungssystem zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie auf mindestens ein stehendes oder fahrendes Fahrzeug, wobei an dem Fahrzeug mindestens ein Sekundärelement angeordnet ist, welches induktiv mittels mindestens einer Spule der primärseitige Vorrichtung koppelbar ist, wobei die mindestens eine Spule der primärseiti- gen Vorrichtung mit mindestens einer Energiequelle, insbesondere in Form eines Inverters, verbunden oder verbindbar ist.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Übertragung elektrischer Energie mittels Induktion bekannt. So sind zum einen Systeme bekannt, bei denen sich Primärleiter längs der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs erstrecken, wobei durch die Primärleiter ein mittelfre- quenter Starkstrom fließt und an dessen elektrisches Feld Pick-Up- Spulen, welche an Fahrzeugen montiert, induktiv angekoppelt sind um vom Primärleitersystem elektrische Energie über die Pick-Up-Spule in das Fahrzeug zu leiten. Die Primärleiter können sowohl in der Fahrbahn als auch mittels entsprechender Haltevorrichtungen oberirdisch verlegt werden. Sofern die Primärleiter gesondert geführt werden, können sie zur besseren Ankoppelung von einer e-förmigen Pick-Up umgriffen werden. Sofern die Primärleiter im Boden verlegt sind, wie es z. B. aus der DE 197 46 919 vorbekannt ist, besteht ein Luftspalt zwischen Primärspule und am Fahrzeug befestigter Pick-Up-Spule.

Bei Elektrofahrzeugen ist es stets notwendig, die im Fahrzeug befindlichen elektrischen Energiespeicher entweder während der Fahrt oder während des Stillstandes, z. B. in der Garage oder auf einem sonstigen Park- platz aufzuladen. Die Aufladung erfolgt vorzugsweise Nachts, wo das Fahrzeug nicht benötigt wird und elektrischer Strom günstiger als am Tag ist.

Aus der DE 42 36 286 ist eine Vorrichtung zum Laden eines stillstehenden Fahrzeugs vorbekannt, wobei im Boden, z. B. in einer Garage, die primärseitige Vorrichtung mit einer Primärspule angeordnet ist, welche mittels einer Hebevorrichtung zur Verringerung des Luftspaltes zur unterhalb des Fahrzeugs angeordneten Pick-Up-Spule hochschwenkbar ist. Bei dieser Anordnung ist es erforderlich, dass das Fahrzeug exakt über der primärseitigen Vorrichtung geparkt wird, damit eine Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad erfolgen kann.

Zur genauen Positionierung des Fahrzeugs sind optische und akustische Systeme bekannt, die dem Fahrer des Fahrzeugs anzeigen, ob und wann das Fahrzeug an der richtigen Parkposition angelangt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustel- len, bei der ein exaktes Parkieren an einer bestimmten Stelle nicht notwendig ist und dennoch eine Energieübertragung mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer primärseitigen Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße primärseitige Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die primärseitigen Spuien durch Leitungsabschnitte von sich kreuzenden Leitungen gebildet werden. Hierzu sind in X-Richtung und Y- Richtung jeweils mehrere Leitungen parallel und beabstandet zueinander angeordnet. Dabei begrenzen jeweils zwei in X-Richtung und zwei in Y- Richtung verlaufende Leitungen einen viereckige Bereich. Die Phasen der Ströme in den den jeweiligen Bereich begrenzenden Leitungen sind so gewählt, dass sich quasi ein Kreisstrom rund um den jeweiligen Bereich ergibt. Hierzu sind die Phasen der jeweils parallel zueinander angeordneten und begrenzenden Leitungen jeweils um 180° zueinander verschoben.

Je nachdem, wo sich die Spule des Sekundärelementes oberhalb der pri- märseitigen Vorrichtung parkenden Fahrzeugs befindet, werden die entsprechenden Leitungen zur Erzeugung des Primärfeldes geschaltet. Dabei kann es vorkommen, dass sich die Sekundärspule zu sehr oberhalb einer oder zwei sich kreuzenden Leitungen befindet, d.h. zu sehr aus dem Zentrum eines kleinstmöglichen Bereiches heraus bewegt hat. In diesem Falle können die Leitungen, oberhalb derer sich die Sekundärspule befindet, nicht zur Erzeugung des primärseitigen Magnetfeldes verwendet werden. Statt dessen werden die Leitungen zur Erzeugung des primärseitigen Magnetfeldes bestromt, welche einen kleinstmöglichen Bereich bilden, dessen begrenzende Leitungen sich nicht direkt unterhalb der Se- kundärspule befinden.

Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Fahrzeuge mit ihren Sekundärelementen gleichzeitig mit elektrischer Energie zu versorgen.

Die Leitungen können ich einem Gehäuse oder Boden angeordnet sein, die Anordnung in einem flachen Gehäuse hat den Vorteil, dass die pri- märseitige Vorrichtung nachträglich an einem Halteplatz, z.B. in einer Garage, platzierbar ist. Die einzelnen Leitungen können mittels Schaltmitteln, z.B. in Form von Leistungsschaltern, einzeln angesteuert werden, so dass ein Wechselstrom von vorteilhaft 10 bis lOOkhz in den Leitungen fließt. Nicht benötigte Leitungen können abgeschaltet werden. Die Einspeisung ist dabei mittels einer Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle möglich.

Die Leitungen bilden mit in Reihe geschalteten Kapazitäten Schwingkreise. Diese können in einer ersten Ausführungsform mit ihren beiden Enden jeweils mit einer Quelle verbunden werden. In einer zweiten Ausführungsform sind die Schwingkreise lediglich mit einem Ende mit einer Quelle verbunden, wobei die Enden parallel zueinander und benachbarter Leitungen jeweils mittels einer die Schwingkreise bildenden Kapazität verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht darauf beschränkt, dass lediglich ein Fahrzeug über ihr parkt oder fährt. Selbstverständlich ist es möglich, die primärseitige Anordnung großflächig auszubilden, wobei hinreichend primärseitige Spulen vorzusehen sind, so dass mehr als ein Fahrzeug oberhalb der primärseitigen Vorrichtung parken/fahren und aufgeladen werden kann. Dies ist z. B. in öffentlichen Parkhäusern oder auf Straßen sinnvoll. Für eine derartige Vorrichtung kann eine zentrale oder mehrere Energiezufuhren und Schalteinrichtungen vorgesehen werden, um das eine oder die mehreren Fahrzeuge gleichzeitig induktiv mit elektrischer Energie zu versorgen.

Selbstverständlich ist es möglich über die primärseitigen Spulen induktiv neben der elektrischen Energie auch Daten zu übertragen, wie es bereits aus dem Stand der Technik vorbekannt ist. Hierdurch ist eine Kommunikation ohne zusätzliche Kommunikationsmittel zwischen Fahrzeug und der primärseitigen Steuereinrichtung möglich. So können nach vollendetem Ladevorgang die zur Übertragung verwendeten primärseitigen Spulen vom Inverter abgeschaltet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass z. B. über Funkübertragungsstrecken eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und primärseitiger Schalteinrichtung erfolgt. Selbstverständlich ist es möglich, dass eine individuelle Abrechnung für jedes Fahrzeug, welches mit elektrischer Energie über die erfindungsgemäße Vorrichtung versorgt worden ist, vorgenommen wird.

Nachfolgend werden die verschiedenen Äusführungsformen der erfin- dungsgemäßen primärseitigen Vorrichtung und des Gesamtsystems anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 : Draufsicht und Vorderansicht eines parkenden Fahrzeugs mit darunter befindlicher primärseitiger Vorrichtung;

Figur 2: mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen primärseitigen Vorrichtung mit in Zeilen und Spalten angeordneten Leitungen;

Figur 3: erste mögliche elektrische Beschaltung der einzelnen Schwingkreise der primärseitigen Vorrichtung;

Figur 4: zweite mögliche elektrische Beschaltung der einzelnen Schwingkreise der primärseitigen Vorrichtung;

Figur 5: Draufsicht in Prinzipdarstellung der Schaltungsanordnung nach Figur 3;

Figur 6: Draufsicht in Prinzipdarstellung der Schaltungsanordnung nach Figur 4.

Die Figur 1 zeigt verschiedene Ansichten eines Fahrzeugs F mit Rädern R, welches auf einem Boden Bo parkt. Auf dem Boden Bo ist die primärseiti- ge Vorrichtung 1 angeordnet über die das Fahrzeug F zur Erreichung der Parkposition fahren muss. Am Fahrzeugboden ist das Sekundärelement 2 angeordnet, welches die sekundärseitige Spule S _F enthält. Das Fahrzeug F kann mit seinem Sekundärelement 2 prinzipiell beliebig parken. Einzige Voraussetzung ist, dass das Sekundärelement 2 sich oberhalb der primärseitigen Vorrichtung 1 befindet. Je mehr Spulen und je größer die Vorrichtung 1 in ihren Abmessungen ist, desto weniger präzise muss das Fahrzeug, z. B. in einer Garage, geparkt werden.

Die Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen primärseitigen Vorrichtung mit in Zeiien und Spaiten angeordneten Lei- tungen. Die Leitungen Lx ₁ und Ly ₁ können einen Leiter oder mehrere voneinander isolierte Leiter aufweisen. Die Leitungen LxI, Lx2, LyI und Ly2 begrenzen den Bereich B ₁₁ . Sofern die Resonanzbedingungen erfüllt sind und in den Leitern LxI und Lx2 sowie LyI und Ly2 jeweils um 180° phasenverschobene Ströme fließen, fließt quasi ein Ringstrom um den Be- reich B ₁₁ , der ein Magnetfeld erzeugt mittels elektrische Energie induktiv auf die Sekundärseite übertragbar ist, sofern sich die Spule L _PU des Sekundärelementes 2 über dem Bereich B ₁₁ befindet. Da die Leitungen aktiv beschaltet werden müssen, bedarf diese Vorrichtung entsprechender Schaltmittel, welche nicht dargestellt sind. So können die Schaltmittel einen Wechselstrom in den Spulen erzeugen oder aber die primärseitigen Schwingkreise mit einer Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle wahlweise in Abhängigkeit der Position des Sekundärelementes verbinden.

Sofern sich das Sekundärelement 2 oberhalb der Leitung Ly4 und zwi- sehen den Leitungen LxI und Lx2 befindet, kann die Leitung Ly4 nicht zur Magnetfelderzeugung verwendet werden. In diesem Fall werden die Leitungen Ly3 und Ly5 sowie LxI und Lx2 zur Erzeugung eines Kreisstromes um den Bereich BB ₁ beschaltet. Die Leitung Ly4 wird nicht bestromt.

Sofern sich das Sekundärelement 2 oberhalb der Leitung Lx4 und zwi- sehen den Leitungen Ly5 und Ly62 befindet, kann die Leitung Lx4 nicht zur Magnetfelderzeugung verwendet werden. In diesem Fall werden die Leitungen Ly5 und Ly6 sowie Lx3 und Lx5 zur Erzeugung eines Kreisstromes um den Bereich BB", beschaltet. Die Leitung Lx4 wird nicht bestromt.

Sofern sich das Sekundärelement 2 oberhalb der Leitung Lx4 und Ly2 befindet, können die Leitung Lx4 und Ly2 nicht zur Magnetfelderzeugung verwendet werden. In diesem Fall werden die Leitungen LyI und Ly3 sowie Lx3 und Lx5 zur Erzeugung eines Kreisstromes um den Bereich BB, beschaltet.

Die Leitungen Lxi und Lyi sind in dem Gehäuse 10 angeordnet, weiches möglichst flach ausgebildet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Leitungen direkt im Boden oder der Fahrbahn zu verlegen. Es ist auch möglich, dass die Leitungen Lxi und Lyi entlang einer Zeile oder Spalte im mehrere Leitungsabschnitte unterteilt sind, wobei dann die jeweiligen Leitungsabschnitte entsprechend angesteuert und beschaltet werden müssen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Zeilen und Spalten nicht senkrecht zueinander sondern im spitzen oder stumpfen Winkel zueinander anzuordnen. So können die Zeilen und Spalten auch diagonal zur Fahrtrichtung angeordnet werden.

Die Figur 3 zeigt eine erste mögliche elektrische Beschaltung der einzel- nen Schwingkreise der primärseitigen Vorrichtung. Jeder primärseitige Schwingkreis mit seinen beiden Polen einzeln an den Inverter bzw. jeder Schwingkreis an einen eigenen Inverter 4 angeschlossen. Die Speisung kann dabei mittels Spannungs- oder Stromquellen erfolgen.

Die Figur 4 zeigt eine zweite mögliche elektrische Beschaltung der einzel- nen Schwingkreise der primärseitigen Vorrichtung. Die primärseitigen Schwinkreise sind dabei im Stern geschaltet.

Die Figur 5 zeigt eine Schaltungsanordnung nach Figur 3, bei der beide Pole der Serienschwingkreise jeweils mit einer mittelfrequenten Spannungsquelle Uj, U'i verbunden sind.

Die Figur 6 zeigt eine alternative Schaltungsanordnung bei der jeweils ein Pol eines primärseitigen Schwingkreises mit einer Wechselspannungsquelle U ₁ verbunden ist und die anderen Pole jeweils benachbarter Leitungen mittels einer Kapazität Q miteinander verbunden sind. Rechts in der Figur 6 ist das Gesamtschaltbild bestehend aus einem Ausschnitt der primärseitigen Vorrichtung und der Sekundärspule S _Pu nebst Kapazitäten

C5, C6, sowie Gleichrichter 21 und Last R _L dargestellt.