Ladevorrichtung, Empfangsvorrichtung, System und Verfahren zum induktiven Laden eines Akkumulators

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Akkumulators, eine Empfangsvorrichtung zum induktiven Laden eines Akkumulators, ein System zum induktiven Laden eines Akkumulators und ein Verfahren zum induktiven Laden eines Akkumulators. Vorzugsweise ist der Akkumulator ein Akkumulator eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs.

STAND DER TECHNIK Eine Herausforderung für die Marktakzeptanz von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist gegenwärtig die Lade-Infrastruktur. Für das konduktive Laden, d.h. das Laden mittels eines Steckers am Ende eine Ladekabels, wird eine Vielzahl von verschiedenen Steckersystemen auf dem Markt angeboten. Verschiedene Steckersysteme verschiedener Anbieter sind im Allgemeinen miteinander inkompatibel, was Unannehmlichkeiten für Fahrer von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit sich ziehen kann. Kontakte der Stecker der Buchsen, welche zum Aufnehmen der Stecker ausgebildet sind, sind zur Erzielung von niedrigen Übergangswiderständen häufig so ausgelegt, dass die damit verbundene Klemmung von Stiften in der Buchse zu hohen Steckkräften führt. Marktübliche Stecksysteme können daher mitunter vergleichsweise unhandlich sein.

Induktive Ladesysteme für elektrisch angetriebene Fahrzeuge können als Unterflursysteme ausgebildet sein, wobei ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Empfangsspule über einer in einem Boden eingelassenen Sendespule mit entsprechender Elektronik positioniert wird. Ein großer Luftspalt zwischen Sende- und Empfangsspule, welcher bei Unterflursyste- men in der Regel auftritt, ist ein wesentlicher begrenzender Faktor für den Wirkungsgrad eines induktiven Ladesystems. Eine weitere technische Herausforderung besteht in der Überwachung des Luftspalts während des Ladens auf Fremdkörper. Auch die genaue Positionierung des Fahrzeugs über der Sendespule kann weitere technische Maßnahmen notwendig machen. Die WO 2010/090539 A1 beschreibt beispielsweise eine Energietransfervorrichtung, welche auf magnetischer Induktion basiert. Ein magnetisches Fluss-Pad ist dabei so ausgebildet, dass verwertbarer magnetischer Fluss in beträchtlicher Höhe über einer Oberfläche des Fluss-Pads erzeugt werden kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung offenbart eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , eine Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5, ein Sys- tem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 1.

Demgemäß ist vorgesehen eine Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Akkumulators mit einem Stromkabel, mittels welchem die Ladevorrichtung konduktiv mit elektrischem Strom versorgbar ist; mit einer Sendespule, welche dazu ausgebildet ist, zum induktiven Übertragen von elektrischer Energie in eine vorbestimmte Senderichtung bezüglich der Ladevorrichtung ein erstes Magnetfeld zu erzeugen; und mit einer ersten Positionierungseinrichtung, welche an der oder um die Sendespule angeordnet ist und welche dazu ausgebildet ist, mindestens ein zweites Magnetfeld zu erzeugen.

Weiterhin ist vorgesehen eine Empfangsvorrichtung zum induktiven Laden eines Akkumulators mit einer Empfangsspule, mittels welcher elektrische Energie zumindest aus einer vorbestimmten Empfangsrichtung bezüglich der Empfangsspule induktiv empfangbar ist und welche mit einem Akkumulator elektrisch verbunden ist; und mit einer zweiten Positionie- rungseinrichtung, welche an der oder um die Empfangsspule angeordnet ist und welche dazu ausgebildet ist, mindestens ein drittes Magnetfeld zu erzeugen.

Weiterhin ist vorgesehen ein System zum induktiven Laden eines Akkumulators mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung; und mit einer erfindungsgemäßen Empfangsvorrich- tung, welche in oder an einem Fahrzeug angeordnet ist; wobei die erste Positionierungseinrichtung derart ausgebildet und an der Ladevorrichtung angeordnet ist und die zweite Positionierungseinrichtung derart ausgebildet und an der Empfangsvorrichtung angeordnet ist, dass mittels des Zusammenwirkens der zweiten und dritten Magnetfelder die Ladevorrichtung an einer Abdeckung der Empfangsvorrichtung in einer vorbestimmten Ladeposition der Sendespule relativ zu der Empfangsspule festhaltbar ist, wobei die Abdeckung über der Empfangsspule und der zweiten Positionierungseinrichtung in der vorbestimmten Empfangsrichtung angeordnet ist.

Weiterhin ist vorgesehen ein Verfahren zum induktiven Laden eines Akkumulators mit den Verfahrensschritten: Anlegen einer Ladevorrichtung mit einer ersten Positionierungseinrichtung, welche mindestens ein zweites Magnetfeld erzeugt, an eine Empfangsvorrichtung mit einer zweiten Positionierungseinrichtung, welche mindestens ein drittes Magnetfeld erzeugt, derart, dass durch Zusammenwirken des mindestens einen zweiten und des mindestens einen dritten Magnetfelds die Ladevorrichtung an der Empfangsvorrichtung in einer vorbe- stimmten Ladeposition festgehalten wird; Anlegen eines ersten Wechselstroms an eine Sendespule der Ladevorrichtung derart, dass ein aufgrund des Wechselstroms durch die Sendespule erzeugtes erstes magnetisches Feld einen zweiten Wechselstrom in einer Empfangsspule der Empfangsvorrichtung induziert; und Laden eines mit der Empfangsspule elektrisch verbundenen Akkumulators mittels des zweiten Wechselstroms.

Vorteile der Erfindung

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein besonders effizienter induktiver Energietransfer möglich ist, wenn Sende- und Empfangsspule während des Ladevorgangs in möglichst geringem Abstand voneinander angeordnet werden. Bei solchen geringen Abständen können magnetische Kräfte genutzt werden, um eine leichte Positionierung von Sende- und Empfangsspule in einer optimalen Ladeposition zueinander zu ermöglichen. Statt eines Unterflursystems wird eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung durch einen Benutzer an eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung angelegt. Das erfin- dungsgemäße System zum induktiven Laden eines Akkumulators vereint Vorteile der konduktiven und induktiven Ladeprinzipien mit dem Ziel der höchsten Benutzerfreundlichkeit. Da keine Steckkräfte zu überwinden sind, ist die Bedienung des Systems äußerst einfach.

Die erste und die zweite Positionierungseinrichtung an der Lade- bzw. Empfangsvorrichtung des Systems führen zu einer optimalen Sicherheit vor Fehlbedienungen: das Zusammenwirken der zweiten und dritten Magnetfelder der Positionierungseinrichtungen stellt sicher, dass die Empfangs- und Ladevorrichtung in einer zum Laden eines Akkumulators vorbestimmten, optimalen Ladeposition angeordnet werden. Weiterhin ermöglicht das Zusammenwirken der zweiten und dritten Magnetfelder minimale Betätigungskräfte, während gleichzeitig Lade- und Empfangsvorrichtungen ohne Verwendung von Steck- und/oder Reibungskräften ausreichend fest aneinander festgehalten werden. In der vorbestimmten Ladeposition liegen eine vorbestimmte Senderichtung der Ladevorrichtung sowie eine vorbestimmte Empfangsrichtung der Empfangsvorrichtung parallel zueinander oder stimmen überein. Ein zum induktiven Laden erzeugtes Magnetfeld an sich weist zwar keine einzelne definierte Richtung auf. Die Sendespule zum Erzeugen des Magnetfelds kann aber so ausgebildet sein, dass sich in einem vorbestimmten Raumbereich, in welchem in der vorbestimmten Ladeposition die Empfangsspule angeordnet ist, ein besonders hoher magnetischer Fluss ergibt. Die Richtung, in welcher der vorbestimmte Raumbereich bezüglich der Sendespule angeordnet ist, kann die vorbestimmte Senderichtung darstellen.

Die vorbestimmte Empfangsrichtung der Empfangsspule kann eine solche Richtung sein, in welcher eine Sendespule bezüglich der Empfangsspule derart angeordnet werden kann, dass das induktive Übertragen von elektrischer Energie mit verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad erfolgt. Beispielsweise führt bei einer Zylinderspule eine radiale Empfangsrich- tung im Allgemeinen zu einem höheren Wrkungsgrad als eine axiale Empfangsrichtung. Die vorbestimmte Empfangsrichtung ist vorteilhafterweise eine Richtung, in welcher in möglichst großer Nähe zu der Empfangsspule eine Sendespule angeordnet werden kann. Es handelt sich also etwa um eine Richtung, in welcher, ausgehend von der Empfangsspule, keine weiteren Elemente der Empfangsvorrichtung angeordnet sind, wie etwa eine Leistungselektro- nik, der zu ladende Akkumulator etc.

Das erfindungsgemäße System ist ein besonders komfortables und sicheres System zum induktiven Laden eines Akkumulators, insbesondere eines Akkumulators in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, beispielsweise einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug oder Elektrofahrzeug. Die Ladevorrichtung kann vorteilhafterweise gegen konduktive Stromflüsse, welche nicht über das Stromkabel erfolgen, elektrisch isolierend gekapselt sein. Die über das Stromkabel elektrisch angeschlossene erfindungsgemäße Ladevorrichtung erfordert keine aufwendige Positionierung des Fahrzeugs. Es sind keine aufwändigen Tiefbauarbeiten zum Einbau einer Sendespule in einen befahrbaren Boden, etwa einen Parkplatzboden oder eine Hebebühne, erforderlich.

Die Handhabung der kabelgebundenen Ladevorrichtung an einer Ladestation ist für einen Benutzer besonders intuitiv, da Ihre Handhabung analog zur Handhabung eines konventionellen Tanksäulen-Zapfhahns erfolgt. Dies kann zur besseren Marktakzeptanz bzw. Markt- durchsetzung der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung und/oder des Systems beitragen. Bei dem Laden mittels des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens ergibt sich ein besonders geringer Abstand zwischen Sende- und Empfangsspule, was einen hohen Wirkungsgrad bei sehr geringen Streufeldern zur Folge haben kann. Das erfindungsgemäße System ist prinzipiell auch bei schlechtem Wetter wie beispielsweise starkem Regen ver- wendbar und funktioniert sogar unter Wasser, etwa mit Booten oder U-Booten. Das komplette elektrische/magnetische System kann ummantelt werden und ist somit selbst bei extrem ungünstigen Bedingungen, wie etwa besonders starkem Wnd, besonders sicher.

Ein weiterer technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die große Designfreiheit, wel- che sich für das Design und/oder die Entwicklung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ergibt. Zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ist jede im Wesentlichen ebene Karosseriefläche geeignet. Da die Ladevorrichtung mit der Sendespule durch magnetische Kräfte an der Empfangsvorrichtung gehalten wird, ist beispielsweise keine Klappe entsprechend einer beweglichen Tankdeckel-Abdeckung erforderlich.

Sowohl am Fahrzeug, d.h. an der Empfangsvorrichtung, als auch an dem„Stecker", d.h. der Ladevorrichtung, befinden sich keine beweglichen Teile. Es sind auch keine Haken, Stifte, Vertiefungen, Schraubgewinde, Noppen oder sonstige mechanische Ausgestaltungen der Lade- und/oder Empfangsvorrichtungen nötig. Neben der erwähnten großen Designfreiheit, welche sich dadurch ergibt, kann dies auch die Robustheit des Systems verbessern: Es können keine wichtigen Teile beispielsweise verloren gehen, abbrechen, festfrieren, durch Schmutz unbrauchbar werden, oder sonst wie durch äußere Einflüsse in Mitleidenschaft gezogen werden. Zum korrekten Positionieren, d.h. Ausrichten der Ladevorrichtung an der Empfangsvorrichtung in der vorbestimmten Ladeposition dienen die erste und die zweite Positionierungseinrichtung. Die vorbestimmte Ladeposition ist insbesondere eine Ladeposition, in welcher das induktive Laden optimal, das heißt mit größtmöglichem Wrkungsgrad erfolgen kann. Die optimale Ladeposition ist in der Regel abhängig von den Ausrichtungen der Empfangs- und Sendespule zueinander sowie von deren jeweiligen Ausbildungsformen. Durch die zweiten und dritten Magnetfelder ist eine besonders präzise Ausrichtung der Ladevorrichtung an der Empfangsvorrichtung möglich, wobei kleine Korrekturen leicht von einem Benutzer per Hand durch ein leichtes Verschieben der Ladevorrichtung erfolgen können. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die erste Positionierungseinrichtung mindestens einen ersten Permanentmagneten auf. Permanentmagnete werden auch Dauermagnete genannt. Zumindest ein Teil des mindestens einen zweiten Magnetfelds ist dadurch ein dau- erhaft bestehendes Magnetfeld. Mittels der Permanentmagnete kann die Ladevorrichtung automatisch durch magnetische Anziehungskräfte in eine optimale vorbestimmte Ladeposition gezogen und dort festgehalten werden. Vorteilhafterweise weist die zweite Positionierungseinrichtung, welche an der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung angeordnet ist, zumindest einen zweiten Permanentmagneten auf, sodass zumindest ein Teil des mindes- tens einen dritten Magnetfelds ein dauerhaft bestehendes Magnetfeld ist.

Die erste Positionierungseinrichtung kann zumindest einen ersten Elektromagneten aufweisen, welcher zum Aufbauen eines Teils oder des ganzen zweiten Magnetfelds aktivierbar ist. Es kann auch die zweite Positionierungseinrichtung an der Empfangsvorrichtung zumindest einen zweiten Elektromagneten aufweisen, welcher zum Aufbauen eines Teils oder des ganzen dritten Magnetfelds aktivierbar ist. Sowohl an der Empfangsvorrichtung als auch an der Ladevorrichtung kann somit eine Kombination von Permanent- und/oder Elektromagneten angeordnet bzw. ausgebildet sein. Die ersten und/oder zweiten Elektromagnete können vorteilhafterweise mit Gleichstrom betrieben werden.

Die jeweilige konkrete Ausgestaltung des mindestens einen zweiten Magnetfelds durch Permanent- und/oder Elektromagneten der ersten Positionierungseinrichtung an der Ladevorrichtung kann einen magnetischen„Schlüssel" ausbilden. Die jeweils konkrete Ausgestaltung des mindestens einen dritten Magnetfelds durch Permanent- und/oder Elektromagneten der zweiten Positionierungseinrichtung an der Ladevorrichtung kann ein zu dem magnetischen „Schlüssel" gehörendes magnetisches„Schloss" ausbilden. Der magnetische„Schlüssel" kann korrespondierend, d.h. passend in oder an das magnetische„Schloss" an der Ladevorrichtung ein- oder angelegt werden müssen, damit die Ladevorrichtung an der Empfangsvorrichtung ohne weitere Hilfsmittel festhaltbar ist.

Mindestens ein an der Ladevorrichtung und/oder der Empfangsvorrichtung angeordneter Elektromagnet kann etwa dann aktiviert werden, wenn ein induktiver Ladevorgang beginnt oder begonnen hat. Somit kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Ladevorrichtung nicht unabsichtlich, etwa durch eine ungeschickte Bewegung eines Benutzers, von der Empfangsvorrichtung getrennt wird. Eine solche Funktion kann auch von mindestens einem Elektromagneten an der Empfangs- und/oder Ladevorrichtung erfüllt werden, welcher auf Anweisung eines Benutzers hin aktiviert wird. Dies kann beispielsweise durch einen Schalter an einer mit der Ladevorrichtung verbundenen Ladestation erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Schalter zum Aktivieren eines solchen mindestens einen Elektromagneten auch in einem Fahrzeug angeordnet sein, an oder in welchem die Empfangsvorrichtung ausgebil- det ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Ladevorrichtung weist die Ladevorrichtung eine Leistungselektronik auf. Die Leistungselektronik kann ganz oder zum Teil an einem Ende des Stromkabels angeordnet sein, an welchem die Sendespule angeordnet ist. Dies ist beispielsweise für mobile Anwendungen vorteilhaft. Die Leistungselektronik kann aber auch ganz oder zum Teil an einem Ende des Stromkabels angeordnet sein, welches sich von dem Ende des Stromkabels unterscheidet, an welchem die Sendespule angeordnet ist. Somit kann die Leistungselektronik in einer Ladesäule oder in einem an der Wand zu befestigenden Schrank untergebracht werden. Die Leistungselektronik kann auch ganz oder zum Teil in einer tragbaren Box angeordnet sein, welche mit dem Stromkabel elektrisch verbunden ist. Damit kann die Ladevorrichtung mit jeder üblichen Steckdosen benutzt werden, sodass ein Benutzer nicht an feste Ladepunkte gebunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung eine Abdeckung auf, welche über der Empfangsspule und/oder über der zweiten Positionierungseinrichtung in der vorbestimmten Empfangsrichtung angeordnet ist. Die Abdeckung kann im Wesentlichen flach ausgebildet sein. Die Abdeckung kann Teil einer Außenseite eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs sein. Die Empfangsspule zum Aufladen eines Akkumulators eines Fahrzeugs kann somit unter der äußeren Karosseriehaut des Fahrzeugs ausgebildet sein.

Dazu eignet sich jede im Wesentlichen ebene Fläche der Karosserie. Die im Wesentlichen ebene Fläche kann im Verhältnis zu der sie umgebenden Karosseriehaut des Fahrzeugs abgesenkt oder angehoben sein. Ist sie abgesenkt, kann dies zu einem verbesserten Halt der Ladevorrichtung an der Empfangsvorrichtung führen. Das dritte Magnetfeld kann in die- sem Fall etwa nicht nur durch die Abdeckung hindurch, also frontal, sondern auch senkrecht zu der Abdeckung, also lateral, auf die Ladevorrichtung einwirken.

Zumindest über der Position der Empfangsspule kann die Außenhaut der Karosserie etwa aus Kunststoff oder Karbonfasern ausgebildet sein. Die Verwendung von Kunststoffteilen und Karbonfaserteilen zur Gewichtsminimierung bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen vereinfacht die Anordnung der Empfangsspule bei gleichzeitiger Designfreiheit weiter. Die Abdeckung der Empfangsvorrichtung kann elektrisch isolierend sein und beispielsweise aus Kunststoff und/oder Karbonfasern ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann die Abdeckung an der von der Emp- fangsspule weggewandten Fläche, beispielsweise an der Karosseriehaut, einen Lotuseffekt aufweisen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich störende Schmutz- oder Eispartikel an der Abdeckung ansammeln.

Alternativ kann die Abdeckung auch geheizt werden, um ein Festfrieren etwa der Ladevor- richtung an der Abdeckung zu verhindern. Ebenso kann auch, zusätzlich oder alternativ, eine äußere Oberfläche der Ladevorrichtung geheizt werden. Das Heizen kann beispielsweise mittels Abwärme einer Elektronik, insbesondere einer Leistungselektronik, erfolgen. Es kann an der Empfangs- und/oder der Ladevorrichtung eine elektrische Wderstandsheizung ausgebildet sein. Weiterhin kann an oder um die Empfangs- und/oder Ladevorrichtung eine Luftdüse ausgebildet sein, durch welche ein warmer Luftstrom auf die Empfangs- und/oder Ladevorrichtung, insbesondere auf die Abdeckung bzw. die äußere Oberfläche, geblasen wird. Der Luftstrom kann abhängig von Umgebungsbedingungen erwärmt werden.

Auch das Heizen an sich kann an Umgebungsbedingungen geknüpft sein. Beispielsweise können Temperatur- und/oder Feuchtigkeitssensoren an der Lade- und/oder Empfangsvorrichtung ausgebildet sein. Basierend auf den Messdaten dieser Sensoren kann vermieden werden, dass bei warmen Außentemperaturen geheizt wird, d.h. dass das Heizen nur bei Über- oder Unterschreiten einer bestimmten Temperaturschwelle und/oder Luftfeuchtigkeitsschwelle durchgeführt wird.

Die Empfangsvorrichtung, insbesondere die Abdeckung der Empfangsvorrichtung, kann auch im Rahmen einer Vorkonditionierung einer Fahrgastzelle, etwa durch eine Standheizung, erfolgen. Empfangs- und/oder Ladevorrichtung können auch über einen Wärmetauscher beheizt werden. Die Wrkung des Wärmetauschers kann durch ein Gebläse verstärkt werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Systems sind die Ladevorrichtung und die Empfangsvorrichtung derart ausgebildet, dass in einer vorbestimmten Ladeposition eine äußere Oberfläche der Ladevorrichtung, auf welcher die vorbestimmte Sen- derichtung im Wesentlichen senkrecht steht, im Wesentlichen flach an die Abdeckung der Empfangsvorrichtung anlegbar ist. Somit können potentiell störende Zwischenräume zwi- schen der Sendespule und der Empfangsspule minimiert werden. Es kann sich dadurch auch eine besonders stabile relative Lage der Empfangs- und der Ladevorrichtung zueinander ergeben, sodass zum Festhalten der Ladevorrichtung in der vorbestimmten Ladeposition verhältnismäßig geringe Kräfte notwendig sind.

Die äußere Oberfläche der Ladevorrichtung und die Abdeckung der Empfangsvorrichtung können auch einander entsprechende Noppen- und Aussparungsstrukturen aufweisen, welche die zum Festhalten nötigen Kräfte weiter verringern können. Zudem können solche oder ähnliche Strukturen auch einen optischen und/oder haptischen Hinweis auf die vorbestimmte Ladeposition geben. Magnetische Kräfte, welche aus dem Zusammenwirken des zweiten und des dritten Magnetfelds entstehen, können jeweils parallel und/oder senkrecht zu der äußeren Oberfläche der Ladevorrichtung und/oder der flachen Abdeckung der Empfangsvorrichtung wirken. Die Erfindung kann in allen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Akkumulator eingesetzt werden. Dies schließt Wasserfahrzeuge und Flugzeuge ein, aber auch mobile Einheiten, welche nicht oder nicht ausschließlich zur Personenbeförderung konzipiert sind. Beispielsweise können auch ferngesteuerte Fahrzeuge wie mobile Roboter und/oder fliegende Drohnen mit der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung ausgestattet werden, um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Energie zum Laden eines Akkumulators des entsprechenden Fahrzeugs zu empfangen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei: eine schematische Draufsicht aus einer vorbestimmten Senderichtung auf eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht aus einer vorbestimmten Empfangsrichtung auf eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung und eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung eines erfindungsgemäßen Systems zum induktiven Laden eines Akkumulators.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht aus einer vorbestimmten Senderichtung auf eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung.

Gemäß Fig. 1 ist die Ladevorrichtung kreisförmig mit einer in der Mitte zentriert angeordne- ten Sendespule 14 ausgebildet. Die vorbestimmte Senderichtung 40 steht senkrecht auf der Zeichnungsebene und weist aus dieser heraus. Mit der im Zentrum der Ladevorrichtung 10 angeordneten Sendespule 14 im Zentrum sind vier erste Permanentmagnete 16 kreisförmig angeordnet. Dabei sind zwei der vier ersten Permanentmagneten 16 so angeordnet, dass ihre magnetischen Nordpole N aus der Zeichnungsebene herausweisen, während die ande- ren beiden ersten Permanentmagnete 16 so angeordnet sind, dass ihre magnetischen Südpole S aus der Zeichnungsebene herausweisen. Jeweils zwei erste Permanentmagnete mit der gleichen magnetischen Ausrichtung sind bezüglich der Sendespule 14 einander gegenüberliegend angeordnet. Denkbar ist aber auch eine andere Anzahl von ersten Permanentmagneten 16, beispielsweise ein, zwei, drei, fünf oder mehr erste Permanentmagnete 16. Die Anordnung der magnetischen Pole N, S der ersten Permanentmagnete 16 kann nach einem beliebigen Schema erfolgen, wobei auch beispielsweise aus der Zeichnungsebene heraus, d. h. in Richtung der vorbestimmten Senderichtung 40, lediglich magnetische Nord- oder magnetische Südpole N, S ausgerichtet sein können. Die ersten Permanentmagnete 16 können in regelmäßigen Abständen voneinander um die Sendespule 14 herum angeordnet sein, sie können aber auch in unregelmäßigen Abständen oder an einem Abschnitt des Kreisumfangs der runden Ladevorrichtung zentriert angeordnet sein. Die Ladevorrichtung 10 muss nicht kreisförmig in der Draufsicht sein, sondern kann beispielsweise auch rechteckig ausgebildet sein. Gemäß Fig. 1 sind an der Ladevorrichtung 10 weiterhin zwei erste Elektromagnete 18 ausgebildet. Die ersten Elektromagnete 18 sind ebenfalls bezüglich der Sendespule 14 einander gegenüberliegend derart angeordnet, dass sich ein von den ersten Elektromagneten 18 erzeugbares Feld auch in die Richtung der vorbestimmten Senderichtung 40 erstreckt. Die vorbestimmte Senderichtung 40 kann radial bezüglich einer kreisförmig gewundenen Sendespule 14 angeordnet sein. Es sind aber auch andere Spulenwicklungen oder Anordnungen der Sendespule 14 bezüglich der vorbestimmten Senderichtung 40 möglich. Insbesondere kann die Sendespule 14 gemäß komplizierten, im Stand der Technik bekannten Formen ausgebildet sein. Auch die Anzahl der ersten Elektromagnete 18 kann statt zwei auch bei- spielsweise eins, drei, vier, fünf oder mehr betragen.

Die Sendespule 14 kann auch entlang eines Außenumfangs der Sendespule 14 mit Seitenschlaufen ausgebildet sein, welche als quasi-separate Elektromagnete fungieren, welche zum Ausbilden eines magnetischen„Schlüssels" beitragen können.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht aus einer vorbestimmten Empfangsrichtung auf eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 2 ist die Empfangsvorrichtung mit einer in der Mitte zentriert angeordneten Empfangsspule 24 ausgebildet. Die vorbestimmte Empfangsrichtung 42 steht senkrecht auf der Zeichnungsebene und weist aus dieser heraus. Mit der im Zentrum der Empfangsvorrichtung 20 angeordneten Empfangsspule 24 im Zentrum sind vier zweite Permanentmagnete 26 kreisförmig angeordnet. Dabei sind zwei der vier zweiten Permanentmagneten 26 so ange- ordnet, dass ihre magnetischen Nordpole N aus der Zeichnungsebene herausweisen, während die anderen beiden zweiten Permanentmagnete 26 so angeordnet sind, dass ihre magnetischen Südpole S aus der Zeichnungsebene herausweisen. Jeweils zwei zweite Permanentmagnete mit der gleichen magnetischen Ausrichtung sind bezüglich der Empfangsspule 24 einander gegenüberliegend angeordnet.

Die Empfangsvorrichtung 20 gemäß Fig. 2 ist derart gestaltet, dass bei aneinander anliegender Ladevorrichtung 10 und Empfangsvorrichtung 20 in einer vorbestimmten Ladeposition P jeweils magnetische Nord- und Südpole N, S der ersten und zweiten Positionierungseinrichtungen 16, 18, 26, 28 so aufeinander zu liegen kommen, dass sich eine magnetische Anzie- hung ergibt. Mit anderen Worten korrespondieren die ersten Permanent- und/oder ersten

Elektromagnete 16, 18 der ersten Positionierungseinrichtung 16, 18 attraktiv mit den zweiten Permanent- und/oder zweiten Elektromagneten 26, 28 der zweiten Positionierungseinrichtung 26, 28. Demgemäß können die Anzahlen und Anordnungen der zweiten Permanent- und Elektromagneten 26, 28 der zweiten Positionierungseinrichtung den entsprechenden Anzahlen der ersten Permanent- bzw. Elektromagneten 16, 18 der ersten Positionierungs- einrichtung gleichen. Denkbar ist aber auch, dass an der Ladevorrichtung 10 und/oder an der Empfangsvorrichtung 20 weitere Permanentmagneten derart angeordnet sind, dass sie in der vorbestimmten Ladeposition mit keinem anderen Permanentmagneten 16, 26 attraktiv korrespondieren. Solche Permanentmagnete können dazu geeignet sein, ein Aneinanderle- gen der Ladevorrichtung 10 und der Empfangsvorrichtung 20 in einer anderen als der vorbe- stimmten Ladeposition zu verhindern.

Die vorbestimmte Ladeposition ist vorteilhafterweise eine Ladeposition, in welcher das induktive Laden eines Akkumulators mit größtmöglichem Wirkungsgrad erfolgen kann. Es können auch an der Ladevorrichtung 10 und/oder an der Empfangsvorrichtung 20 weitere Perma- nentmagnete derart angeordnet sein, dass sie in einer weiteren Ladeposition abstoßend mit anderen Permanentmagneten 16, 26 korrespondieren, das heißt, dass sie sich zumindest zum Teil gegenseitig abstoßen. Die weitere Ladeposition kann beispielsweise eine Ladeposition sein, an welcher des induktive Laden des Akkumulators mit besonders niedrigem Wirkungsgrad erfolgt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung und eine erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung eines erfindungsgemäßen Systems zum induktiven Laden eines Akkumulators. In Fig. 3 ist beispielhaft gezeigt, wie die Ladevorrichtung 10 und die Empfangsvorrichtung 20 kurz vor dem Erreichen der vorbestimmten Ladeposition P zueinander ausgerichtet sein können. In der gestrichelt eingezeichneten vorbestimmten Ladeposition P der Ladevorrichtung 10 bezüglich der Ladevorrichtung 20, d.h. insbesondere der Sendespule 14 bezüglich der Empfangsspule 24, liegt eine äußere Oberfläche 13 der Ladevorrichtung 10 an der Ab- deckung 27 der Empfangsvorrichtung 20 an. Die vorbestimmte Senderichtung 40 und die vorbestimmte Empfangsrichtung 42 sind in der vorbestimmten Ladeposition P zueinander parallel ausgerichtet. Die Sendespule 14 und die Empfangsspule 24 sind bezüglich Richtungen parallel zu der ebenen Abdeckung 27 mit größtmöglichem gegenseitigem Überlapp angeordnet. Durch die attraktiv korrespondierende Ausrichtung der ersten Permanentmagnete 16 und der zweiten Permanentmagneten 26, das heißt der ersten und zweiten Positionie- rungseinrichtung 16, 18, 26, 28 wird die Ladevorrichtung 10 an der Empfangsvorrichtung 20, insbesondere an der Abdeckung 27, in der vorbestimmten Ladeposition P festgehalten.

Die Sendespule 14 ist über eine erste Leistungselektronik 19 mit einem Stromkabel 12 verbunden, mittels welches die Ladevorrichtung 10 konduktiv mit elektrischem Strom versorgbar ist. Die Ladevorrichtung ist gegen konduktive Stromflüsse, welche nicht über das Stromkabel 12 erfolgen, elektrisch isolierend gekapselt. Das Ende des Stromkabels 12, an welchem nicht die Sendespule 14 angeordnet ist, ist mit einer Ladestation 17 verbunden, welche eine zweite Leistungselektronik 19 aufweist. Die Ladestation 17 ist beispielsweise an ein öffentliches Stromnetz 40 angeschlossen. Mittels der ersten und/oder zweiten Leistungselektronik 19 können die ersten Elektromagnete 18 beispielsweise mit Gleichstrom betrieben werden.

Die Empfangsspule 24 ist, beispielsweise über eine dritte Leistungselektronik 27, mit dem Akkumulator 30 verbunden. Der Akkumulator 30 ist insbesondere der, oder einer der, Akkumulator 30 bzw. Akkumulatoren eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder Elektrofahr- zeugs. Mittels der dritten Leistungselektronik 27 können die zweiten Elektromagnete 28 beispielsweise mit Gleichstrom betrieben werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.