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Verfahren zur induktiven Energieübertragung für einen oder mehrere mögliche Stromverbraucher oder Stromspeicher mit zielgerichteter Positionierung mindestens einer Senderspule und ein entsprechendes induktives Energieübertragungssystem sowie zugehörige Vorrichtung. Sie umfasst ebenso die zielgerichtete Positionierung mindestens einer Empfängerspule und ein entsprechendes induktives Energieübertragungssystem sowie zugehörige Vorrichtung und ein Energieübertragungssystem mit Nutzung der rückinduzierten Energie beim Betrieb.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung für eine oder mehrere möglichen Stromverbraucher oder Stromspeicher mit zielgerichteter Positionierung mindestens einer Senderspule und ein entsprechendes induktives Energieübertragungssystem sowie zugehörige Vorrichtung. Sie umfasst ebenso die zielgerichtete Positionierung mindestens einer Empfängerspule und ein entsprechendes induktives Energieübertragungssystem sowie zugehörige Vorrichtung und ein Energieübertragungssystem mit Nutzung der rückinduzierten Energie beim Betrieb.
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Stand der Technik
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Induktive Energieübertragung ist seit vielen Jahren im Einsatz. Die Hauptanwendung ist induktives Laden, auch als kabelloses Laden bezeichnet, beispielsweise bei elektrischen Zahnbürsten.
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In den letzten Jahren hat es mehr und mehr auch Bedeutung bei Smartphones, Tablets und Accessoires, wie beispielsweise Kopfhörern, gewonnen.
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Neben dem Laden ist auch ein direkter Betrieb eines Stromverbrauchers möglich. Über einheitliche Standards wurde von Konsortien (beispielsweise Wireless Power Consortium und Power Matters Alliance) der Rahmen für eine weite Verbreitung geschaffen.
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Bekannt sind Lösungen, bei denen ein Ladegerät, bevorzugt in runder Form, über ein rundes Kabel mit einem Netzteil mit Strom versorgt wird. Die Höhe der Geräte liegt bauartbedingt in der Regel bei 20mm und mehr.
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Bekannt sind auch Lösungen, bei denen das Ladegerät in Möbeln, Lampen, dicke Mauspads, etc. integriert ist.
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Ebenfalls bekannt sind Lösungen, bei denen ein Möbelstück nachträglich mit Ladestationen ausgerüstet wird. Hierzu werden Löcher in das Möbelstück gebohrt, in die dann ein herkömmliches Ladegerät eingebaut wird. Häufig geschieht dies von unten, so daß die Ladestation von oben nicht sichtbar ist. Durch die verbleibende Schicht des Möbelstückes gibt es einen Abstand zwischen Senderspule und Empfängerspule des Stromverbrauchers oder Stromspeichers, der sich negativ auf die Leistung der Energieübertragung auswirkt. In Entwicklung sind auch Lösungen wie ENERQi, die angeben, bei bis zu 4cm dicken Tischplatten ohne Bohren installiert werden zu können und trotzdem eine ausreichende Ladeleistung zu liefern.
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Bei Lösungen mit einer Senderspule besteht die Herausforderung der genauen Platzierung, da bei zu geringer Überlappung der Sende- mit der Empfängerspule die Ladeleistung niedriger ist, bzw. gar keine Laden erfolgt.
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Bekannt sind Lösungen, bei denen eine Fläche zuverlässig abgedeckt wird, indem mehrere Spulen an einem entsprechend ausgestatteten Senderelektronikmodul betrieben werden, und die dann am besten geeignetste Spule für die Energieübertragung verwendet wird.
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Bekannt sind auch Lösungen, bei denen für die zuverlässige Abdeckung einer Fläche mehrere individuelle Senderspulen, jeweils mit Senderelektronikmodul, für die Energieübertragung verwendet werden. Bei dieser Lösung lassen sich gleichzeitig auch mehrere Stromverbraucher oder Stromspeicher, die sich auf der Energieübertragungsfläche befinden, versorgen.
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Die Verwendung mehrerer Spulen mit einem Senderelektronikmodul, und noch mehr die Verwendung mehrerer Spulen mit jeweils einem Senderelektronikmodul zur Abdeckung einer größeren Fläche ist ineffizient und teuer.
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Im Betrieb können hohe Temperaturen entstehen, die sich negativ auf die Lebensdauer des Elektronikmoduls der Senderspule, das sich räumlich nah an der Senderspule befindet, und auch der Empfängerspule und eventuell auch des Stromverbrauchers oder des Stromspeichers auswirken.
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Bekannt sind elektronisch betriebene Klein-Beförderungsmittel wie eBikes und Elektro-Roller. Die große Herausforderung ist das Laden der Akkus. Bei Geräten mit fest verbauten Akkus (z.B. Elektro-Rollern) muß das gesamte Beförderungsmittel zur Steckdose gebracht werden. Bei anderen Beförderungsmitteln muß der Akku ausgebaut und dann an der Steckdose geladen werden. Beides ist zum einen aufwändig, zum anderen entstehen dabei Verschleiß und oft auch Beschädigungen, die sich negativ auf die Lebensdauer auswirken.
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Im Bereich der Leih-Geräte entstehen erhebliche Kosten für Dienstleister oder eigenes Personal fürs Aufladen beziehungsweise den Akku-Austausch.
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Da die Akkus bei häufiger Miete oft untertägig leer werden, das Laden aber in der Regel nur über Nacht stattfindet, ist die Verfügbarkeit nicht optimal mit entgangenem Umsatz und unzureichender Kundenzufriedenheit als Folge.
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Bekannt sind Konzepte um Elektroautos mittels induktiven Ladestationen und im Bodenblech der Karosserie oder darunter verbauten Empfängerspulen zu laden. Hierbei wird die Empfängerstufe zielgerichtet über die Senderspule platziert.
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Aufgabe
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Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren, ein System und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der ein oder mehrere Stromverbraucher oder Stromspeicher effizient und kostengünstig induktiv mit Strom versorgt werden, beziehungsweise geladen werden.
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Es soll möglich sein, eine größere Energieübertragungsfläche mit einer geringen Anzahl an Senderspulen jeweils mit Senderelektronikmodul bzw. mehreren Senderspulen mit gemeinsam verwendeten Elektronikmodulen mittels induktiver Energieübertragung abzudecken.
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Der Leistungsverlust soll durch geringen Abstand von Senderspule zu Empfängerspule des Stromverbrauchers oder Stromspeichers gering gehalten werden.
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Über ein Wärmemanagement soll die Belastung des oder der Elektronikmodule der Senderspule oder Senderspulen und des Stromverbrauchers oder Stromspeichers gering gehalten oder ganz vermieden werden.
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Ein Energieübertragungssystem soll für die ideale Stromversorgung bzw. Ladeleistung konfiguriert sein.
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Für eine große Nutzungsfreundlichkeit soll der Sende-Teil des Energieübertragungssystems eine geringe Bauhöhe besitzen.
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Es soll Ausführungen geben, bei denen die Montage des Sendeteils des Energieübertragungssystems auch für Nicht-Fachkräfte durchführbar ist.
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Diese Aufgaben werden jeweils mit einem Verfahren, einem System und einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Offenbarung
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Verfahren zur induktiven Energieübertragung für einen oder mehrere mögliche Stromverbraucher oder Stromspeicher mit zielgerichteter Positionierung mindestens einer Senderspule, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet, die sowohl in ihrer Gesamtheit, wie auch bezogen auf die einzelnen Schritte einmalig oder mehrmalig in dieser oder geänderter Reihenfolge ausgeführt werden:
- - Stromverbraucher oder Stromspeicher kommt auf die Energieübertragungsfläche
- - Ermittlung, ob sich ein Stromverbraucher oder Stromspeicher auf der Energieübertragungsfläche befindet
- - Identifizierung und/oder Autorisierung
- - Position der Empfängerspule des Stromverbrauchers oder Stromspeichers wird ermittelt
- - Ermittlung, ob die Empfängerspule des Stromverbrauchers oder Stromspeichers bereits durch eine andere Senderspule bedient werden kann
- - Positionierung der geeigneten Senderspule passend zur Empfängerspule
- - Start der Energieübertragung von Senderspule auf Empfängerspule
- - Stromverbraucher oder Stromspeicher verlässt die Energieübertragungsfläche
- - Ende der Energieübertragung von Senderspule auf Empfängerspule
- - Übermittlung von Daten
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In weiteren Ausführungen werden nicht alle Schritte des Verfahrens ausgeführt. Beispielsweise kann auf die Identifizierung und/oder Autorisierung in einem Konzept, bei dem der Strom fürs Aufladen kostenlos zur Verfügung gestellt wird verzichtet werden. In diesem Fall ist auch ein Prozeßschritt zur Abrechnung nicht nötig.
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In der bevorzugten Ausführung wird eine größere Energieübertragungsfläche mittels mehreren Senderspulen, die gleichzeitig oder versetzt oder sequentiell das Verfahren durchlaufen und somit mehrere Stromverbraucher oder Stromspeicher bedienen können abgedeckt, wobei Senderspulen an jeweils einem Senderelektronikmodul betrieben werden, oder mehrere Senderspulen, nicht jedoch die gesamte Anzahl der Senderspulen, gemeinsam an einem Senderelektronikmodul betrieben werden, und die am besten geeignetste Senderspule für die Energieübertragung verwendet wird.
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In einer bevorzugten Ausführung gibt es zur Abdeckung der Energieübertragungsfläche mehrere parallele Spuren mit jeweils einer Senderspule. In einer weiteren bevorzugten Ausführung gibt es nur eine Senderspule.
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In weiteren bevorzugten Ausführungen erfolgt die Positionierung beziehungsweise Ausrichtung über eine oder mehrere Senderspulen, mittels x-y-Matrik und/oder schräger Wicklung und/oder Abschirmung.
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Die Positionierung erfolgt in einer Ausführung mittels einer schrägen Wicklung, wie man es von Fadenspulen kennt, um mittels nur einer Achse eine x-y-Positionierung zu erzielen.
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In einer Ausführung erfolgt statt Positionierung der Senderspule eine gezielte Fokussierung der Energieübertragung mittels Abschirmung anderer Seiten der Senderspule.
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In einer dieser Ausführungen wird die Energieübertragungsfläche über eine x-y-Matrix mit Senderspulen abgedeckt.
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In einer weiteren Ausführung erfolgt eine Z-Positionierung der Senderspule um den Abstand der Spulen voneinander zu reduzieren. In einer weiteren Ausführung erfolgt eine Z-Positionierung der Empfängerspule um den Abstand der Spulen voneinander zu reduzieren. In einer weiteren Ausführung besteht eine Vorrichtung um die Beschädigung von Gegenständen, die sich zwischen der Empfänger- und der Senderspule befinden zu verhindern.
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In der bevorzugten Ausführung erfolgt eine Kopplung zwischen den Elektronikmodulen der Sender- und Empfängerspule um eine optimale Energieübertragung zu gewährleisten
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In einer bevorzugten Ausführung wird die Position der Empfängerspule über einen oder mehrere Sensoren ermittelt. Die Wirkweise der Sensoren kann vielfältig sein. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Gewicht, Magnetismus, Optik, Akustik, Temperatur, Funkwellen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der oder einer der Sensoren in der Nähe oder auf oder unter der Senderspule angebracht.
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In einer weiteren Ausführung ist der Sensor an einer anderen Stelle angebracht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die Senderspule bewegt und währenddessen oder danach Kopplungsversuche durchgeführt, bis eine geeignete Position zur Empfängerspule für eine Verbindung gefunden ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung bei der die Senderspule mit einem Sensor ausgestattet ist, wird die Senderspule bewegt. Wenn der Sensor die ausreichende Nähe der Empfängerspule detektiert hat, wird, gegebenenfalls mit nachjustierender Bewegung um die optimale Position zur Empfängerspule für eine Verbindung einzunehmen, die Energieübertragung gestartet.
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In einer bevorzugten Ausführung wird mittels technischer Einrichtung ermittelt, ob sich ein Stromverbraucher oder Stromspeicher oder ein weiterer Stromverbraucher oder Stromspeicher oder ein Stromverbraucher oder Stromspeicher weniger auf der Energieübertragungsfläche befindet um die Aktivitäten zur Identifikation der Position gering zu halten. Die Wirkweise der Sensoren kann vielfältig sein. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Gewicht, Magnetismus, Optik, Funkwellen, Akustik, Temperatur.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energieübertragungsfläche sehr dünn. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Energieübertragungsfläche modular aufgebaut.
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Die Sende- und Empfangsspulen können auf unterschiedlichste Weise hergestellt sein; exemplarisch aber nicht abschließend genannt seien gestanzt, gewickelt, gefräst und naßchemisch hergestellt. In einer bevorzugten Ausführung ist die Spule gestanzt, um bei gegebenem Querschnitt eine möglichst geringe Höhe, sowie eine Formstabilität zu erreichen.
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In der bevorzugten Ausführung ist das Senderelektronikmodul von der Senderspule getrennt und mit einer größeren Entfernung von mindestens 20cm angebracht, um eine möglichst flache Bauform zu erzielen. In einer weiteren Ausführung ist das Senderelektronikmodul mit einem Abstand von weniger als 20cm angebracht und befindet sich auf der gleichen Ebene wie die Senderspule.
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In der bevorzugten Ausführung ist die Stromzuführung zur Senderspule flexibel. In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird hierzu eine Flachleitung und/oder Flachbandkabel und/oder Flexible Leiterplatte verwendet.
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In weiteren Ausführungen kommt für die Stromzuführung zur Senderspule ein anderes Material zum Einsatz. Exemplarisch aber nicht abschließend seien genannt: Rundkabel, Stromschiene, starre Leiterplatte.
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In der bevorzugten Ausführung erfolgt ein Teil der Wärmeableitung von Senderspule und Senderelektronikmodul über die Stromzuführung. In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird Senderspule und Senderelektronikmodul aktiv und/oder passiv gekühlt.
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In der bevorzugten Ausführung kommt bei der Energieübertragungsfläche eine Schutzoberfläche über den Senderspulen zum Einsatz. In der bevorzugten Ausführung ist die Oberfläche der Energieübertragungsfläche wasserabweisend und/oder selbstreinigend.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden mehrere Senderspulen an einem entsprechend ausgerüsteten Senderelektronikmodul betrieben und die am besten geeignetste Spule für die Energieübertragung verwendet.
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In einer bevorzugten Ausführung kommen Zahnriemenbänder zum Einsatz. In weiteren bevorzugten Ausführungen Achsen. In weiteren Ausführungen kommen andere Fördertechniken zum Einsatz. Als weitere Fördertechniken gibt es exemplarisch aber nicht abschließend: Zahnräder, Riemen, Schnüre, Wellen.
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In einer bevorzugten Ausführung sind die Spuren so gestaltet, daß sich die Senderspulen teilweise überlappen. Damit ist fallweise eine genauere Positionierung möglich und es lassen sich mehrere nahe beieinanderliegende Verbraucher gleichzeitig mit Strom versorgen oder nahe beieinanderliegende Stromspeicher gleichzeitig laden. Um Kollisionen zu vermeiden wird in einer bevorzugten Ausführung mit mehreren Ebenen gearbeitet auf denen sich die Senderspulen befinden.
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In der bevorzugten Ausführung kommt zum Antrieb für die Positionierung ein Motor zum Einsatz. In weiteren Ausführungen kommen andere Antriebstechnike zum Einsatz, exemplarisch aber nicht abschließend sei ein hydraulischer Antrieb genannt. In einer weiteren Ausführung wird ein Motor für mehrere Spuren verwendet.
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In einer weiteren Ausführung erfolgt die Positionierung durch eine Fahreinheit.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Energieübertragungsfläche in Gegenstände integriert; exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Mauspads, Teppiche, Laminate, Möbel.
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In der bevorzugten Ausführung wird ein Stromverbraucher oder Stromspeicher über eine Sende- und Empfängerspule bedient.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kommt eine Kombination aus mehreren Senderspulen und Empfängerspulen zum Einsatz um die Ladeleistung zu erhöhen. Hierbei sind in einer Ausführung die Senderspulen und ebenso die Empfängerspulen in einer definierten Beziehung zueinander. In einer anderen Ausführung werden die einzelnen Sender- und Empfangsspulen fallweise kombiniert.
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In einer bevorzugten Ausführung kommt einer der etablierten und in Entwicklung befindlichen Standards, exemplarisch aber nicht abschließend ist hier qi des Wireless Power Consortium zu nennen, für das Energieübertragungssystem zur Anwendung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung stehen gleichzeitig unterschiedliche Standards zur Verfügung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung kommt ein proprietäres Energieübertragungssystem zur Anwendung.
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Die Erfindung umfasst auch ein Energieübertragungssystem das für die induktive Energieübertragung für einen oder mehrere mögliche Stromverbraucher oder Stromspeicher mit zielgerichteter Positionierung mindestens einer Empfängerspule dient und mindestens eine Energieübertragungsfläche, eine Senderspule, ein Senderelektronikmodul sowie einen Stromverbraucher oder Stromspeicher mit Empfängerspule umfasst.
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Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung für ein Energieübertragungssystem die für die induktive Energieübertragung für einen oder mehrere möglichen Stromverbraucher oder Stromspeicher zum Einsatz kommt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist ein Teil oder die gesamte Unterseite der Vorrichtung zur Energieübertragung dreidimensional an die Auflagefläche angepasst, um eine gute Verbindung, höhere Stabilität, höhere Langlebigkeit und geringeren Wartungsaufwand zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführung wird die Anpassung mittels mit 3D-gedruckter Schicht erzielt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt dies mittels flexiblen Materials oder mit Schaum. In weiteren Ausführungen erfolgt dies mit anderen Mitteln, exemplarisch aber nicht abschließend genannt seien Klebstoff, Beutel gefüllt mit Flüssigkeit, Beutel gefüllt mit aushärtender Flüssigkeit, Beutel mit Granulat, die evakuiert werden.
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In der bevorzugten Ausführung wird das Energieübertragungssystem mit Netzspannung betrieben. Weit verbreitet sind hier 110 Volt und 220V. In einer anderen Ausführung kommt Dreiphasenwechselstrom zum Einsatz.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird das Energieübertragungssystem mit Kleinspannung unter 25 Volt AC oder 60 Volt DC betrieben. In einer weiteren Ausführungsform wird das Energieübertragungssystem mit anderen Spannungen betrieben.
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In der bevorzugten Ausführung wird das Energieübertragungssystem direkt mit oder ohne integriertem oder externen Netzteil an eine Steckdose angeschlossen. Hierzu bedarf es keiner Fachkenntnisse.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Energieübertragungssystem an eine bestehende Infrastruktur angeschlossen. Exemplarisch genannt seien Laternen, Stromverteiler und Ampeln.
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In einer weiteren Ausführung wird das Energieübertragungssystem Netzunabhängig mit Batterien und/oder Solarzellen und/oder Generator betrieben. In weiteren Ausführungen kommen andere Einrichtungen zur Stromerzeugung zur Anwendung.
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In der bevorzugten Ausführung als Energieübertragungssystem für Elektro-Roller wird die Position der Elektro-Roller im öffentlichen Raum gezielt gesteuert. Elektro-Roller werden an den Energieübertragungsflächen abgegeben. In der bevorzugten Ausführung wird dies aktiv gefördert. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hierfür Incentivierung im Rahmen eines Rabattes und ein System mit Micro-Juicern die Roller unter einem definierten Ladestand gegen Aufwandsentschädigung zu Energieübertragungsflächen bringen.
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In der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Platzierung der Energieübertragungsflächen an attraktiven Stellen, dies können beispielsweise Verkehrsknotenpunkte, Gastronomiebetriebe oder Sehenswürdigkeiten sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführung werden Flächen durch die Kommunen ausgewiesen um den Verkehr und das Parken aktiv zu managen.
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Die Versorgung der Energieübertragungsflächen mit Strom kann auf vielerlei Arten erfolgen. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Gastronomiebetriebe, Einzelhandel, Öffentlicher Nahverkehr, Versorgungsunternehmen (beispielweise über Stromanschluß im Laternenpfahl), Stadtverwaltungen oder private Anrainer.
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Die Motivation Energieübertragungsflächen anzubieten ist vielfältig. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Unterstützung emissionsfreier Verkehrsmittel, Werbemöglichkeiten, Provision und/oder Ladegebühr, Kundengewinnung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Nutzer motiviert, den Stromverbraucher oder Stromspeicher in eine gezielte Position und/oder Ausrichtung auf die Energieübertragungsfläche zu bringen um den Aufwand für die Positionsbestimmung zu reduzieren. In der bevorzugten Ausführung wird dies über Maßnahmen und Einrichtungen erzielt, exemplarisch aber nicht abschließend seien hierfür genannt: Grafische Hinweise und/oder Schrift, Erhebungen, Vertiefungen, Hindernisse, Lichter, Geräusche.
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In der bevorzugten Ausführung kommt, wenn der Nutzer den Verbraucher geeignet für eine Energieübertragung auf die Energieübertragungsfläche stellt ein kurzes oder permanentes Signal, das optischer und/oder akustischer Natur sein kann, und/oder eine Vibration, und/oder ein Funksignal, und/oder ein anders geartetes Signal, oder eine Kombination aus mindestens zwei der beschriebenen Signalen. Dieses Signal, das beispielsweise auch das Lieblingslied des Nutzers sein kann, soll den Nutzer motivieren, den Verbraucher passend für den Energieübertragungsvorgang zu positionieren. In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird die geeignete Position gezielt bestimmt und entsprechend vorgegeben, um beispielsweise Ladeplätze von Rollern lückenlos aufzufüllen oder so aufzufüllen, daß Roller mit einem hohen Ladestand eher außen stehen, wo sie schneller wieder genommen werden während die mit einem niedrigen Ladestand sich im inneren Bereich befinden und tendenziell eine längere Ladezeit zur Verfügung haben. Maßnahmen hierfür seien exemplarisch aber nicht abschließend genannt: kurzes oder permanentes Signal, das optischer und/oder akustischer Natur sein kann, und/oder eine Vibration, und/oder ein Funksignal, und/oder ein anders geartetes Signal, oder eine Kombination aus mindestens zwei der beschriebenen Signale.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Stromverbraucher oder Stromspeicher bauartbedingt nur in einer gewissen Position und/oder Ausrichtung oder einer geringen Anzahl an gewissen Positionen und/oder Ausrichtungen gebracht werden. Exemplarisch aber nicht abschließend genannt seine hier Flächen mit Vertiefungen und/oder Wänden, Einrichtungen mit Ständern und/oder Haken und/oder Arretiervorrichtungen, Schieber und Schlitten. Die Senderspule und Empfängerspule kann dann aufgrund der Position oder der jeweiligen vordefinierten und fixen Positionen des Verbrauchers entsprechend positioniert sein, daß eine zuverlässige Energieübertragung zustande kommt.
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In einer bevorzugten Ausführung gibt es ein Energieübertragungssystem, bei dem der Hohlraum in der Mitte der Senderspule und/oder Empfängerspule mit einem Ferrit und/oder MU-Metall oder einem anderen Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität gefüllt ist und/oder die Senderspule und/oder Empfängerspule damit teilweise oder ganz eingefasst ist.
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In der bevorzugten Ausführung reicht das Material mit der hohen magnetischen Permeabilität sowohl in die Senderspule wie auch Empfängerspule und hat somit mindestens die Höhe der Senderspule plus die Höhe der Empfängerspule. In einer weiteren Ausführung ist die Höhe des Materials mit der hohen magnetischen Permeabilität anders gestaltet.
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In einer weiteren Ausführung insbesondere für elektronische Kleinverkehrsmittel erfolgt keine Ermittlung der Position der Empfängerspule des Stromverbrauchers oder Stromspeichers, keine Ermittlung, ob die Empfängerspule des Verbrauchers bereits durch eine Senderspule bedient werden kann und keine Positionierung der Senderspule passend zur Empfängerspule, sondern eine Überprüfung, ob sich die Empfängerspule ausreichend nahe zur Senderspule für die Energieübertragung befindet und bei positivem Ergebnis der Start der Energieübertragung von Senderspule auf Empfängerspule. Stattdessen enthält das Verfahren den Schritt, der ortsstabilen Positionierung des Gerätes und somit der Senderspule.
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Dies erfolgt beispielsweise dadurch, daß das Verkehrsmittel mit dem Vorder- oder Hinterrad in einem Ständer arretiert wird. Die Empfängerspule ist in das Rad oder ein anderes fixiertes Teil integriert; entsprechend positioniert befindet sich im Ständer die Senderspule.
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Ebenso Bestandteil ist ein Verfahren zur induktiven Energieübertragung für einen oder mehrere mögliche Stromverbraucher oder Stromspeicher mit zielgerichteter Positionierung mindestens einer Empfängerspule, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet, die sowohl in ihrer Gesamtheit, wie auch bezogen auf die einzelnen Schritte einmalig oder mehrmalig in dieser oder geänderter Reihenfolge ausgeführt werden:
- - Stromverbraucher oder Stromspeicher kommt auf die Energieübertragungsfläche
- - Ortsstabile Positionierung des Stromverbrauchers oder Stromspeichers und somit der Empfängerspule passend zur Senderspule
- - Ermittlung, ob sich ein Stromverbraucher oder Stromspeicher auf der Energieübertragungsfläche befindet
- - Identifizierung und/oder Autorisierung
- - Überprüfung, ob sich die Empfängerspule ausreichend nahe zur Senderspule für die Energieübertragung befindet
- - Start der Energieübertragung von Senderspule auf Empfängerspule
- - Stromverbraucher oder Stromspeicher verlässt die Energieübertragungsfläche
- - Ende der Energieübertragung von Senderspule auf Empfängerspule
- - Übermittlung von Daten
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In einer bevorzugten Ausführung erfolgt eine Positionierung entlang der Z-Achse. Der Abstand zwischen Senderspule und Empfängerspule wird über ein Verfahren oder eine Vorrichtung verringert.
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In weiteren Ausführungen werden nicht alle Schritte des Verfahrens ausgeführt. Beispielsweise kann auf die Identifizierung und/oder Autorisierung in einem Konzept, bei dem der Strom fürs Aufladen kostenlos zur Verfügung gestellt wird verzichtet werden. In diesem Fall ist auch ein Prozeßschritt zur Abrechnung nicht nötig.
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In der bevorzugten Ausführung wird die Oberfläche der Energieübertragungsfläche für eine weitere Anwendung eingesetzt. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Werbung, Hinweis.
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In der bevorzugten Ausführung ist die Empfängerspule in den Teil des Beförderungsmittels integriert, das direkten Kontakt oder einen geringen Abstand zum Boden hat. In der bevorzugten Ausführung ist die Empfängerspule in den Ständer des Beförderungsmittels integriert. In einer weiteren Ausführungsform wird eine extra Vorrichtung hierfür verwendet.
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Exemplarisch aber nicht abschließend sei dies am Beispiel eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystem für das Laden von Elektro-Rollern erklärt: in den Ständer des Elektro-Rollers wird die Empfängerspule so eingebaut, daß sie sich bei ausgeklapptem Ständer flach auf dem Untergrund befindet und somit bei korrekter Positionierung flach auf der Senderspule steht. Dies kann mittels Modifikation des bestehenden Ständers oder über einen entsprechend ausgestatteten Ersatz-Ständers als Nachrüstung erfolgen. Von dort werden die oder das Kabel zum Akku des Elektrorollers oder der Elektronik die zum Laden des Akkus des Elektrorollers verwendet wird oder dem oder den Ladesteckern geführt und angeschlossen.
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In der bevorzugten Ausführung wird eine Empfängerspule und oder eine Senderspule verwendet, bei dem die Wickel-Geometrie nicht horizontal flach gestaltet ist, sondern vertikal gestreckt ist. In einer bevorzugten Ausführung erfolgt dies in Form einer Zylinderspule. In anderen bevorzugten Ausführungen erfolgt dies in Form eines Kegels oder einer Pyramide. In weiteren Ausführungen in anderen Ausgestaltungen.
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Die Erfindung umfasst auch ein Energieübertragungssystem, bei dem die rückinduzierte Energie beim Ein- und Ausschalten der induzierten Spannung zum Laden von elektrischen Speichern wie Kondensatoren und/oder Batterien und/oder zur Umwandlung in eine andere kinetische und/oder magnetische und/oder mechanische Kraft genutzt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Energieübertragungssystem auch mit einer Vorrichtung zur Datenübertragung ausgestattet. Exemplarisch aber nicht abschließend seien hier genannt: Near Field Communication, Bluetooth, WLAN, andere Funktechnologien, optische und akustische Systeme.
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Energiearm können so Daten des Verbrauchers - am Beispiel Elektro-Roller könnten das Ladestatus und -veränderung, Position, gefahrene Strecke, Temperatur, Verschleißzustand sein - übertragen und anschließend ausgewertet werden.
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In einer weiteren Ausführung kommen Mobilverbindung, Breitbandanschluß oder andere kabelgebundene Technologien zum Einsatz.
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Auch kann über die Übertragung von Daten, exemplarisch sei genannt Identifikation des Elektro-Rollers, Ladedauer, übertragene Energie und anschließender Auswertung eine verbrauchsgenaue Abrechnung erstellt werden. Ebenfalls möglich ist es, mittels der übertragenen Daten eine Fernwartung durchzuführen und ein aktives Batteriemanagement zu betreiben.
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Alternativ können umgekehrt auch Daten der Ladestation an den Verbraucher übertragen werden. Exemplarisch aber nicht abschließend sei als Grund hierfür genannt: Ladestation ist nicht an ein Backbone und nicht ans Mobilfunknetz angebunden, der Verbraucher hingegen schon.
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Vorteile:
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Die Erfindung führt dazu, daß der Akku von mobilen Geräten seltener leer ist und somit die Geräte eine höhere Verfügbarkeit haben.
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Die Erfindung ermöglicht eine zuverlässige Energieübertragung an einen oder mehrerer Verbraucher bei einer größeren Energieübertragungsfläche, ohne daß der Nutzer selbst sein Gerät exakt platzieren muß.
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Bei einer weiteren Ausführung wird der Nutzer unterstützt, das Gerät exakt zu platzieren.
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Aufgrund der Bauform kann eine geringe Bauhöhe erzielt werden, so daß eine wenig störende Anwendung möglich ist.
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Im Bereich von Klein-Beförderungsmittel ist die Anwendung ein deutlicher Komfortgewinn - das Tragen von Elektro-Rollern beziehungsweise Ausbau und Tragen des Akkus zur Steckdose erübrigt sich. Verschleiß und Beschädigungen die sich daraus ergeben sind hinfällig.
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Durch das und die mechanische beziehungsweise reflektionsgesteuerte Lösung ist die Erfindung klimafreundlich, ressourcenschonend und effektiv.
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Im Bereich Vermietung von Elektro-Rollern können erhebliche Kosteneinsparungen beim Ladeservice erzielt werden. Eine höhere Nutzungsdauer durch untertägiges Laden verbunden mit höheren Einnahmen und höherer Kundenzufriedenheit wird erreicht.
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Über die Motivation, die Klein-Beförderungsmittel auf den dafür vorhergesehenen Energieübertragungsflächen abzustellen, können Störungen (wild herumliegende Verkehrsmittel) vermieden werden und eine hohe Verfügbarkeit an den gewünschten Orten mit einer hohen Nutzungsfrequenz erzielt werden.
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Ein nachhaltiger, klimafreundlicher Betrieb und ein aktives Parkmanagement der Elektro-Roller führt zu einer verbesserten Akzeptanz in der Öffentlichkeit und bei Behörden.
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Aufgrund der angepassten Unterseite der Energieübertragungsfläche wird eine gute Verbindung mit der Auflagefläche erzielt, was höhere Stabilität, höhere Langlebigkeit und geringeren Wartungsaufwand zur Folge hat.
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Die Ausgestaltung der Spulen und der Abschirmung ermöglicht eine höhere Effizienz.
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Mit der Datenübertragungsfunktion lassen sich komfortabel Auswertungen erstellen um das System zu verbessern.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden aus der Beschreibung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigt:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems (10).
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Erläuterung einer Ausführungsform
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1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssystems (10) zur induktiven Energieübertragung für einen oder mehrere möglichen Stromverbraucher oder Stromspeicher (60) mit zielgerichteter Positionierung der Senderspule (30). Das Energieübertragungssystem (10) besteht aus einer Energieübertragungsfläche (70) mit fünf Spuren mit jeweils einem Zahnriemenband (20), einer Senderspule (30), eines Senderelektronikmoduls (40) und einem Motor (50) zum Antrieb des Zahnriemenbandes (20) sowie einem Stromverbraucher oder Stromspeicher (60) mit Empfängerspule (61).
