WO2015110252A1 - Abschirmeinrichtung zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung bei einer kontaktlosen energieübertragung, energieübertragungseinrichtung und anordnung zur kontaktlosen energieübertragung - Google Patents

Abschirmeinrichtung zur abschirmung von elektromagnetischer strahlung bei einer kontaktlosen energieübertragung, energieübertragungseinrichtung und anordnung zur kontaktlosen energieübertragung Download PDF

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WO2015110252A1 PCT/EP2015/000054 EP2015000054W WO2015110252A1 WO 2015110252 A1 WO2015110252 A1 WO 2015110252A1 EP 2015000054 W EP2015000054 W EP 2015000054W WO 2015110252 A1 WO2015110252 A1 WO 2015110252A1
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shielding
vehicle
energy transmission
frame
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PCT/EP2015/000054
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Björn ELIAS
Marco AUGUSTIN
Regina SEMMLER
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Audi Ag
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Definitions

  • Shielding device for shielding electromagnetic radiation in a contactless energy transmission, energy transmission device and arrangement for contactless energy transmission
  • the invention relates to a shielding device for shielding electromagnetic radiation, which results from contactless energy transfer from a primary coil arranged stationarily in or on a region of a floor to a secondary coil arranged on a vehicle, wherein the shielding device is designed as a frame and thus on a floor. in or on a region of which a primary coil is stationarily arranged, fastened or fastened so as to surround the region in the form of a frame.
  • Electromobility is becoming increasingly important, especially for motor vehicles.
  • An important challenge in the context of electromobility is to provide a sufficient number of charging options for electrically powered vehicles. Users are particularly comfortable with energy transmission devices that enable contactless energy transfer. In this case, no cables or the like need be connected to the vehicle, but it is sufficient to park the vehicle in an area in which adjacent to the vehicle, especially in the ground on which the motor vehicle is located, so for example in a street, a Parking lot or the like, a primary coil is arranged, wherein in a corresponding region of the motor vehicle, a typically in the energy transmission of the primary coil opposite secondary coil is provided.
  • transformers that also transmit contactless energy between two coils to provide a housing for electromagnetic shielding, in which the primary and the secondary coil are arranged.
  • a use of this arrangement is very expensive to transfer energy from a stationary primary coil to a secondary coil arranged in a vehicle, since at least before and after an energy transfer, a movement of the vehicle relative to the stationary primary coil must be possible. A corresponding housing would therefore have to be built up before an energy transfer and then dismantled again.
  • the publication US 2010/00 65 352 A1 relates to a transmission device and a receiving device for electrical energy for an electrically operated motor vehicle.
  • the transmitting and receiving devices each include shields surrounding the electromagnetic radiation transmitting and receiving coils on five sides and one open Have side for sending or receiving the electromagnetic radiation.
  • the document DE 10 2012 105 615 A1 discloses a device for non-contact energy transmission with a primary coil arrangement and a secondary coil arrangement for charging a vehicle battery which can be inductively coupled thereto.
  • the primary coil arrangement and the secondary coil arrangement can be designed as planar coils on in each case one printed circuit board, wherein the planar coils are arranged in an inner layer embedded between two outer layers of the respective printed circuit board.
  • the outer layers can serve as a kind of protective layer for the inner layer.
  • Document DE 10 2011 076 186 A1 discloses an arrangement for eliminating a disturbance of a wireless energy transmission. To remedy disorders different mechanical means for the automatic cleaning and drying of a charging device are disclosed.
  • the publication DE 10 2010 020 122 A1 discloses an arrangement for contactless energy transmission from a buried primary conductor to a motor vehicle.
  • a protective means is arranged, which encloses a secondary winding, which is inductively coupled to the primary conductor.
  • the invention is therefore based on the object to provide a contrast improved shielding.
  • the object is achieved by a shielding of the type mentioned, which is characterized in that it is at least partially formed of an elastically bendable material.
  • the invention is based on the idea of designing the shielding device in such a way that it is part of an energy transmission device or can be fastened to such a device.
  • the shielding device according to the invention intended for use with an energy transmission device that uses a arranged in a region of a floor primary coil for power transmission.
  • the primary coil can thus be arranged in or on each vehicle passable surface, for example in or on streets, parking lots or rails.
  • Such energy transmission devices are particularly advantageous for the loading of motor vehicles, since they may be provided for example in parking lots, whereby a loading of motor vehicles is simply possible by parking the motor vehicle in the parking lot.
  • such energy transfer can also be used for rail vehicles.
  • electrically operated trains can be loaded in a parking area. However, it is also possible to provide the trains while driving through such a power transmission device with energy.
  • a shielding device which is designed as a three-dimensional frame, the frame defining an inner surface and having a height.
  • height is referred to in the invention, the extension of the frame in the direction perpendicular to the ground.
  • the frame can be formed in particular by a circumferential or several walls.
  • the wall or the walls are perpendicular to the ground, but it is also possible to arrange one or more walls at an angle, so that the wall with an angle to the bottom forms an angle ⁇ 90 °.
  • the area of the frame bounded by the frame or the shape of the frame may in particular be rectangular, but it is also possible to provide frames with a circular surface or other frame shapes.
  • the surface is to be chosen in particular such that the primary coil in the state of the shielding device fastened to the bottom is completely enclosed by the frame in the horizontal direction.
  • the height can be several centimeters, in particular at least 5 cm. The height can be chosen so that it is slightly less than the ground clearance of a conventional vehicle to which energy is to be transmitted. However, it is also possible to make the height customizable by the shielding of several parts, for example, vertically mutually displaceable subframe is formed.
  • the shielding device can also be displaceable in the vertical direction relative to the ground in order to adjust the height of the ground clearance of a vehicle. It is possible to provide different shielding devices for different types of vehicles. For example, a shielding device for transmitting energy to a sports car may have a height of between 5 and 10 cm, and a shielding device for transmitting energy to an SUV may have a height of between 15 and 20 cm.
  • the shielding device may additionally have a bottom plate. This can serve as a cover for the primary coil or to stabilize the shielding. However, it is advantageous if the bottom plate is designed to shield electromagnetic radiation in a frequency range which is used for energy transmission, only very little or not at all.
  • the shielding device By using the shielding device according to the invention two major advantages can be achieved. On the one hand, the possibility of intrusion of foreign objects into the region between the primary and secondary coils can be reduced, since at least parts of the volume between the primary and secondary coils are limited or blocked off laterally by the shielding device, and on the other hand stray fields of the primary coil are shielded by the shielding device , In this case, during the energy transmission to a vehicle by the vehicle, the floor and the shielding device, the volume between the primary and secondary coil can be completely completed. Alternatively, it is possible for a particularly narrow gap to remain between the shielding device and the vehicle.
  • the shielding is at least partially formed of an elastically bendable material.
  • elastically bendable materials can be used for example silicone, rubber, elastomers, thermoplastics or the like. The materials used should be flexible and have a resilience, so that they return to their original shape after deformation and contact with the vehicle or other object.
  • the shielding device may be formed entirely from the elastically bendable material, so that, for example, a trouble-free driving over of the shielding device without damaging the vehicle and the shielding device is possible.
  • the shielding device may comprise at least one metallic plate and / or at least one metallic foil and / or metallic particles and / or at least one metallic tissue.
  • the metallic materials can also be magnetic, but also non-magnetic conductive materials such as aluminum or copper can be used.
  • planar metallic or otherwise conductive structures it is advantageous, in particular when the energy transmission is used for charging vehicle batteries, to use relatively strong electromagnetic fields for energy transmission.
  • planar metallic or otherwise conductive structures In particular, sheet-like plates, films or, in particular, narrow-meshed, fabrics can be used. The plates, films and fabrics can also be broken, but the surface portion of the conductive material should be greater than that of the non-conductive material or the gaps or openings.
  • metallic plates and / or metallic fabrics additionally have a mechanical stabilizing effect.
  • the use of such metallic materials also leads to a high stability and durability of the shielding device.
  • the shielding device may be at least partially formed of a composite material, in particular a laminate, wherein the metallic plate and / or the metallic foil and / or the metallic particles and / or the metallic tissue are accommodated in a matrix of elastically bendable material.
  • the shielding device can also comprise as a resiliently bendable material and / or as a stabilizing material a textile fabric, which is encased in a metallic plate or a metallic foil and / or a metallic fabric and / or an elastically bendable material or introduced into an elastically bendable material for stabilization.
  • the metallic plate and / or the metallic foil and / or the metallic particles and / or the metallic tissue may be at least partially enveloped by the or an elastically bendable material.
  • the said metallic constituents of the shielding device can be enveloped in particular in such a way that they are protected against liquids or air, in order to prevent oxidation or corrosion of the metallic materials.
  • a core made of an elastically bendable material of metallic fabric or metallic foil can be sheathed.
  • the shielding device may comprise at least one metallic plate, the shielding device having a base-facing state of the shielding device and a portion of the frame facing away from the bottom, wherein the metallic Plate is arranged to extend vertically in the floor-facing portion and the bottom portion facing away from elastically bendable material is formed.
  • the metallic Plate is arranged to extend vertically in the floor-facing portion and the bottom portion facing away from elastically bendable material is formed.
  • a trough-like structure When mounting the shielding device according to the invention on the ground, a trough-like structure can be formed overall.
  • this structure is well suited for shielding electromagnetic fields during energy transfer, it is possible for water or other liquids to collect in this structure when used outdoors. It is therefore advantageous if openings are provided on the shielding device in order to allow accumulated or accumulating water to escape within the frame. A particularly good drainage of the water is possible if the openings are located in at least one in the ground-mounted state adjacent to the ground area of the shielding. If there is a displacement of the shielding device with respect to the bottom in the vertical direction, it is advantageous to provide openings in different areas on the shielding device in order to always allow a drainage of water independent of the vertical position of the shielding device.
  • the openings may have dimensions of a few centimeters, in particular 1 to 2 cm. However, it is also possible to provide openings with smaller diameters, for example of 0.5 mm, or larger diameters. It may be particularly easy to provide circular openings, but a variety of other shapes are possible. For example, rectangular, oval, semicircular or semi-oval openings may be provided. It is special advantageous if the openings are arranged directly on the bottom edge of the shielding.
  • the shielding device comprises at least a first frame-shaped and a second frame-shaped subframe, wherein in the state of the shielding device fastened to the ground the first subframe is fastened to the ground and the second subframe is secured in such a way is guided, that it is telescopically displaceable perpendicular to the ground opposite the first subframe to adjust the height.
  • the second subframe is mounted directly or indirectly in particular on the first subframe. It is additionally possible to provide an actuator for displacing the second subframe with respect to the first subframe to the shielding device.
  • the control of the actuator can be effected in particular by a control device which comprises or communicates with a communication device.
  • the communication device may communicate with a component of a vehicle to which energy is to be transmitted. It is thus possible, for example, to provide a read-out device on the shielding device for reading out an RFID chip arranged on a vehicle.
  • RFID chips can be formed purely passive, so that a passive component can be provided on a body or a chassis of a vehicle, which can be read by the shielding to set a height of the shielding device predetermined by the vehicle.
  • the invention relates to an energy transmission device for contactless energy transmission to a vehicle, comprising a primary coil for contactless transmission of energy across a gap to a vehicle-side secondary coil, wherein the primary coil is disposed in or on a portion of the floor, wherein at the bottom of a shielding according to the invention fixed relative to the ground or slidably mounted in at least one direction, which frame the area surrounds.
  • a shielding device according to the invention as part of the energy transmission device on the one hand provides protection against the introduction of objects, body parts or small animals in the area between the primary and the secondary coil during the charging process. As a result, the safety during operation of the energy transmission device is increased.
  • the propagation of the electromagnetic radiation for energy transmission is substantially restricted to the area within the frame. Outside the frame, the electromagnetic radiation is strongly shielded.
  • the energy transmission device according to the invention can use much stronger alternating electromagnetic fields for energy transmission. In particular, can be achieved so that batteries of an electrically powered vehicle, in particular a motor vehicle, can be charged faster.
  • the height of the shielding device can be adapted via the ground in order to allow an adaptation of the energy transmission device to vehicles with different ground clearances.
  • such a horizontal retraction of the shielding device also makes it possible to provide different shielding devices and, depending on the type and / or the ground clearance and / or the size of the Secondary coil of the vehicle to choose different shielding and horizontally under the vehicle.
  • the primary coil of the energy transmission device can be embedded in the ground, wherein a direct admission of the primary coil is possible in the ground, but the primary coil can also be arranged in a housing. In addition, it is possible that the primary coil is arranged in a separate housing or exposed on the floor.
  • the shielding device can form, together with the bottom, a trough-shaped arrangement which delimits an inner volume open on one side on the side facing away from the bottom.
  • the trough-shaped arrangement can be substantially closed except for the open side, although openings for water drainage can be provided.
  • the shielding device or a component of the shielding device can be displaceable perpendicular to the ground. It is possible that the shielding device, for example, in the ground on and out of the ground is extendable. However, it is also possible for only parts of the shielding device, for example the subframes described above, to be displaced relative to one another. In this case, a vertical displacement also describes those displacements which are only substantially perpendicular, d. H. in which a shift takes place with a small angle to the vertical to the ground, in particular less than 30 °.
  • the energy transmission device may comprise at least one actuator for displacing the shielding device or the displaceable component of the shielding device in the direction perpendicular to the ground.
  • the energy transmission device comprises a communication device for wireless communication with a vehicle and a control device, wherein the control device is designed as a function of a signal received by the communication device. NEN communication information to control the actuator.
  • the communication with the vehicle can take place here, as already described with respect to a relative displacement of subframes of the shielding device.
  • the relative position of the shielding device or of the displaceable components in the direction perpendicular to the ground is determined by at least one mechanical return element.
  • the mechanical return element may in particular be a spring, but it is also possible to move against a counterweight or the like.
  • the position fixing by a return element can also be combined with a vertical displacement by an actuator.
  • the basic definition of the height of the shielding device above the ground can be determined by an actuator.
  • the invention relates to an arrangement for contactless energy transmission, comprising a vehicle having a secondary coil for contactless energy transmission, wherein the vehicle is arranged over one of the described embodiments of a power transmission device, that the secondary coil is disposed above the primary coil of the energy transmission device.
  • a contactless energy transfer from the primary coil to the secondary coil is possible, wherein the area between the primary coil and the secondary coil is at least partially surrounded by the shielding device according to the invention, whereby on the one hand penetration of objects or body parts in the region between the primary coil and secondary coil can be prevented and on the other hand, the electromagnetic alternating fields of the primary coil are essentially restricted to the area within the shielding device.
  • the shielding device may extend from the ground to an underbody or a component of the vehicle carrying the secondary coil.
  • a narrow gap of a few centimeters, for example 1 to 2 cm, is provided between the upper edge of the shielding device and the subfloor or the component carrying the secondary coil.
  • the shielding device and the vehicle in particular the underbody of the vehicle, together with the bottom limit a volume closed on all sides.
  • the volume can in particular only be essentially completed, wherein, as described above, openings for the drainage of accumulated water can be provided on the one hand and on the other hand a narrow gap can be provided between the upper edge of the shielding device and the vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of an energy transfer device according to the invention, which comprises a shielding device according to the invention,
  • FIG. 2 is a sectional schematic diagram of the shielding of FIG. 1 taken along section line A-A,
  • FIG. 3 is a sectional schematic diagram of the shielding device of FIG. 1 along the line BB
  • FIG. 4 is a detailed view of a schematic representation of another embodiment of an energy transfer device according to the invention comprising a shielding device according to the invention
  • Fig. 5 is a schematic representation of another embodiment of a shielding device according to the invention from above, and
  • Fig. 6 is a schematic diagram of an inventive arrangement for contactless energy transfer.
  • the energy transmission device 1 comprises a shielding device 2, which is attached to a bottom 3, such that it surrounds a frame-shaped area above the bottom 3, in which a primary coil 4 is arranged.
  • the shielding device 2 is a rectangular frame with four side walls and open surfaces at the top and bottom. It has a bottom-facing section 5 and a floor-facing portion 9 of the frame.
  • the four side walls of the shield 2 are formed of metallic plates 6 made of aluminum, which are surrounded by an elastically bendable material 8, which is silicone.
  • a region 7 is formed, with which the plates are fixed to the bottom 3.
  • the attachment is made by the area 7 in the bottom 3, which is a concrete floor, is poured.
  • a detachable connection of the shielding device 2 with the bottom 3. This would be possible, for example, by 6 earth spikes are formed on the plates and the bottom 3 is made of earth.
  • fastening means for example clamps, to the shielding means 2 and to provide fastening means at the bottom intended for connection to the shielding means Fastening devices are formed.
  • a corresponding detachable connection can be formed non-positively and / or positively.
  • the shielding 2 is used as elastically bendable material 9 silicone.
  • the shield 2 is made exclusively of the elastically bendable material 8, d. H. made of silicone. This ensures that when contact of a vehicle with the shielding device 2, for example, the underbody of the vehicle or a bumper, this contact usually only with the floor facing away portion 9, d. H. takes place with the elastically bendable material 8. This prevents the vehicle from being damaged by the shielding device 2. Since the elastically bendable material 8 has a resilience, the shielding device 2, as soon as there is no contact with the vehicle or another object, returns to its original shape.
  • a trough-shaped inner space 10 is jointly formed. It is advantageously achieved by the use of the shielding device 2 that when using the energy transmission device 1 for energy transmission to a vehicle for an introduction of objects, body parts or the like is prevented in the interior 10, on the other hand, the electromagnetic alternating fields, which are used for energy transmission , are limited to the interior 10 substantially.
  • FIG. 2 shows a section through the shielding device 2 along the line AA, ie in the floor-facing section 5, and Fig. 3 shows a section through the shielding device 2 along the line BB, ie in the floor facing away Section 9.
  • the metallic plate 6 in the floor-facing portion 5 is on both sides of the elastically bendable material 8, that is surrounded by silicone.
  • FIG. 3 shows the corresponding section through the shielding device 2 in the region 9 facing away from the bottom, in which the shielding device 2 is formed completely from the elastically bendable material 8.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a further exemplary embodiment of an energy transmission device 1 for contactless energy transmission.
  • the shielding device 11 of which only the floor-facing section is shown in FIG. 3, is constructed similarly to the shielding device 2 shown in FIG.
  • the walls of the shielding device 11 are also formed of aluminum plates 12 and have attachment portions 13 which are anchored in the bottom 3.
  • the metallic plates 12 are also surrounded here with an elastically bendable material 14.
  • the essential difference to the shielding device 2 shown in FIG. 1 is that the shielding device 11 has openings 15 in a region adjacent to the bottom, in order to allow accumulated or accumulating water to escape. These openings 15 break through both the metallic plate 12 and the elastically bendable material 14.
  • the edge of the opening 15, a the edge of the opening 15 forming layer of the elastically flexible material is provided, the metallic plate 12 of the opening 15 separates.
  • the metallic plate 12 is completely enclosed by the elastically bendable material 14, so that contact with air or water is prevented, whereby also oxidation of the metallic plate 12 is prevented.
  • the shielding device 16 is composed of two subframes. men 17, 18 formed, wherein the inner first sub-frame 18 is fastened to a floor and is substantially constructed, as the floor-facing portion 5 of the shielding device 2 shown in Fig. 1, but in addition a guide member 19 which is dovetailed engages in the outer second sub-frame 17.
  • the second sub-frame 17 is formed of elastically bendable material and, guided by the guide member 19, relative to the bottom attachable first sub-frame 18 in the direction perpendicular to the ground slidably.
  • the shielding device 16 can be adapted to the ground clearance of a vehicle to which energy is to be transmitted.
  • the second sub-frame 17 is supported by frictional force on the first sub-frame 18 alone.
  • the shielding means corresponding to the vehicle to which power is to be transmitted can be set.
  • Fig. 6 shows an arrangement for contactless energy transmission.
  • the arrangement for contactless energy transmission in this case comprises an energy transmission device 20 and a vehicle 21, wherein the vehicle 21 is arranged above the energy transmission device 20 such that the secondary coil 22 of the vehicle 21 is located above the primary coil 4 of the energy transmission device 20.
  • the primary coil 4 is energized with alternating current, so in the area above the primary coil 4 electromagnetically alternating fields, which induce voltages in the secondary coil 22.
  • the secondary coil 22 provides currents with which, for example, a battery 31 of the vehicle 21 can be charged.
  • the Energy transmission device 20 in this case comprises a shielding device 23 which surrounds the primary coil 4 in the form of a frame.
  • the shielding device 23 is displaceable by the actuator 26 in the vertical direction.
  • the shielding device 23 is shown in a retracted position in which it barely protrudes from the bottom 3. If the shielding device 23 retracted, this corresponds approximately to a use of a power transmission device which has no additional shielding device.
  • the shielding device 23 should be extended so far that it is in contact with the underbody 25 of the vehicle 21 or that between the subfloor 25 and the shielding device 23 only a narrow gap of about 1 to 2 cm is present. This corresponds to the dashed line in Fig. 5 shown state 24.
  • the state 24 in which an optimal shielding of the area between the primary coil 4 and the secondary coil 22 is achieved different for different vehicles.
  • an RFID chip is therefore provided in the vehicle 21.
  • RFID chips are purely passive circuits that are powered by energy provided by radio waves.
  • the energy transmission device 20 comprises a communication device 28, which is designed as an RFI D reading device and which is controlled by the control device 27 of the energy transmission device 20.
  • the communication device 28 detects the approach of the vehicle 21 and wirelessly reads the RFID chip 29 of the vehicle 21.
  • the RFID chip 29 transmits information about the ground clearance of the vehicle 21.
  • the shielding device 23 is extended to the extent that it is in the optimum state 24 for shielding the electrical system. electromagnetic radiation and to prevent the intrusion of third-party objects during the transmission of energy to the vehicle 21.

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Abstract

Abschirmeinrichtung zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, die bei einer kontaktlosen Energieübertragung von einer stationär in oder an einem Bereich eines Bodens (3) angeordneten Primärspule (4) zu einer an einem Fahrzeug (21) angeordneten Sekundärspule (22) entsteht, wobei die Abschirmeinrichtung (2, 11, 16, 23) als Rahmen ausgebildet ist und derart an einem Boden (3), in oder an einem Bereich dessen stationär eine Primärspule (4) angeordnet ist, befestigbar oder befestigt ist, dass sie den Bereich rahmenförmig umfasst.

Description

Abschirmeinrichtung zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung bei einer kontaktlosen Energieübertragung, Energieübertragungseinrichtung und Anordnung zur kontaktlosen Energieübertragung
Die Erfindung betrifft eine Abschirmeinrichtung zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, die bei einer kontaktlosen Energieübertragung von einer stationär in oder an einem Bereich eines Bodens angeordneten Primärspule zu einer an einem Fahrzeug angeordneten Sekundärspule entsteht, wobei die Abschirmeinrichtung als Rahmen ausgebildet ist und derart an einem Boden, in oder an einem Bereich dessen stationär eine Primärspule angeordnet ist, befestigbar oder befestigt ist, dass sie den Bereich rah- menförmig umfasst.
Elektromobilität gewinnt insbesondere bei Kraftfahrzeugen zunehmend an Bedeutung. Eine wesentliche Herausforderung im Rahmen der Elektromobilität ist es, Lademöglichkeiten in ausreichender Zahl für elektrisch betriebene Fahrzeuge zur Verfügung zu stellen. Besonders komfortabel sind für Benutzer dabei Energieübertragungseinrichtungen, die eine kontaktlose Energieübertragung ermöglichen. In diesem Fall müssen keine Kabel oder Ähnliches mit dem Fahrzeug verbunden werden, sondern es ist ausreichend, das Fahrzeug in einem Bereich abzustellen, in dem benachbart zum Fahrzeug, insbesondere im Boden, auf dem sich das Kraftfahrzeug befindet, also beispielsweise in einer Straße, einem Parkplatz oder Ähnlichem, eine Primärspule angeordnet ist, wobei in einem entsprechenden Bereich des Kraftfahrzeugs eine typischerweise bei der Energieübertragung der Primärspule gegenüberliegende Sekundärspule vorgesehen ist. Bei Betrieb der Primärspule mit einer Wechselspannung werden elektromagnetische Wechselfelder erzeugt, die eine Spannung an der Sekundärspule im Kraftfahrzeug und damit insbesondere einen Ladestrom für eine Batterie erzeugen. Um ein schnelles Laden von Fahrzeugbatterien zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, bei einer derartigen kontaktlosen Energieübertragung starke Wechselfelder zu nutzen. Dabei ist jedoch nachteilig, dass ein Einbringen von leitfähigen Gegenständen, auch von gering leitfähigen Gegenständen wie Körperteilen, in diese starken Wechselfelder dazu führt, dass diese Gegenstände stark erhitzt werden. Zudem können insbesondere Hochfrequenzfelder mit einer großen Amplitude weitere elektronische Komponenten stören. Daher ist es bei der kontaktlosen Energieübertragung häufig notwendig, die Feldstärke der Wechselfelder derart zu begrenzen, dass die Möglichkeit von Verletzungen von Körperteilen, Beschädigungen von in das Feld eingebrächten Gegenständen oder die Störung weiterer Elektronik verhindert werden. Eine derartige Begrenzung der maximalen Feldstärke führt jedoch zugleich dazu, dass in der Sekundärspule geringere Spannungen induziert werden, womit auch geringere Ströme zum Laden einer Batterie oder zum Betrieb weiterer Komponenten zur Verfügung stehen. Lange Ladezeiten, die aufgrund der Nutzung geringer Ladeströme notwendig sind, können jedoch zu Akzeptanzproblemen für Elektrofahrzeuge führen.
Dabei ist es bekannt, für Transformatoren, die ebenfalls kontaktlos Energie zwischen zwei Spulen übertragen, ein Gehäuse zur elektromagnetischen Abschirmung vorzusehen, in dem die Primär- und die Sekundärspule angeordnet sind. Eine Nutzung dieser Anordnung ist zur Energieübertragung von einer stationären Primärspule zu einer in einem Fahrzeug angeordneten Sekundärspule jedoch sehr aufwendig, da zumindest vor und nach einer Energieübertragung eine Bewegung des Fahrzeugs relativ zur stationären Primärspule möglich sein muss. Ein entsprechendes Gehäuse müsste also vor einer Energieübertragung aufgebaut und anschließend wieder abgebaut werden.
Die Druckschrift US 2010/00 65 352 A1 betrifft eine Übertragungseinrichtung und eine Empfangseinrichtung für elektrische Energie für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die Übertragungs- und die Empfangseinrichtung umfassen jeweils Abschirmungen, die die Sende- bzw. Empfangsspulen für die elektromagnetische Strahlung auf fünf Seiten umgeben und eine offene Seite zum Senden bzw. Empfangen der elektromagnetischen Strahlung aufweisen.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 105 615 A1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung mit einer Primärspulenanordnung und einer damit induktiv koppelbaren Sekundärspulenanordnung zum Laden einer Fahrzeugbatterie bekannt. Die Primärspulenanordnung und die Sekundärspulenanordnung können als Planarspulen auf jeweils einer Leiterplatte ausgebildet sein, wobei die Planarspulen in einer zwischen zwei Außenschichten der jeweiligen Leiterplatte eingebetteten Innenschicht angeordnet sind. Die Außenschichten können als eine Art Schutzschicht für die Innenschicht dienen.
Die Druckschrift DE 10 2011 076 186 A1 offenbart eine Anordnung zur Behebung einer Störung einer drahtlosen Energieübertragung. Zur Behebung von Störungen werden unterschiedliche mechanische Mittel für die automatische Reinigung und Trocknung einer Ladeeinrichtung offenbart.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 020 122 A1 ist eine Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein Kraftfahrzeug bekannt. An einem den Boden zugewandten Oberflächenbereich des Fahrzeugs ist ein Schutzmittel angeordnet, das eine Sekundärwicklung, die induktiv mit dem Primärleiter koppelbar ist, einfasst.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Abschirmeinrichtung anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abschirmeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche sich dadurch auszeichnet, dass sie zumindest abschnittsweise aus einem elastisch biegbaren Material gebildet ist.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Abschirmeinrichtung derart auszubilden, dass sie Teil einer Energieübertragungseinrichtung ist bzw. an einer solchen befestigbar ist. Dabei ist die erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung zur Nutzung mit einer Energieübertragungseinrichtung vorgesehen, die eine in einem Bereich eines Bodens angeordnete Primärspule zur Energieübertragung nutzt. Die Primärspule kann also in oder an jedem durch das Fahrzeug befahrbaren Untergrund angeordnet sein, beispielsweise in oder an Straßen, Parkplätzen oder Schienen. Derartige Energieübertragungseinrichtungen sind besonders vorteilhaft zur Ladung von Kraftfahrzeugen, da sie beispielsweise auf Parkplätzen vorgesehen sein können, womit ein Laden von Kraftfahrzeugen einfach durch ein Abstellen des Kraftfahrzeugs auf dem Parkplatz möglich ist. Eine derartige Energieübertragung kann jedoch auch für Schienenfahrzeuge genutzt werden. So können elektrisch betriebe Züge in einem Abstellbereich geladen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Züge während der Fahrt durch eine derartige Energieübertragungseinrichtung mit Energie zu versorgen.
Wie einleitend erwähnt, ist es dabei bei der Übertragung von großen Mengen von Energie vorteilhaft, wenn verhindert wird, dass Fremdgegenstände in den Bereich zwischen der Primär- und der Sekundärspule eindringen. Zudem ist es vorteilhaft, wenn Streufelder der Primärspule abgeschirmt werden. Daher wird erfindungsgemäß eine Abschirmeinrichtung vorgeschlagen, die als dreidimensionaler Rahmen ausgebildet ist, wobei der Rahmen eine Innenfläche begrenzt und eine Höhe aufweist. Als Höhe wird im Rahmen der Erfindung die Ausdehnung des Rahmens in Richtung senkrecht zum Boden bezeichnet. Der Rahmen kann dabei insbesondere durch eine umlaufende oder mehrere Wände gebildet sein. Vorteilhaft steht die Wand bzw. stehen die Wände dabei senkrecht zum Boden, es ist jedoch auch möglich, eine oder mehrere Wände schräg anzuordnen, so dass die Wand mit einer Senkrechten zum Boden einen Winkel <90° einschließt. Die vom Rahmen begrenzte Fläche des Rahmens bzw. die Form des Rahmens kann dabei insbesondere rechteckig sein, es ist jedoch auch möglich, Rahmen mit kreisförmiger Fläche oder andere Rahmenformen vorzusehen. Dabei ist die Fläche insbesondere so zu wählen, dass die Primärspule im am Boden befestigten Zustand der Abschirmeinrichtung in Horizontalrichtung vollständig von dem Rahmen umfasst ist. Die Höhe kann dabei mehrere Zentimeter, insbesondere wenigstens 5 cm betragen. Die Höhe kann so gewählt werden, dass sie etwas geringer ist als die Bodenfreiheit eines üblichen Fahrzeugs, an das Energie übertragen werden soll. Es ist jedoch auch möglich, die Höhe anpassbar zu gestalten, indem die Abschirmeinrichtung aus mehreren Teilen, beispielsweise vertikal gegeneinander verschiebbaren Teilrahmen, gebildet ist. Die Abschirmeinrichtung kann auch in Vertikalrichtung gegenüber dem Boden verschiebbar sein, um die Höhe der Bodenfreiheit eines Fahrzeugs anzupassen. Es ist dabei möglich, verschiedene Abschirmeinrichtungen für verschiedene Fahrzeugtypen vorzusehen. So kann eine Abschirmeinrichtung zur Energieübertragung an einen Sportwagen beispielsweise eine Höhe zwischen 5 und 10 cm aufweisen und eine Abschirmeinrichtung zur Energieübertragung an ein SUV eine Höhe zwischen 15 und 20 cm aufweisen.
Die Abschirmeinrichtung kann zusätzlich eine Bodenplatte aufweisen. Diese kann als Abdeckung für die Primärspule oder zur Stabilisierung der Abschirmeinrichtung dienen. Dabei ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Bodenplatte ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich, der zur Energieübertragung genutzt wird, nur sehr gering oder gar nicht abzuschirmen.
Durch Nutzung der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung können zwei wesentliche Vorteile erreicht werden. Zum einen kann die Möglichkeit des Eindringens von Fremdgegenständen in den Bereich zwischen Primär- und Sekundärspule verringert werden, da zumindest Teile des Volumens zwischen Primär- und Sekundärspule seitlich durch die Abschirmeinrichtung begrenzt bzw. abgesperrt sind, zum Anderen werden durch die Abschirmeinrichtung Streufelder der Primärspule abgeschirmt. Dabei kann während der Energieübertragung an ein Fahrzeug durch das Fahrzeug, den Boden und die Abschirmeinrichtung das Volumen zwischen Primär- und Sekundärspule vollständig abgeschlossen werden. Alternativ ist es möglich, dass ein insbesondere schmaler Spalte zwischen Abschirmeinrichtung und Fahrzeug verbleibt.
Abhängig von der Bodenfreiheit des Fahrzeugs und der Höhe über dem Boden, die die Abschirmeinrichtung im am Boden befestigten Zustand erreicht, ist es daher möglich, dass der Unterboden des Fahrzeugs oder weitere Teile des Fahrzeugs, wie beispielsweise Stoßstangen, mit der Abschirmeinrichtung in Berührung kommen. Dabei soll eine Beschädigung des Fahrzeugs vermieden werden. Daher ist die Abschirmeinrichtung zumindest abschnittsweise aus einem elastisch biegbaren Material gebildet. Als elastisch biegbare Materialien können dabei beispielsweise Silikon, Gummi, Elastomere, Thermoplasten oder Ähnliches genutzt werden. Die verwendeten Materialien sollten dabei flexibel sein und ein Rückstellvermögen aufweisen, so dass sie nach einer Verformung und einem Kontakt mit dem Fahrzeug oder einem anderen Gegenstand in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Dabei kann die Abschirmeinrichtung vollständig aus dem elastisch biegbarem Material gebildet sein, so dass beispielsweise ein problemloses Überfahren der Abschirmeinrichtung ohne Beschädigung des Fahrzeugs und der Abschirmeinrichtung möglich ist. Es ist jedoch auch möglich, nur einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte der Abschirmeinrichtung aus einem elastisch biegbaren Material zu bilden, insbesondere im am Boden befestigten Zustand boden- abgewandte Abschnitte, die potentiell bei der normalen Nutzung der Abschirmeinrichtung mit einem Fahrzeug in Kontakt kommen.
Die Abschirmeinrichtung kann wenigstens eine metallische Platte und/oder wenigstens eine metallische Folie und/oder metallische Partikel und/oder wenigstens ein metallisches Gewebe umfassen. Durch die Nutzung von leitfähigen, insbesondere flächigen, Strukturen in der Abschirmeinrichtung wird eine besonders effiziente Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung erreicht. Die metallischen Materialien können dabei auch magnetisch sein, aber auch nicht magnetische leitende Materialien wie Aluminium oder Kupfer sind nutzbar. Wie eingangs erwähnt ist es, insbesondere, wenn die Energieübertragung zum Laden von Fahrzeugbatterien dient, vorteilhaft, relativ starke elektromagnetische Felder zur Energieübertragung zu nutzen. Zur Abschirmung starker Felder ist es vorteilhaft, flächige metallische oder anderweitig leitende Strukturen zu nutzen. Dabei können insbesondere flächige Platten, Folien oder, insbesondere engmaschige, Gewebe genutzt werden. Die Platten, Folien und Gewebe können dabei auch durchbrochen sein, wobei jedoch der Flächenanteil des leitenden Materials größer sein sollte als der des nicht leitenden Materials bzw. der Zwischenräume bzw. Durchbrechungen.
Neben der abschirmenden Wirkung haben insbesondere metallische Platten und/oder metallische Gewebe zusätzlich eine mechanische Stabilisierungswirkung. Dadurch führt die Nutzung derartiger metallischer Materialien auch zu einer großen Stabilität und Haltbarkeit der Abschirmvorrichtung.
Die Abschirmeinrichtung kann zumindest abschnittsweise aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Laminat gebildet sein, wobei die metallische Platte und/oder die metallische Folie und/oder die metallischen Partikel und/oder das metallische Gewebe in einer Matrix aus elastisch biegbarem Material aufgenommen sind.
Die Abschirmeinrichtung kann zudem als elastisch biegbares Material und/oder als Stabilisierungsmaterial ein Textilgewebe umfassen, das eine metallische Platte oder eine metallische Folie und/oder ein metallisches Gewebe und/oder ein elastisch biegbares Material ummantelt oder in ein elastisch biegbares Material zur Stabilisierung eingebracht ist.
Insbesondere kann die metallische Platte und/oder die metallische Folie und/oder die metallischen Partikel und/oder das metallische Gewebe zumindest teilweise von dem oder einem elastisch biegbaren Material umhüllt sein. Damit können die genannten metallischen Bestandteile der Abschirmeinrichtung insbesondere derart umhüllt sein, dass sie vor Flüssigkeiten oder Luft geschützt sind, um eine Oxidation bzw. Korrosion der metallischen Materialien zu verhindern. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Kern aus einem elastisch biegbaren Material von metallischem Gewebe oder metallischer Folie ummantelt sein.
Die Abschirmeinrichtung kann insbesondere wenigstens eine metallische Platte umfassen, wobei die Abschirmeinrichtung einen im am Boden befestigten Zustand der Abschirmeinrichtung bodenzugewandten und einen bo- denabgewandten Abschnitt des Rahmens aufweist, wobei die metallische Platte im bodenzugewandten Abschnitt vertikal verlaufend angeordnet ist und der bodenabgewandte Abschnitt aus elastisch biegbarem Material gebildet ist. Durch die Nutzung wenigstens einer metallischen Platte im bodenzugewandten Abschnitt kann eine besonders hohe Stabilität der Abschirmeinrichtung und eine besonders gute Absorption elektromagnetischer Strahlung durch die Abschirmeinrichtung erreicht werden. Zugleich wird durch die Nutzung von elastisch biegbarem Material im bodenabgewandten Abschnitt und damit dem einem Fahrzeug, an das Energie übertragen werden soll, zugewandten Abschnitt effektiv eine Beschädigung des Fahrzeugs verhindert, da dieses nur mit dem elastisch biegbaren Material in Kontakt kommen kann.
Bei einer Befestigung der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung an dem Boden kann insgesamt eine wannenartige Struktur ausgebildet werden. Während diese Struktur einerseits gut geeignet ist, elektromagnetische Felder während der Energieübertragung abzuschirmen, ist es andererseits möglich, dass sich in dieser Struktur bei Benutzung im Außenbereich Wasser oder andere Flüssigkeiten sammeln. Es ist daher vorteilhaft, wenn an der Abschirmeinrichtung Öffnungen vorgesehen sind, um innerhalb des Rahmens angesammeltes oder sich ansammelndes Wasser entweichen zu lassen. Ein besonders guter Ablauf des Wassers ist dabei möglich, wenn sich die Öffnungen in wenigstens einem im am Boden befestigten Zustand zum Boden benachbarten Bereich der Abschirmeinrichtung befinden. Ist eine Verschiebung der Abschirmeinrichtung bezüglich des Bodens in Vertikalrichtung vorgesehen, können vorteilhaft Öffnungen in verschiedenen Bereichen an der Abschirmvorrichtung vorgesehen sein, um unabhängig von der vertikalen Stellung der Abschirmeinrichtung stets einen Wasserablauf zu ermöglichen. Die Öffnungen können dabei Abmessungen von wenigen Zentimetern, insbesondere 1 bis 2 cm haben. Es ist jedoch auch möglich, Öffnungen mit kleineren Durchmessern, beispielsweise von 0,5 mm, oder auch größeren Durchmessern vorzusehen. Es kann besonders einfach sein, kreisförmige Öffnungen vorzusehen, es sind jedoch auch eine Vielzahl anderer Formen möglich. Es können beispielsweise rechteckige, ovale, halbkreisförmige oder halbovalförmige Öffnungen vorgesehen werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Öffnungen direkt am bodenseitigen Rand der Abschirmeinrichtung angeordnet sind.
Um eine Anpassbarkeit der Höhe der Abschirmeinrichtung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die Abschirmeinrichtung wenigstens einen ersten rah- menförmigen und einen zweiten rahmenförmigen Teilrahmen umfasst, wobei im am Boden befestigten Zustand der Abschirmeinrichtung der erste Teilrahmen am Boden befestigt ist und der zweite Teilrahmen derart geführt ist, dass er senkrecht zum Boden gegenüber dem ersten Teilrahmen zur Anpassung der Höhe teleskopartig verschiebbar ist. Dabei ist der zweite Teilrahmen insbesondere am ersten Teilrahmen direkt oder indirekt gelagert. Es ist ergänzend möglich, einen Aktor zur Verschiebung des zweiten Teilrahmens bezüglich des ersten Teilrahmens an der Abschirmeinrichtung vorzusehen. Es ist jedoch auch möglich, die relative Lage des ersten und des zweiten Teilrahmens durch mechanische Rückstellelemente wie Federn oder Ähnliches festzulegen. Wird ein Aktor zur relativen Verschiebung vorgesehen, kann die Steuerung des Aktors dabei insbesondere durch eine Steuereinrichtung erfolgen, die eine Kommunikationseinrichtung umfasst oder mit dieser kommuniziert. Die Kommunikationseinrichtung kann mit einer Komponente eines Fahrzeugs, an das Energie übertragen werden soll, kommunizieren. So ist es beispielsweise möglich, an der Abschirmeinrichtung ein Auslesegerät zum Auslesen eines an einem Fahrzeug angeordneten RFID-Chips vorzusehen. Der Vorteil hierbei ist, dass RFID-Chips rein passiv ausgebildet werden können, so dass an eine Karosserie oder einem Fahrwerk eines Fahrzeugs eine passive Komponente vorgesehen werden kann, die durch die Abschirmeinrichtung ausgelesen werden kann, um eine fahrzeugseitig vorgebbare Höhe der Abschirmeinrichtung einzustellen.
Selbstverständlich wäre es auch möglich, an der Abschirmeinrichtung Sensoren wie Kraftsensoren, Kameras oder Ähnliches vorzusehen, um eine Höheneinstellung der Abschirmeinrichtung zu steuern.
Daneben betrifft die Erfindung eine Energieübertragungseinrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung an ein Fahrzeug, umfassend eine Primärspule zur kontaktlosen Übertragung von Energie über einen Zwischenraum zu einer fahrzeugseitigen Sekundärspule, wobei die Primärspule in oder an einem Bereich des Bodens angeordnet ist, wobei an dem Boden eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung relativ zum Boden fest oder in wenigstens eine Richtung verschiebbar befestigt ist, die den Bereich rahmenförmig umgibt.
Durch die erfindungsgemäße Nutzung einer erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung als Teil der Energieübertragungseinrichtung wird zum einen ein Schutz gegen ein Einbringen von Gegenständen, Körperteilen oder Kleintieren in den Bereich zwischen der Primär- und der Sekundärspule während des Ladevorgangs bereitgestellt. Dadurch wird die Sicherheit beim Betrieb der Energieübertragungseinrichtung erhöht. Zudem wird die Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlung zur Energieübertragung im Wesentlichen auf den Bereich innerhalb des Rahmens eingeschränkt. Außerhalb des Rahmens ist die elektromagnetische Strahlung stark abgeschirmt. Dadurch kann die erfindungsgemäße Energieübertragungseinrichtung wesentlich stärkere elektromagnetische Wechselfelder zur Energieübertragung nutzen. Insbesondere kann so erreicht werden, dass Batterien eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, schneller geladen werden können.
Durch eine verschiebbare Anordnung der Abschirmeinrichtung am Boden wird insbesondere erreicht, dass die Höhe der Abschirmeinrichtung über den Boden angepasst werden kann, um eine Anpassung der Energieübertragungseinrichtung an Fahrzeuge mit unterschiedlichen Bodenfreiheiten zu ermöglichen. Es ist jedoch auch möglich, die Abschirmeinrichtung horizontal über den Boden verschiebbar anzuordnen, so dass die Abschirmeinrichtung beispielsweise seitlich unter ein über der Energieübertragungseinrichtung angeordnetes Fahrzeug eingebracht werden kann. Dies kann vorteilhaft sein, da manche Fahrzeuge im Heck bzw. Frontbereich weniger Bodenfreiheit aufweisen als im seitlichen Bereich bzw. dem Bereich der Sekundärspule. Zudem ist es durch ein solches horizontales Einfahren der Abschirmeinrichtung auch möglich, verschiedene Abschirmeinrichtungen vorzusehen und abhängig von der Art und/oder der Bodenfreiheit und/oder der Größe der Sekundärspule des Fahrzeugs unterschiedliche Abschirmeinrichtungen zu wählen und horizontal unter das Fahrzeug zu führen.
Die Primärspule der Energieübertragungseinrichtung kann dabei in den Boden eingelassen sein, wobei ein direktes Einlassen der Primärspule in den Boden möglich ist, die Primärspule jedoch auch in einem Gehäuse angeordnet sein kann. Zudem ist es möglich, dass die Primärspule in einem separaten Gehäuse oder freiliegend auf dem Boden angeordnet ist.
Die Abschirmeinrichtung kann dabei gemeinsam mit dem Boden eine wan- nenförmige Anordnung bilden, die ein einseitig auf der dem Boden abgewandten Seite offenes inneres Volumen begrenzt. Die wannenförmige Anordnung kann dabei abgesehen von der offenen Seite im Wesentlichen geschlossen sein, wobei jedoch Öffnungen zum Wasserabfluss vorgesehen werden können.
Die Abschirmeinrichtung oder eine Komponente der Abschirmeinrichtung kann dabei senkrecht zum Boden verschiebbar sein. Es ist möglich, dass die Abschirmeinrichtung beispielsweise in den Boden ein- und aus dem Boden ausfahrbar ist. Es ist jedoch auch möglich, dass nur Teile der Abschirmeinrichtung, beispielsweise die oben beschriebenen Teilrahmen, relativ zueinander verschoben werden. Dabei beschreibt eine senkrechte Verschiebung auch solche Verschiebungen, die nur im Wesentlichen senkrecht sind, d. h. bei denen eine Verschiebung mit einem kleinen Winkel zur Senkrechten zum Boden, von insbesondere weniger als 30° erfolgt.
Die Energieübertragungseinrichtung kann dabei wenigstens einen Aktor zur Verschiebung der Abschirmeinrichtung oder der verschiebbaren Komponente der Abschirmeinrichtung in Richtung senkrecht zum Boden umfassen.
Es ist insbesondere möglich, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Kommunikationseinrichtung zur Drahtloskommunikation mit einem Fahrzeug und eine Steuereinrichtung umfasst, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer durch die Kommunikationseinrichtung empfange- nen Kommunikationsinformation den Aktor anzusteuern. Die Kommunikation mit dem Fahrzeug kann dabei erfolgen, wie bereits bezüglich einer relativen Verschiebung von Teilrahmen der Abschirmeinrichtung beschrieben.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die relative Position der Abschirmeinrichtung oder der verschiebbaren Komponenten in Richtung senkrecht zum Boden durch wenigstens ein mechanisches Rückstellelement festgelegt ist. Das mechanische Rückstellelement kann dabei insbesondere eine Feder sein, es ist jedoch auch ein Verschieben gegen ein Gegengewicht oder Ähnliches möglich. Die Positionsfestlegung durch ein Rückstellelement kann auch mit einer Vertikalverschiebung durch einen Aktor kombiniert werden. Beispielsweise kann die grundsätzliche Festlegung der Höhe der Abschirmeinrichtung über dem Boden durch einen Aktor festgelegt werden. Durch ein Anordnen eines Rückstellelements zwischen dem Aktor und der verschiebbaren Komponente bzw. der Abschirmeinrichtung gibt die Abschirmeinrichtung jedoch in Vertikalrichtung nach, wodurch Beschädigungen an der Energieübertragungseinrichtung oder dem Fahrzeug verhindert werden können.
Daneben betrifft die Erfindung eine Anordnung zur kontaktlosen Energieübertragung, aufweisend ein Fahrzeug mit einer Sekundärspule zur kontaktlosen Energieübertragung, wobei das Fahrzeug derart über einer der beschriebenen Ausführungsformen einer Energieübertragungseinrichtung angeordnet ist, dass die Sekundärspule oberhalb der Primärspule der Energieübertragungseinrichtung angeordnet ist. Damit ist eine kontaktlose Energieübertragung von der Primärspule zur Sekundärspule möglich, wobei der Bereich zwischen der Primärspule und der Sekundärspule zumindest teilweise von der erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung umgeben ist, wodurch zum einen ein Eindringen von Gegenständen oder Körperteilen in den Bereich zwischen Primärspule und Sekundärspule verhindert werden kann und zum anderen die elektromagnetischen Wechselfelder der Primärspule im Wesentlichen auf den Bereich innerhalb der Abschirmeinrichtung eingeschränkt werden. Dabei kann sich die Abschirmeinrichtung von dem Boden bis zu einem Unterboden oder einer die Sekundärspule tragenden Komponente des Fahrzeugs erstrecken. Es ist jedoch auch möglich, dass zwischen der Oberkante der Abschirmeinrichtung und dem Unterboden bzw. der die Sekundärspule tragende Komponente ein schmaler Spalt von wenigen Zentimetern, beispielsweise 1 bis 2 cm vorgesehen ist.
Insgesamt kann erreicht werden, dass die Abschirmeinrichtung und das Fahrzeug insbesondere der Unterboden des Fahrzeugs, gemeinsam mit dem Boden ein auf allen Seiten abgeschlossenes Volumen begrenzen. Dabei kann das Volumen insbesondere nur im Wesentlichen abgeschlossen sein, wobei, wie oben beschrieben, zum einen Öffnungen für das Ablaufen von angesammeltem Wasser vorgesehen sein können und zum anderen ein schmaler Spalt zwischen dem oberen Rand der Abschirmeinrichtung und dem Fahrzeug vorgesehen sein kann.
Insgesamt wird in der erfindungsgemäßen Anordnung ein guter Eindringschutz gegen das Eindringen von Gegenständen, Tieren und Körperteilen in den felddurchfluteten Bereich erreicht und es wird der felddurchflutete Bereich im Wesentlichen auf den Bereich innerhalb der Abschirmeinrichtung begrenzt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung, die eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung umfasst,
Fig. 2 eine geschnittene Prinzipdarstellung der Abschirmeinrichtung aus Fig. 1 entlang der Schnittlinie A-A,
Fig. 3 eine geschnittene Prinzipdarstellung der Abschirmeinrichtung aus Fig. 1 entlang der Linie B-B, Fig. 4 eine Detailansicht einer Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieübertragungseinrichtung umfassend eine erfindungsgemäße Abschirmeinrichtung,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abschirmeinrichtung von oben, und
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäße Anordnung zur kontaktlosen Energieübertragung.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiel einer Energieübertragungseinrichtung 1 zur kontaktlosen Energieübertragung an ein Fahrzeug. Die Energieübertragungseinrichtung 1 umfasst eine Abschirmeinrichtung 2, die an einem Boden 3 befestigt ist, derart, dass sie rahmenförmig einen Bereich oberhalb des Bodens 3 umgibt, in dem eine Primärspule 4 angeordnet ist. Die Abschirmeinrichtung 2 ist ein rechteckiger Rahmen mit vier Seitenwänden und offenen Flächen an der Ober- und Unterseite. Sie weist dabei einen bodenzugewandten Abschnitt 5 und einen bodenabgewandten Abschnitt 9 des Rahmens auf. Im bodenzugewandten Abschnitt 5 sind die vier Seitenwände der Abschirmeinrichtung 2 aus metallischen Platten 6 aus Aluminium gebildet, die von einem elastisch biegbaren Material 8, das Silikon ist, umgeben sind.
An die Platten 6 ist ein Bereich 7 angeformt, mit dem die Platten am Boden 3 befestigt sind. Die Befestigung erfolgt, indem der Bereich 7 in den Boden 3, der ein Betonboden ist, eingegossen ist. Alternativ wäre es möglich, eine lösbare Verbindung der Abschirmeinrichtung 2 mit dem Boden 3 vorzusehen. Dies wäre beispielsweise möglich, indem an die Platten 6 Erdspieße angeformt sind und der Boden 3 aus Erde besteht. Es wäre jedoch auch möglich, an der Abschirmeinrichtung 2 Befestigungseinrichtungen beispielsweise Klemmen, vorzusehen und am Boden Befestigungseinrichtungen vorzusehen, die zur Verbindung mit den abschirmeinrichtungsseitig vorgesehenen Befestigungseinrichtungen ausgebildet sind. Eine entsprechende lösbare Verbindung kann kraft- und/oder formschlüssig ausgebildet sein.
Insbesondere ist es möglich, dass eine Befestigung am Boden derart erfolgt, dass eine horizontale Verschiebung der Abschirmeinrichtung unterbunden ist, d. h., dass ein vertikales Einschieben oder Herausziehen der Abschirmeinrichtung 2 in oder aus Aufnahmen im Boden 3 jederzeit möglich ist.
In der Abschirmeinrichtung 2 wird als elastisch biegbares Material 9 Silikon verwendet. In dem bodenabgewandten Abschnitt 9 ist die Abschirmeinrichtung 2 ausschließlich aus dem elastisch biegbaren Material 8, d. h. aus Silikon gebildet. Damit wird erreicht, dass bei einem Kontakt eines Fahrzeugs mit der Abschirmeinrichtung 2, beispielsweise des Unterbodens des Fahrzeugs oder einer Stoßstange, dieser Kontakt üblicherweise ausschließlich mit dem bodenabgewandten Abschnitt 9, d. h. mit dem elastisch biegbaren Material 8 erfolgt. Dadurch wird verhindert, dass das Fahrzeug durch die Abschirmeinrichtung 2 beschädigt wird. Da das elastisch biegbare Material 8 ein Rückstellvermögen aufweist, kehrt die Abschirmeinrichtung 2, sobald kein Kontakt zum Fahrzeug oder einem weiteren Gegenstand mehr besteht, in die ursprüngliche Form zurück.
Durch die Abschirmeinrichtung 2 und den Boden 3 wird gemeinsam ein wan- nenförmiger Innenraum 10 gebildet. Vorteilhaft wird durch die Nutzung der Abschirm Vorrichtung 2 erreicht, dass bei Nutzung der Energieübertragungseinrichtung 1 zur Energieübertragung an ein Fahrzeug zum einen ein Einbringen von Gegenständen, Körperteilen oder Ähnlichem in den Innenraum 10 verhindert wird, zum anderen die elektromagnetischen Wechselfelder, die zur Energieübertragung genutzt werden, im Wesentlichen auf den Innenraum 10 beschränkt sind.
Zur Verdeutlichung des rahmenförmigen Aufbaus der Abschirmeinrichtung 2 zeigt Fig. 2 einen Schnitt durch die Abschirmeinrichtung 2 entlang der Linie A-A, d. h. im bodenzugewandten Abschnitt 5, und Fig. 3 einen Schnitt durch die Abschirmeinrichtung 2 entlang der Linie B-B, d. h. im bodenabgewandten Abschnitt 9. Dabei ist Fig. 2 zu entnehmen, dass die metallische Platte 6 im bodenzugewandten Abschnitt 5 beidseitig von dem elastisch biegbaren Material 8, d. h. von Silikon, umgeben ist. In der geschnittenen Darstellung in Fig. 2 ist auch besonders gut zu erkennen, dass durch die Abschirmvorrichtung 2 der Innenraum 10 vollständig rahmenförmig umgeben wird. Fig. 3 zeigt den entsprechenden Schnitt durch die Abschirmeinrichtung 2 im bo- denabgewandten Abschnitt 9, in dem die Abschirmeinrichtung 2 vollständig aus dem elastisch biegbaren Material 8 gebildet ist.
Fig. 4 zeigt eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Energieübertragungseinrichtung 1 zur kontaktlosen Energieübertragung. Dabei entsprechen der Boden 3 sowie die Primärspule 4 vollständig den mit Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Elementen. Die Abschirmeinrichtung 11 , von der in Fig. 3 nur der bodenzugewandte Abschnitt gezeigt ist, ist ähnlich zu der in Fig. 1 gezeigten Abschirmeinrichtung 2 aufgebaut. Die Wände der Abschirmeinrichtung 11 sind ebenfalls aus Aluminiumplatten 12 gebildet und weisen Befestigungsabschnitte 13 auf, die im Boden 3 verankert sind. Die metallischen Platten 12 sind hier ebenfalls mit einem elastisch biegbaren Material 14 umgeben. Wesentlicher Unterschied zur in Fig. 1 gezeigten Abschirmeinrichtung 2 ist, dass die Abschirmeinrichtung 11 in einem zum Boden benachbarten Bereich Öffnungen 15 aufweist, um angesammeltes oder sich ansammelndes Wasser entweichen zu lassen. Diese Öffnungen 15 durchbrechen sowohl die metallische Platte 12 als auch das elastisch biegbare Material 14. Dabei ist im Bereich 30, der Berandung der Öffnung 15, eine den Rand der Öffnung 15 bildende Schicht aus dem elastisch biegsamen Material vorgesehen, die die metallische Platte 12 von der Öffnung 15 trennt. Damit ist die metallische Platte 12 vollständig von dem elastisch biegbaren Material 14 umschlossen, so dass ein Kontakt mit Luft oder Wasser verhindert wird, wodurch auch eine Oxidation der metallischen Platte 12 verhindert wird.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Abschirmeinrichtung 16 zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung bei einer kontaktlosen Energieübertragung. Die Abschirmeinrichtung 16 ist dabei aus zwei Teilrah- men 17, 18 gebildet, wobei der innere erste Teilrahmen 18 an einem Boden befestigbar oder befestigt ist und im Wesentlichen aufgebaut ist, wie der bodenzugewandte Abschnitt 5 der in Fig. 1 gezeigten Abschirmeinrichtung 2, jedoch zusätzlich ein Führungselement 19 aufweist, das schwalbenschwanz- förmig in den äußeren zweiten Teilrahmen 17 eingreift. Der zweite Teilrahmen 17 ist aus elastisch biegbarem Material gebildet und, durch das Führungselement 19 geführt, gegenüber dem am Boden befestigbaren ersten Teilrahmen 18 in Richtung senkrecht zum Boden verschiebbar. Durch diese Verschiebbarkeit kann die Abschirmeinrichtung 16 an die Bodenfreiheit eines Fahrzeugs, zu dem Energie übertragen werden soll, angepasst werden. Im einfachsten Fall ist der zweite Teilrahmen 17 dabei allein durch Reibkraft am ersten Teilrahmen 18 gehaltert. In diesem Fall kann durch ein manuelles Einstellen der Abschirmeinrichtung 16 vor der Nutzung die Abschirmeinrichtung entsprechend dem Fahrzeug, zu dem Energie übertragen werden soll, eingestellt werden.
Alternativ wäre es möglich, zwischen dem ersten Teilrahmen 18 und dem zweiten Teilrahmen 17 ein mechanisches Rückstellelement oder einen Aktor zur relativen Verschiebung der Teilrahmen 17, 18 anzuordnen. Bei einer Nutzung eines Aktors kann die Steuerung des Aktors erfolgen, wie im Folgenden mit Bezug auf Fig. 6 für einen Aktor 26 zur vertikalen Verschiebung der gesamten Abschirmeinrichtung 23 beschrieben.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur kontaktlosen Energieübertragung. Die Anordnung zur kontaktlosen Energieübertragung umfasst dabei eine Energieübertragungseinrichtung 20 sowie ein Fahrzeug 21 , wobei das Fahrzeug 21 derart über der Energieübertragungseinrichtung 20 angeordnet ist, dass die Sekundärspule 22 des Fahrzeug 21 sich oberhalb der Primärspule 4 der Energieübertragungseinrichtung 20 befindet. Wird nun die Primärspule 4 mit Wechselstrom bestromt, so entstehen im Bereich über der Primärspule 4 elektromagnetisch Wechselfelder, die in der Sekundärspule 22 Spannungen induzieren. Damit stellt die Sekundärspule 22 Ströme bereit, mit denen beispielsweise eine Batterie 31 des Fahrzeug 21 geladen werden kann. Die Energieübertragungseinrichtung 20 umfasst dabei eine Abschirmeinrichtung 23, die die Primärspule 4 rahmenförmig umgibt.
Die Abschirmeinrichtung 23 ist durch den Aktor 26 in Vertikalrichtung verschiebbar. In Fig. 5 ist die Abschirmeinrichtung 23 in einer eingezogenen Stellung gezeigt, in der sie kaum aus dem Boden 3 ragt. Ist die Abschirmeinrichtung 23 eingezogen, entspricht dies ungefähr einer Nutzung einer Energieübertragungseinrichtung, die keine zusätzliche Abschirmeinrichtung aufweist. Um einen möglichst guten Schutz gegen das Einbringen von Gegenständen, Körperteilen und Ähnlichem sowie eine möglichst gute elektromagnetische Abschirmung zu erreichen, soll die Abschirmeinrichtung 23 soweit ausgefahren werden, dass sie im Kontakt mit dem Unterboden 25 des Fahrzeug 21 ist oder dass zwischen dem Unterboden 25 und der Abschirmeinrichtung 23 nur noch ein schmaler Spalt von ca. 1 bis 2 cm vorhanden ist. Dies entspricht dem in Fig. 5 gestrichelt dargestellten Zustand 24. Da die Energieübertragungseinrichtung 20 jedoch für verschiedene Fahrzeuge mit verschiedenen Bodenfreiheiten genutzt werden soll, ist der Zustand 24, in dem eine optimale Abschirmung des Bereichs zwischen der Primärspule 4 und der Sekundärspule 22 erreicht wird, für verschiedene Fahrzeuge unterschiedlich.
In der gezeigten Anordnung ist daher im Fahrzeug 21 ein RFID-Chip vorgesehen. RFID-Chips sind rein passive Schaltkreise, die durch durch Funkwellen bereitgestellte Energie betrieben werden. Die Energieübertragungseinrichtung 20 umfasst dabei eine Kommunikationseinrichtung 28, die als ein RFI D-Lesegerät ausgebildet ist und die durch die Steuereinrichtung 27 der Energieübertragungseinrichtung 20 gesteuert wird. Dabei erkennt die Kommunikationseinrichtung 28 das Herannahen des Fahrzeugs 21 und liest drahtlos den RFID-Chip 29 des Fahrzeugs 21 aus. Der RFID-Chip 29 überträgt dabei Informationen über die Bodenfreiheit des Fahrzeugs 21. Abhängig von der durch die Kommunikationseinrichtung 28 empfangenen Bodenfreiheit des Fahrzeugs 21 wird die Abschirmeinrichtung 23 genau soweit ausgefahren, dass sie im optimalen Zustand 24 zur Abschirmung der elekt- romagnetischen Strahlung und zum Verhindern des Eindringens von Drittgegenständen während der Energieübertragung an das Fahrzeugs 21 ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Abschirmeinrichtung zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung, die bei einer kontaktlosen Energieübertragung von einer stationär in oder an einem Bereich eines Bodens (3) angeordneten Primärspule (4) zu einer an einem Fahrzeug (21 ) angeordneten Sekundärspule (22) entsteht, wobei die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) als Rahmen ausgebildet ist und derart an einem Boden (3), in oder an einem Bereich dessen stationär eine Primärspule (4) angeordnet ist, befestigbar oder befestigt ist, dass sie den Bereich rahmenförmig umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass sie zumindest abschnittsweise aus einem elastisch biegbaren Material (8, 14) gebildet ist.
2. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie wenigstens eine metallische Platte (6, 12) und/oder wenigstens eine metallische Folie und/oder metallische Partikel und/oder wenigstens ein metallisches Gewebe umfasst.
3. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die metallische Platte (6, 12) und/oder die metallische Folie und/oder die metallischen Partikel und/oder das metallische Gewebe zumindest teilweise von dem oder einem elastisch biegbaren Material (8, 14) umhüllt ist bzw. sind.
4. Abschirmeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei sie wenigstens eine metallische Platte (6, 12) umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) einen im am Boden befestigten Zustand bodenzugewandten und einen bodenabgewandten Abschnitt (5, 9) des Rahmens aufweist, wobei die metallische Platte (6, 12) im bodenzugewandten Abschnitt (5) vertikal verlaufend angeordnet ist und der bodenabgewandte Abschnitt (9) aus elastisch biegbarem Material (8, 14) gebildet ist.
5. Abschirmeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass an ihr wenigstens eine Öffnung (15) vorhanden ist, um innerhalb des Rahmens angesammeltes oder sich ansammelndes Wasser entweichen zu lassen.
6. Abschirmeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) wenigstens einen ersten rahmenförmigen und einen zweiten rahmenförmigen Teilrahmen (17, 18) umfasst, wobei im am Boden befestigten Zustand der Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) der erste der Teilrahmen (18) am Boden befestigt ist und der zweite Teilrahmen (17) derart geführt ist, dass er senkrecht zum Boden gegenüber dem ersten Teilrahmen (18) zur Anpassung der Höhe teleskopartig verschiebbar ist.
7. Energieübertragungseinrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung an ein Fahrzeug, umfassend eine Primärspule (4) zur kontaktlosen Übertragung von Energie über einen Zwischenraum zu einer fahrzeug- seitigen Sekundärspule (22), wobei die Primärspule (4) in oder an einem Bereich eines Bodens (3) angeordnete ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Boden (3) eine Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) nach einem der vorangehenden Ansprüche relativ zum Boden (3) fest oder in wenigstens eine Richtung verschiebbar befestigt ist, die den Bereich rahmenförmig umgibt.
8. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) gemeinsam mit dem Boden (3) eine wannenförmige Anordnung bildet, die ein einseitig auf der dem Boden (3) abgewandten Seite offenes inneres Volumen (10) begrenzt.
9. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) oder wenigstens eine Komponente der Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) senkrecht zum Boden verschiebbar ist.
10. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie wenigstens einen Aktor (26) zur Verschiebung der Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) oder der verschiebbaren Komponente der Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) in Richtung senkrecht zum Boden (3) aufweist.
11. Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass sie eine Kommunikationseinrichtung (28) zur Drahtloskommunikation mit einem Fahrzeug (21 ) und eine Steuereinrichtung (27) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (27) ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer durch die Kommunikationseinrichtung (28) empfangenen Kommunikationsinformation den Aktor (26) anzusteuern.
12. Energieübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet,
dass die relative Position der Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) oder der verschiebbaren Komponente in Richtung senkrecht zum Boden (3) durch wenigstens ein mechanisches Rückstellelement festgelegt ist.
13. Anordnung zur kontaktlosen Energieübertragung, aufweisend ein Fahrzeug (21 ) mit einer Sekundärspule (22) zur kontaktlosen Energieübertragung,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fahrzeug (21 ) derart über der Energieübertragungseinrichtung (1 , 20) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 angeordnet ist, dass die Sekundärspule (22) oberhalb der Primärspule (4) der Energieübertragungseinrichtung (1 , 20) angeordnet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) von dem Boden (3) bis zu einem Unterboden (25) oder einer die Sekundärspule (22) tragenden Komponente des Fahrzeugs (21 ) erstreckt.
15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) und das Fahrzeug (21 gemeinsam mit dem Boden (3) ein auf allen Seiten abgeschlossenes Volumen begrenzen.
16. Anordnung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2, 11 , 16, 23) und der Unterboden (25) des Fahrzeugs (21 ) gemeinsam mit dem Boden (3) das auf allen Seiten abgeschlossene Volumen begrenzen.
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