DE102017206440A1

DE102017206440A1 - Spule mit einer Flachleitung

Info

Publication number: DE102017206440A1
Application number: DE102017206440.4A
Authority: DE
Inventors: Josef Krammer; Marius Haßler; Volker Mahrla; Florian Niedermeier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-10-04
Also published as: DE102017206439A1

Abstract

Es wird eine elektrische Spule (300) beschrieben. Die elektrische Spule (300) umfasst N Windungen einer elektrischen Flachleitung (500), mit N>1. Dabei umfasst die elektrische Flachleitung (500) L elektrische Leiter (502), die durch eine Isolierung voneinander elektrisch isoliert sind, mit L>1. Die L elektrischen Leiter (502) sind auf einer Flachleitungsebene der Flachleitung (500) nebeneinander angeordnet. Des Weiteren weist die elektrische Flachleitung (500) entlang einer Richtung senkrecht zu der Flachleitungsebene weniger als L elektrische Leiter (502) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spule, insbesondere eine Spule zum induktiven Laden, die eine Flachleitung als HF-Litze umfasst.
Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie, in der elektrische Energie zum Betrieb einer Elektromaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.
Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Insbesondere zeigt 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Speicher 103 für elektrische Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie). Das Fahrzeug 100 umfasst eine sogenannte Sekundärspule im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule über eine nicht gezeigte Impedanzanpassung und einen Gleichrichter 101 mit dem Speicher 103 für elektrische Energie verbunden ist. Die Sekundärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten „Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 102.
Die Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 kann über einer Primärspule positioniert werden, wobei die Primärspule z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT-Bodeneinheit 111. Die Primärspule ist mit einer Stromversorgung 110 verbunden.
Die Stromversorgung 110 kann einen Radio-Frequenz-Generator umfassen, der einen AC (Alternating Current) Strom in der Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 erzeugt, wodurch ein magnetisches Feld (insbesondere ein elektromagnetisches Ladefeld) induziert wird. Das elektromagnetische Ladefeld kann einen vordefinierten Ladefeld-Frequenzbereich aufweisen. Der Ladefeld-Frequenzbereich kann im Bereich von 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz) liegen.
Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule der WPT-Bodeneinheit 111 und Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 über die Unterbodenfreiheit 120 wird durch das magnetische Feld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule der WPT-Fahrzeugeinheit 102 wird durch den Gleichrichter 101 gleichgerichtet und im Speicher 103 gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von der Stromversorgung 110 zum Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade-Steuergerät 105 gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät 105 kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos, mit der Ladeeinheit 110 (z.B. mit einer Wallbox) oder mit der WPT-Bodeneinheit 111 zu kommunizieren.
Die Primärspule und/oder die Sekundärspule umfassen typischerweise jeweils zumindest eine elektrische Leitung, die eine Vielzahl von Windungen der Primärspule oder der Sekundärspule bildet. Es werden dabei aufgrund der relativ hohen Unterbodenfreiheit 120 relativ große Spulen verwendet. Des Weiteren sind aufgrund der relativ hohen zu übertragenden Leistung relativ hohe Leitungsquerschnitte erforderlich. Aufgrund der relativ hohen Ladefeld-Frequenz ist dabei eine elektrische Leitung typischerweise als HF (Hochfrequenz)-Litze mit einer Vielzahl von Einzeldrähten ausgebildet, um die Auswirkungen von Stromverdrängungseffekten, wie dem Skin- und dem Proximity-Effekt, auf den elektrischen Widerstand der elektrischen Leitung zu reduzieren.
Eine effektive Reduzierung der Auswirkungen der unterschiedlichen Stromverdrängungseffekte auf den elektrischen Widerstand erfordert typischerweise die Verwendung von Einzeldrähten mit einem relativ kleinen Durchmesser (z.B. im Bereich von 0,05 bis 0,1mm). Die Herstellung und Weiterverarbeitung von derart dünnen Einzeldrähten führt zu relativ hohen Kosten.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Spule, insbesondere eine Spule zum induktiven Laden bereitzustellen, die die Verwendung einer elektrischen Leitung ermöglicht, die Einzeldrähte mit einem relativ hohen Durchmesser aufweist, so dass die Kosten der Spule reduziert werden.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine elektrische Spule beschrieben. Die Spule kann insbesondere für das induktive Laden eines Speichers zur Speicherung von elektrischer Energie für den Antrieb eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb, z.B. eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Motorrads, ausgelegt sein. Des Weiteren kann die Spule für die Übertragung von elektrischer Energie mit einer Ladefeld-Frequenz im Bereich von 80kHz bis 90kHz ausgelegt sein. Die elektrische Spule umfasst N Windungen einer elektrischen Flachleitung, mit N>1 (typischerweise N>2, 5, 7 oder 10).
Die elektrische Flachleitung umfasst L elektrische Leiter, die durch eine Isolierung voneinander elektrisch isoliert sind, mit L>1 (typischerweise L>5 oder L>10). Die L elektrischen Leiter sind auf einer Flachleitungsebene der Flachleitung nebeneinander angeordnet. Insbesondere können die L elektrischen Leiter in der Flachleitungsebene parallel zueinander verlaufen.
Ein elektrischer Leiter kann ein Einzeldraht sein, z.B. mit einem runden oder mit einem rechteckigen Querschnitt. Alternativ kann ein elektrischer Leiter ein Drahtpacket mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten umfassen. Die Einzeldrähte eines Drahtpackets können dabei jeweils durch eine Isolierschicht voneinander elektrisch isoliert sein.
Die elektrische Flachleitung weist entlang der Richtung senkrecht zu der Flachleitungsebene weniger als L elektrische Leiter auf. Insbesondere kann die elektrische Flachleitung entlang der Richtung senkrecht zu der Flachleitungsebene genau einen elektrischen Leiter aufweisen. Die Flachleitung kann somit eine Breite aufweisen, die größer als eine Höhe der Flachleitung ist. Die L elektrischen Leiter können dabei entlang der Breite der Flachleitung nebeneinander angeordnet sein, d.h. die Flachleitungsebene kann der Breite der Flachleitung entsprechen. Die Breite kann z.B. um einen Faktor 2, 4, 5, 10 oder mehr bzw. um einen Faktor L größer sein als die Höhe der Flachleitung.
Die Richtung senkrecht zu der Flachleitungsebene kann der Richtung einer Zentralachse der Spule entsprechen. Die N Windungen der Flachleitung können um die Zentralachse herum verlaufen. Die Höhe der Flachleitung kann zumindest teilweise der Richtung der Zentralachse entsprechen.
Die Verwendung einer Flachleitung zum Aufbau einer Spule ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der L elektrischen Leiter innerhalb der N Windungen der Spule. Durch eine gleichmäßige Verteilung kann der Verlauf der magnetischen Flussdichte entlang des Querschnitts der Spule vergleichmäßigt werden. Insbesondere wird eine gleichmäßige Verteilung der Stromdichte innerhalb der L elektrischen Leiter ermöglicht. Folglich können die Auswirkungen von Stromverdrängungseffekten reduziert werden. Dies ermöglicht die Verwendung von elektrischen Leitern mit einem relativ großen Durchmesser, wodurch die Kosten einer Spule reduziert werden können. Beispielsweise können die elektrischen Leiter jeweils einen Durchmesser aufweisen, der zwischen einer einfachen und einer doppelten Eindringtiefe des Skin-Effekts für den Wechselstrom liegt, mit dem die Spule betrieben wird.
Eine Windung der N Windungen der Spule kann einen ersten Kanten-Bereich umfassen, in dem die Flachleitung in eine erste Richtung verläuft. Der erste Kanten-Bereich verläuft dabei typischerweise entlang einer ersten Seite der Zentralachse der Spule. Außerdem kann eine Windung der N Windungen einen zweiten Kanten-Bereich umfassen, in dem die Flachleitung in eine zweite Richtung verläuft. Der zweite Kanten-Bereich verläuft dabei typischerweise entlang einer zweiten Seite der Zentralachse der Spule. Die erste Richtung und die zweite Richtung spannen einen Umlenkwinkel auf. Der Umlenkwinkel kann insbesondere ein Umlenkwinkel von 90° sein, bei einer häufig verwendeten nahezu rechteckförmigen Spule. Alternativ oder ergänzend können vielfältige Spulen-Geometrien gebildet werden, durch entsprechende Gestaltung einer Vielzahl von Kanten-Bereichen, die durch Umlenkwinkel verbunden sind. So weist eine Spule mit K Kanten und K Ecken bzw. Winkeln bei einem regelmäßigen K-Eck jeweils einen Umlenkwinkel von 360°/K. Alternativ oder ergänzend können unregelmäßige Vielecke als Spulen-Geometrie bereitgestellt werden. Allgemein kann somit eine Spule mit K Kanten-Bereichen und K Umlenk-Bereichen bereitgestellt werden, wobei die K Kanten-Bereiche gleiche oder zumindest teilweise unterschiedliche Kantenlängen aufweisen können und wobei die K Umlenk-Bereiche gleiche oder zumindest teilweise unterschiedliche Umlenkwinkel aufweisen können. Es kann somit ein K-Eck bzw. ein Trapez als Spule bereitgestellt werden, wobei K eine ganze Zahl ist, mit K>2. Dabei können Double D und/oder Zirkularspulen geformt werden.
Außerdem kann eine Windung der N Windungen einen Übergangs-Bereich (z.B. eine Ecke) umfassen, in dem die Flachleitung von der ersten Richtung in die zwei Richtung umgelenkt wird. Durch den ersten Kanten-Bereich und durch den zweiten Kanten-Bereich kann z.B. eine halbe Windung bereitgestellt werden.
Die Flachleitung kann somit in einer Abfolge von Kanten-Bereichen mit unterschiedlichen Richtungen und Umlenk-Bereichen zur Umlenkung der Flachleitung zwischen den unterschiedlichen Richtungen die N Windungen der Spule bilden. Dabei können die unterschiedlichen Richtungen vier unterschiedliche Richtungen umfassen, die an Umlenk-Bereichen jeweils einen Umlenkwinkel von 90° aufspannen. Mit anderen Worten, die Kanten-Bereiche können in vier unterschiedlichen Richtungen verlaufen, die an Umlenk-Bereichen jeweils senkrecht aufeinander stehen. Dabei kann die Flachleitung rechteckförmig um die Zentralachse der Spule angeordnet sein, um eine rechteckförmige Spule bereitzustellen, wobei die Umlenk-Bereiche zur Umlenkung der Flachleitung die Ecken der rechteckförmigen Spule bilden.
Allgemein können die unterschiedlichen Richtungen K unterschiedliche Richtungen umfassen, wobei K eine ganze Zahl ist, mit K>2. Die K unterschiedlichen Richtungen spannen an K Umlenk-Bereichen jeweils einen Umlenkwinkel auf. Die Summe der Umlenkwinkel ist dabei 360°. Die Umlenkwinkel können ggf. alle gleich sein, so dass für die Umlenkwinkel 360°/K gilt. Es kann somit ein K-Eck als Spule bereitgestellt werden.
Durch die Abfolge von Kanten-Bereichen und Umlenk-Bereichen kann eine Spule bereitgestellt werden, die eine besonders gleichmäßige Verteilung der magnetischen Flussdichte innerhalb des Querschnitts der Spule aufweist. Somit können Stromverdrängungseffekte in besonders effektiver Weise reduziert werden.
Der erste Kanten-Bereich und der zweite Kanten-Bereich können sich jeweils zwischen zwei Übergangs-Bereichen der Spule erstrecken. Dabei kann die Flachleitung in dem ersten Kanten-Bereich und/oder in dem zweiten Kanten-Bereich geradlinig verlaufen. Es kann somit eine Spule mit geradlinigen Kanten bereitgestellt werden.
Die Flachleitungsebene der Flachleitung kann in dem ersten Kanten-Bereich und/oder in dem zweiten Kanten-Bereich senkrecht zu der Zentralachse der Spule angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Flachleitung kann derart um die Zentralachse der Spule gewickelt werden, dass die breite Fläche der Flachleitung senkrecht zu der Zentralachse angeordnet ist. So kann eine Spule bereitgestellt werden, die eine relativ geringe Bauhöhe (entlang der Zentralachse) aufweist. Dies ist insbesondere für das induktive Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs vorteilhaft (aufgrund der beschränkten Bodenfreiheit).
Die Flachleitung kann in einem Übergangs-Bereich über eine Wendestange verlaufen und so von der ersten Richtung in die zwei Richtung umgelenkt werden. Dabei kann die Wendestange entlang einer Winkelhalbierenden des Umlenkwinkels verlaufen, der von der ersten Richtung und der zweiten Richtung aufgespannt wird. Insbesondere kann die Wendestange in einem 45° Winkel relativ zu der ersten Richtung und relativ zu der zweiten Richtung angeordnet sein. Durch die Verwendung einer Wendestange kann eine effiziente und platzsparende Umlenkung der Flachleitung erfolgen. Des Weiteren kann durch den Durchmesser einer zylinderförmigen Wendestange der Biegeradius der elektrischen Leiter innerhalb der Flachleitung festgelegt werden. Insbesondere kann so das Unterschreiten eines Mindest-Biegeradius vermieden werden.
Die Umlenkung der Flachleitung in dem Umlenk-Bereich kann derart erfolgen, dass die Reihenfolge der L elektrischen Leiter der Flachleitung in Bezug auf die Zentralachse durch die Umlenkung umgekehrt wird. Dies wird beispielsweise durch die Umlenkung mittels einer Wendestange erreicht. Durch eine derartige Umlenkung wird erreicht, dass die Leiter der Flachleitung in dem ersten Kanten-Bereich vor dem Umlenk-Bereich in der Reihenfolge 1 bis L bezüglich der Zentralachse angeordnet sind und dass die Leiter der Flachleitung in dem zweiten Kanten-Bereich nach dem Umlenk-Bereich in der Reihenfolge L bis 1 bezüglich der Zentralachse angeordnet sind. Durch eine derartige Umkehr der Reihenfolge der elektrischen Leiter innerhalb der Spule kann eine weitere Reduzierung der Stromverdrängungseffekte bewirkt werden.
Die L elektrischen Leiter der Flachleitung können jeweils mit einer Isolierschicht umgeben sein, um die elektrischen Leiter voneinander elektrisch zu isolieren. Die Isolierschicht kann z.B. durch eine Ummantelung und/oder eine Lackierung der Leiter gebildet sein. Des Weiteren können die L elektrischen Leiter paarweise über die Isolierschicht, insbesondere mittels eines Stegs, miteinander verbunden sein, um die Flachleitung zu bilden.
Alternativ oder ergänzend können die L elektrischen Leiter der Flachleitung beabstandet zueinander (mit einem bestimmten Abstand) auf einem Trägerband befestigt sein. Die elektrische Isolation kann dann durch den Abstand bereitgestellt werden. Insbesondere können die L elektrischen Leiter keine eigene Isolierschicht aufweisen. So kann eine kosteneffiziente Flachleitung bereitgestellt werden. Die elektrische Isolation zwischen unterschiedlichen Windungen einer Spule kann dabei durch das Trägerband bewirkt werden.
Die Flachleitung kann in N unterschiedlichen Kanten-Bereichen für die N unterschiedlichen Windungen entlang der gleichen Richtung verlaufen, wobei die N unterschiedlichen Kanten-Bereiche für die N unterschiedlichen Windungen eine Kante der Spule bilden. Mit anderen Worten, N Abschnitte der Flachleitung können entlang einer Kante der Spule parallel zueinander verlaufen.
Die Spule kann vier geradlinige Kanten umfassen, von denen jeweils zwei parallel zueinander auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf die Zentralachse der Spule angeordnet sind. Insbesondere kann die Spule vier geradlinige Kanten aufweisen, wobei jede Kante senkrecht auf zwei anderen Kanten steht und parallel zu einer anderen Kante verläuft, um eine rechteckförmige Spule zu bilden. Allgemein kann die Spule K geradlinige Kanten umfassen, von denen jeweils zwei parallel zueinander auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf die Zentralachse der Spule angeordnet sind. Dabei ist K in diesem Fall eine gerade, ganze Zahl, mit K≥4 (z.B. K=4, 6, 8 oder mehr). Durch die paarweise parallele Anordnung von Kanten können Stromverdrängungseffekte reduziert werden.
In den N unterschiedlichen Kanten-Bereichen einer Kante einer Spule können zumindest einige der Abschnitte der Flachleitung auf der Flachleitungsebene nebeneinander angeordnet sein. Durch die Anordnung von mehreren Windungen in einer Ebene kann eine besonders flache Spule (mit einer niedrigen Bauhöhe) bereitgestellt werden. Des Weiteren können in den N unterschiedlichen Kanten-Bereichen einer Kante einer Spule zumindest einige der Abschnitte der Flachleitung senkrecht zu der Flachleitungsebene in unterschiedlichen Lagen übereinander angeordnet sein. Dabei kann ggf. zwischen zwei Lagen eine isolierende Zwischenschicht angeordnet werden. Durch die unterschiedliche Anordnung der Abschnitte der Flachleitung in unterschiedlichen Windungen einer Spule können die Eigenschaften einer Spule flexibel angepasst werden.
Die Abschnitte der Flachleitung in zwei parallel zueinander auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf die Zentralachse der Spule verlaufenden Kanten der Spule können zumindest teilweise unterschiedlich angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Windungen der Spule können zumindest in den unterschiedlichen Kanten der Spule teilweise unterschiedlich angeordnet sein. So kann das Design einer Spule angepasst werden, um Stromverdrängungseffekte zu minimieren.
Die Spule kann an einer Kante Kontakte aufweisen, an denen der Wechselstrom zum Betrieb der Spule eingespeist wird. Die Kontakte können durch einen Anfangsabschnitt und durch einen Endabschnitt der Flachleitung gebildet werden.
Wie bereits oben dargelegt, können Abschnitte der Flachleitung in unterschiedlichen Windungen der N Windungen in unterschiedlichen Lagen aufeinander angeordnet sein. Des Weiteren kann zwischen den Abschnitten der Flachleitung zumindest bereichsweise eine Zwischenschicht angeordnet sein. Dabei kann die Zwischenschicht in einem Umlenk-Bereich eine geringere Höhe entlang der Zentralachse aufweisen als in einem Kanten-Bereich. Durch die Bereitstellung einer Zwischenschicht können Eigenschaften der Spule eingestellt werden. Des Weiteren kann durch eine Zwischenschicht mit einer variierenden Dicke zumindest teilweise der Höhenunterschied einer Windung in einem Umlenk-Bereich und in einem Kanten-Bereich ausgeglichen werden. So kann eine Spule mit einer gleichmäßigen Höhe bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Spuleneinheit für ein induktives Ladesystem zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs beschrieben (z.B. eine WPT-Bodeneinheit oder eine WPT-Fahrzeugeinheit). Die Spuleneinheit umfasst eine in diesem Dokument beschriebene elektrische Spule. Außerdem kann die Spuleneinheit einen Spulenträger und eine Spulenabdeckung umfassen, die zumindest eine Kammer zur Aufnahme der N Windungen der elektrischen Flachleitung der elektrischen Spule bilden. Der Spulenträger kann z.B. ein Ferrit umfassen, um die Kopplungsgüte der Spule in einem induktiven Koppelsystem zu erhöhen.
Die von dem Spulenträger gebildete Kammer zur Aufnahme der N Windungen kann in einem Umlenk-Bereich der Spule eine größere Höhe (entlang der Zentralachse der Spule) aufweisen als in einem Kanten-Bereich der Spule. Die Kammer kann somit ausgebildet sein, die unterschiedliche Höhe in den Umlenk-Bereichen und in den Kanten-Bereichen einer Spule zumindest teilweise auszugleichen. Beispielsweise kann der Ferrit in einem Umlenk-Bereich dünner sein als in einem Kanten-Bereich. Somit können Höhenunterschiede der Spule ausgeglichen werden. Insbesondere kann so eine Spuleneinheit mit einer gleichmäßigen Höhe bereitgestellt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, welches eine WPT-Fahrzeugeinheit mit der in diesem Dokument beschriebenen elektrischen Spule umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ladestation zum Laden eines Fahrzeugs beschrieben, welche eine WPT-Bodeneinheit mit der in diesem Dokument beschriebenen elektrischen Spule umfasst.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems;
2a und 2b einen beispielhaften Aufbau einer Spulenanordnung;
3a, 3b und 3c einen beispielhaften Aufbau einer Spule und einer HF-Litze;
Fig. 4a und 4b beispielhafte Verläufe der magnetischen Flussdichte entlang der Windungen einer Spule;
5a zeigt den Querschnitt einer Spule mit mehreren Windungen einer Flachleitung;
5b, 5c, 5d und 5e zeigen beispielhafte Flachleitungen;
6a zeigt eine beispielhafte Spule mit einer Flachleitung in einer Draufsicht;
6b und 6c zeigen eine beispielhafte Umlenkung der Flachleitung in einem Umlenk-Bereich einer Spule;
6d und 6e zeigen Querschnitte einer Windung einer Spule in einem Kanten-Bereich bzw. in einem Umlenk-Bereich der Spule; und
7 zeigt unterschiedliche Anordnungen von Abschnitten einer Flachleitung an der Kante einer Spule.

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer kosten- und energieeffizienten Spule für induktives Laden.
2a und 2b zeigen den beispielhaften Aufbau einer Spulenanordnung, z.B. für eine WPT-Bodeneinheit 111 und/oder für eine WPT-Fahrzeugeinheit 102. Die Spulenanordnung weist typischerweise einen Ferrit, z.B. als Teil eines Spulenträgers 201, auf, in den die eigentliche Spule 203 eingelassen sein kann. Die Spule 203 weist eine Vielzahl von Windungen einer isolierten elektrischen Leitung 204 auf. Die Spulenanordnung kann weiter einen mechanischen Schutz bzw. eine Spulenabdeckung 202 aus magnetisch neutralem Material aufweisen, um die Spule 203 vor mechanischen Einwirkungen zu schützen. 2a zeigt eine beispielhafte Spulenanordnung in einer Seitenansicht und 2b zeigt eine beispielhafte Spulenanordnung in einer Draufsicht.
Beim induktiven Laden von Fahrzeugen 100 werden relativ hohe Ladefeld-Frequenzen im Bereich von ca. 81 bis 90kHz verwendet. Die relativ hohen Ladefeld-Frequenzen haben zur Folge, dass es aufgrund des Skin-Effektes und/oder des Proximity-Effektes zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands in einer Spule 203 kommen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Durchmesser der für die Spule 203 verwendeten Leitung 204 groß ist im Vergleich zu der Skin-Tiefe bzw. der Eindringtiefe des Skin-Effektes. Die Skin-Tiefe sinkt dabei mit steigender Ladefeld-Frequenz des Wechselstroms in einer Leitung 204 der Spule 203. Folglich werden zum Aufbau einer Spule 203 typischerweise HF (Hochfrequenz)-Litzen 204 mit Einzeldrähten verwendet, wobei die Einzeldrähte einen relativ kleinen Durchmesser (z.B. im Bereich von 0,07mm) aufweisen. So können die widerstanderhöhenden Auswirkungen von Stromverdrängungseffekten, wie dem Skin-Effekt und/oder dem Proximity-Effekt, begrenzt werden. Die Kosten für die Herstellung einer HF-Litze 204 steigen dabei jedoch typischerweise an, wenn der Durchmesser der Einzeldrähte sinkt. Dabei können insbesondere die Auswirkungen des Proximity-Effekts die Verwendung von Einzeldrähten im Bereich von 0,05 bis 0,1mm erfordern. Andererseits könnten bei ausschließlicher Berücksichtigung des Skin-Effekts ggf. Einzeldrähte mit einem Durchmesser von mehr als 0,4mm verwendet werden. Somit könnten die Kosten einer Spule 203 substantiell reduziert werden, wenn die Auswirkungen des Proximity-Effekts in einer Spule 203 reduziert werden könnten.
Die 3a, 3b und 3c zeigen einen beispielhaften Aufbau einer Spule 300 unter Verwendung einer elektrischen Leitung, insbesondere einer HF-Litze 301. Eine Vielzahl von einzeln isolierten Einzeldrähten 302 wird in einer HF-Litze 301 zusammengefasst und mit einer Isolierung bzw. mit einem isolierenden Mantel 303 umgeben (siehe 3c). Die Einzeldrähte 302 können innerhalb der HF-Litze 301 verdrillt werden, um die Auswirkungen des Skin-Effekts und/oder des Proximity-Effekts zu reduzieren. Die eigentlichen Windungen bzw. Wicklungen der Spule 300 werden durch die HF-Litze 301 erstellt. 3a zeigt in einer Draufsicht auf die Spule 300, wie die HF-Litze 301 in Wickelrichtung 305 um einen Innenraum 321 der Spule 300 aufgewickelt wird, um die Spule 300 herzustellen. Dabei verläuft eine Zentralachse der Spule 300 senkrecht zu dem Innenraum 321. 3b zeigt einen beispielhaften Querschnitt A-A' durch die Spule 300. Insbesondere zeigt 3b eine Vielzahl von Windungen der HF-Litze 301 (insgesamt N=12 Windungen der gleichen HF-Litze 301, wobei die Windungen in zwei Lagen angeordnet sind).
Die HF-Litze 301 wird typischerweise aus aufwändig zu fertigenden und damit teuren, isolierten Einzeldrähten 302 hergestellt. Wie aus 3b ersichtlich, ist der Kupferfüllfaktor einer Spule 300 bei Verwendung einer HF-Litze 301 typischerweise relativ klein, da sowohl die isolierten Einzeldrähte 302 verdrillt werden müssen und dabei Leerräume entstehen, und da die unterschiedlichen Windungen einer runden HF-Litze 301 ebenfalls Leerräume zueinander aufweisen. Des Weiteren ist die Auswahl von HF-Litzen 301 typischerweise beschränkt, da sowohl der Gesamtdurchmesser der HF-Litze 301 (in Bezug auf die Stromtragfähigkeit der Spule 300) als auch der Durchmesser der einzelnen Litzendrähte 301 (in Bezug auf den Skin-Effekt) entsprechende Anforderungen erfüllen müssen. Außerdem sind der Gestaltung des gesamten Wicklungsdurchmessers bei Verwendung einer HF-Litze 301 enge Grenzen vorgegeben.
4a zeigt einen Querschnitt einer Mehrzahl von Windungen einer elektrischen Leitung 301, wobei die Leitung 301 eine Mehrzahl von Einzeldrähten 302 aufweist. Des Weiteren zeigt 4a den Feinverlauf 401 der magnetischen Flussdichte entlang des Querschnitts durch die einzelnen Windungen. Außerdem veranschaulicht 4a den Grobverlauf 402 der magnetischen Flussdichte entlang des Querschnitts, der durch die Gesamtheit der Windungen hervorgerufen wird. Aus dem Feinverlauf 401 ist ersichtlich, dass aufgrund der diversen Stromverdrängungseffekte relativ hohe magnetische Flussdichten in den Randbereichen der einzelnen Leitungen 301 entstehen. Der Stromfluss in den einzelnen Windungen der Leitung 301 wird somit auf die Randbereiche der einzelnen Windungen beschränkt, was zu einer effektiven Erhöhung des elektrischen Widerstands der elektrischen Leitung 301 führt. Dabei bewirkt der Skin-Effekt, eine Verdrängung des Stroms zu den Randbereichen eines Einzeldrahts 302. Des Weiteren bewirkt der Proximity-Effekt eine Stromverdrängung aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung von benachbarten Windungen der Leitung 301 und/oder von benachbarten Einzeldrähten 302.
4b veranschaulicht, dass durch eine optimierte Anordnung der Windungen einer Leitung 301 und/oder der Einzeldrähte 302 der Feinverlauf 401 der magnetischen Flussdichte vergleichmäßigt werden kann, so dass sich eine Vergleichmäßigung des Stromflusses durch eine Leitung 301 und damit eine Reduzierung des elektrischen Widerstands ergeben. Insbesondere zeigt sich, dass sich durch eine relativ flächige und gleichmäßige Anordnung der Einzeldrähte 302 entlang der unterschiedlichen Windungen einer Leitung 301 ein relativ gleichmäßiger Feinverlauf 401 der magnetischen Flussdichte ergibt.
Wie aus 4b ersichtlich, können durch eine relativ gleichmäßige Verteilung der Einzeldrähte 302 eine Vergleichmäßigung der magnetischen Flussdichte und damit eine Reduzierung von Stromverdrängungseffekten erzielt werden. Eine gleichmäßige Verteilung von Einzeldrähten 302 kann durch die Verwendung einer Flachleitung 500 erzielt werden. 5a zeigt den Querschnitt einer beispielhaften Spule 300 mit sechs Windungen einer Flachleitung 500, wobei die sechs Windungen in zwei Lagen angeordnet sind. Die in 5a verwendete Flachleitung 500 umfasst sechs Einzeldrähte 302.
Eine Flachleitung 500 kann z.B., wie in 5b dargestellt, metallische Leiter 502 (z.B. Kupferdrähte) mit einer umschließenden Isolierschicht 501 umfassen. Die Isolierschichten 501 von mehreren metallischen Leitern 502 können miteinander verbunden, z.B. verklebt, werden, um die Flachleitung 500 zu bilden. 5c zeigt die Flachleitung 500 aus 5b in einer perspektivischen Ansicht.
5d zeigt eine Flachleitung 500, bei der die metallischen Leiter 502 mit einem bestimmten Abstand zueinander auf ein (ggf. elastisches) Trägerband 511 aufgebracht (z.B. mit Kleber 513 aufgeklebt) wurden. Die metallischen Leiter 502 weisen dabei ggf. keine Isolierschicht auf. Die Isolierung kann durch die Beabstandung zwischen den Leitern 502 bewirkt werden.
5e zeigt eine Flachleitung 500 bei der mehrere elektrische Leiter 502 mit jeweils einer Isolierschicht 501 umhüllt sind, wobei die Isolierschichten 501 von zwei benachbarten Leitern 502 jeweils über einen Steg 521 miteinander verbunden sind.
Es kann somit eine Flachleitung 500 bereitgestellt werden, die eine Vielzahl von elektrischen Leitern 502 aufweist, wobei die elektrischen Leiter 502 auf einer Ebene nebeneinander angeordnet sind (diese Ebene wird in diesem Dokument auch als die Flachleitungsebene bezeichnet). Die einzelnen elektrischen Leiter 502 sind dabei elektrisch voneinander bzw. gegeneinander isoliert, z.B. durch eine Isolierschicht 501, durch einen Abstand und/oder durch einen Steg 521. Die elektrischen Leiter 502 können jeweils einen Einzeldraht 302 oder ein Drahtpacket mit einer Mehrzahl von Einzeldrähten 302 (z.B. mit einer Mehrzahl von elektrisch isolierten Einzeldrähten 302) aufweisen. Die Flachleitung 500 weist eine Breite auf, die substantiell größer als eine Höhe der Flachleitung 500 ist, z.B. um den Faktor 2, 3, 4, 5, 10 oder mehr. Typischerweise entspricht die Höhe der Flachleitung 500 der Dicke eines elektrischen Leiters 502 (ggf. plus Isolierschicht 501). Die Breite der Flachleitung 500 entspricht typischerweise der Dicke von L elektrischen Leitern (ggf. plus Isolierschicht 501, Breite der Stege 521 und/oder Beabstandung 511). Dabei kann L größer als 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20 oder mehr sein.
6a zeigt den beispielhaften Aufbau einer Spule 300 mit einer Flachleitung 500. Insbesondere zeigt 6a eine Draufsicht auf eine Spule 300 (z.B. von der jeweils anderen Spule eines induktiven Ladesystems her gesehen). Die Spule 300 weist einen ersten Anschluss 601 und einen zweiten Anschluss 602 auf, die durch einen Anfang und durch ein Ende der Flachleitung 500 gebildet werden. Die Flachleitung 500 wird ausgehend von dem ersten Anschluss 601 in N Windungen, N>0, um die Zentralachse 604 der Spule 300 gewickelt, wobei die Zentralachse 604 senkrecht auf der Bildebene von 6a steht. Die Bildebene kann als Spulenebene bezeichnet werden.
Um eine möglichst flache Spule 300 bereitzustellen, die eine geringe Höhe entlang der Zentralachse 604 aufweist, kann die breite Kante der Flachleitung 500 parallel zu der Spulenebene angeordnet sein. Mit anderen Worten, die Flachleitungsebene kann der Spulenebene entsprechen. Des Weiteren kann die schmale Kante der Flachleitung 500 parallel zu der Zentralachse 604 verlaufen.
Die Flachleitung 500 kann dann auf vier geradlinigen Kanten der Spule 300, die jeweils senkrecht aufeinander stehen, um die Zentralachse 604 geführt werden. Diese Bereiche der Flachleitung 500 werden in diesem Dokument als Kanten-Bereiche 605 bezeichnet. In den Ecken zwischen den Kanten kann die Flachleitung 500 gefaltet werden, um eine Änderung der Richtung 606 der Flachleitung 500 um 90° zu bewirken. Diese Bereiche der Flachleitung 500 werden in diesem Dokument als Umlenk-Bereiche 603 bezeichnet.
Die Flachleitung 500 kann in einem Umlenk-Bereich 603 um einen zylinderförmigen Wendestab 610 geführt werden, der in Bezug auf die Richtungen 606 der beiden Kanten-Bereiche 605 an einem Umlenk-Bereich 603 jeweils um 45° geneigt ist. Durch den Radius des Querschnitts des Wendestabs 610 (auch als Rundkörper bezeichnet) kann sichergestellt werden, dass die Biegeradien der elektrischen Leiter 502 der Flachleitung 500 einen bestimmten Mindestradius nicht unterschreiten. Dabei kann aufgrund der 45° Neigung des Wendestabs 610 eine Reduzierung des erforderlichen Radius des Wendestabs um den Faktor $\frac{1}{\sqrt{2}}$
bewirkt werden (im Vergleich zu einer Biegung um eine senkrecht stehende Biegeachse). Es können somit auch mit relativ dünnen Wendestäben 610 relativ große Biegeradien bewirkt werden.
6c zeigt einen Umlenk-Bereich 603 bzw. eine Faltungsstelle einer Spule 300 in einer Ansicht senkrecht zur Zentralachse 604 der Spule 300. Die Flachleitung 500 kann vor Erreichen eines Wendestabs 610 abgesenkt werden, um die (unten liegende) Mantelfläche des Wendestabs 610 zu erreichen. Des Weiteren kann die Flachleitung 500 nach Umlenkung über den Wendestab 610 ausgehend von der (oben liegenden) Mantelfläche des Wendestabs 610 abgesenkt werden.
6a zeigt zwei beispielhafte Windungen der Flachleitung 500. Außerdem veranschaulicht 6a durch Pfeile die Anordnung bzw. Reihenfolge 607 der elektrischen Leiter 502 innerhalb der Flachleitung 500 relativ zu der Zentralachse 604. Aus 6a ist ersichtlich, dass sich die Reihenfolge 607 der elektrischen Leiter 502 an jedem Umlenk-Bereich 603 bzw. an jeder Faltungsstelle 603 umkehrt. Folglich verläuft ein am Rand einer Flachleitung 500 angeordneter Leiter 502 teilweise innen und teilweise außen um die Zentralachse 604. Es wird somit durch die Faltung eine Art „Verdrillung“ der Leiter 502 erreicht, wodurch die Auswirkungen von Stromverdrängungseffekten reduziert werden können.
6d zeigt den Querschnitt BB' einer Windung der Spule 300 in einem Kanten-Bereich 605 (siehe 6a). 6e zeigt den Querschnitt AA' einer Windung in einem Umlenk-Bereich 603 der Spule 300 (siehe 6a). Insbesondere zeigt 6e dabei den Querschnitt der auf den Umlenk-Bereich 603 zulaufenden Flachleitung 500 und die Längsseite der von dem Umlenk-Bereich 603 weglaufenden Flachleitung 500.
7 zeigt beispielhafte Anordnungen einer Flachleitung 500 in unterschiedlichen Windungen einer Spule 300. Beispielsweise können Abschnitte der Flachleitung 500 nebeneinander auf der Flachleitungsebene und/oder in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, um unterschiedliche Windungen bereitzustellen. Dabei können unterschiedliche Ebenen durch eine Abstands-bzw. Zwischenschicht 701 (z.B. eine ggf. zusätzliche Isolierschicht) voneinander beabstandet sein. Durch eine Zwischenschicht 701 kann die Spannungsfestigkeit einer Spule 300 erhöht werden.
7 zeigt weiter eine beispielhafte Spule 300 mit sechs Windungen einer Flachleitung 500, die in drei Lagen und zwei Spalten angeordnet sind (Mitte), sowie ein beispielhafte Spule 300 mit fünf Windungen einer Flachleitung 500, die in drei Lagen mit unterschiedlichen Anordnungen in den drei Lagen platziert sind (Unten).
Es werden somit Spulen 300 für induktives Laden beschrieben, die eine Flachleitung bzw. einen Flachleiter 500 aufweisen. In dem Flachleiter 500 sind elektrischen Leiter 502 (z.B. Einzeldrähte 302 oder Drahtpackete mit mehreren Einzeldrähten) nebeneinander auf einer Ebene mit einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet. Zur Ausformung einer Spule 300 mit mehreren Wicklungen wird der Flachleiter 500 in unterschiedlichen Windungen nebeneinander (in unterschiedlichen Spalten) und/oder übereinander (in unterschiedlichen Lagen) angeordnet.
Die Wicklungen aus einem Flachleiter 500 können so gestaltet werden, dass (abgesehen von den Umlenk-Bereichen 603) die unterschiedlichen Kanten-Bereiche 605 des Flachleiters 500 symmetrisch zu einer durch die Zentralachse 604 verlaufenden Symmetrieebene des Wickelbereichs einer Spule 300 sind. Dabei kann typischerweise davon ausgegangen werden, dass die geradlinig verlaufenden Kanten-Bereiche 605 des Flachleiters 500 lang gegenüber den Umlenk-Bereichen 603 sind. Somit können elektromagnetische Effekte durch die Umlenk-Bereiche 603 typischerweise vernachlässigt werden. Durch eine Optimierung der Anordnung der Kanten-Bereiche 605 des Flachleiters 500 können Stromverdrängungseffekte reduziert, insbesondere minimiert, werden.
Eine Spule 300 mit einer bestimmten Anzahl von Umlenk-Bereichen 603 kann durch Faltung der Flachleitungen 500 an den Umlenk-Bereichen 603 erzeugt werden, ohne dass dabei Zug-und/oder Druckkräfte auf die einzelnen Leiter 502 der Flachleitung 500 einwirken. Die Breite der Flachleitung 500 hat dabei keinen Einfluss auf den Biegeradius der einzelnen Leiter 502. Der minimal mögliche Biegeradius ist typischerweise von dem Durchmesser eines Leiters 502 abhängig. Die einzelnen Leiter 502 können Einzeldrähte, linear angeordnete HF-Litzenpackete, Litzen und/oder Leiter mit einem rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Ein Flachleiter 500 kann in unterschiedlicher Weise aufgebaut sein, z.B. durch miteinander verbundene isolierte Einzeldrähte (5b), durch Einzeldrähte ohne Isolationsschicht, die auf ein Trägerband 511 aufgeklebt sind (5d) und/oder als Stegleitung, bei der die Isolationsschichten 501 der einzelnen Leiter 502 über Stege 521 miteinander verbunden sind (5e).
Die Anordnung einer Flachleitung 500 in unterschiedlichen Windungen einer Spule 300 kann variieren. Dabei können die einzelnen Kanten einer Spule 300 unterschiedlich aufgebaut sein. Beispielsweise kann das Höhen-/Breitenverhältnis des Wickelquerschnitts einer Spule 300 (entlang der Zentralachse 604 der Spule 300) an unterschiedlichen Stellen der Spule 300 unterschiedlich gestaltet werden. Beispielhafte Wickelquerschnitte sind in 7 dargestellt.
Zwischen einzelnen Windungen des Flachleiters 500 oder zwischen Windungs-Lagen einer Spule 300 können Abstands- und/oder Isolationselemente 701 eingefügt werden, um die Spuleneigenschaften (z.B. Höhe, Breite, Spannungsfestigkeit, etc.) gezielt zu beeinflussen.
Die Faltungen einer Flachleitung 500 in den Umlenk-Bereichen 603 der Spule 300 können dadurch erzeugt werden, dass die Flachleitung 500 über einen Rundstab 610 (der senkrecht zur Winkelhalbierenden der durch die Flachleitung 500 gebildeten Ecke verläuft) geschlungen wird. Über den Radius des Rundstabs 610 kann der Biegeradius eingestellt werden.
Typischerweise ist der Spulenquerschnitt (entlang der Zentralachse 604) in den Umlenk-Bereichen 603 höher. Dies kann zumindest teilweise durch einen reduzierten Abstand der Spulenlagen in den Umlenk-Bereichen 603 (im Vergleich zu den Kanten-Bereichen 605) kompensiert werden. Alternativ oder ergänzend kann der Spulenträger 201, insbesondere der Ferrit, an den Ecken 604 ausgespart werden, um die Gesamthöhe der Spule 600 (in Richtung der Zentralachse 604) zu begrenzen.
Durch die in diesem Dokument beschriebene Verwendung einer Flachleitung 500 werden die Einzeldrähte und/oder Litzenpackete gleichmäßig über den Wickelquerschnitt einer Spule 300 verteilt und weisen damit aufgrund der geringeren magnetischen Flussdichten geringere Skin- und Proximity-Effekte auf. Daher können Einzeldrähte mit einem erhöhten Durchmesser verwendet werden, z.B. nahe der zweifachen Eindringtiefe des Skin-Effektes.
Die Einzeldrähte und/oder Drahtpackete einer Flachleitung 500 müssen nicht verdrillt werden, so dass die Herstellung einer Spule 300 vereinfacht wird. Ggf. kann auf die Isolierung der einzelnen Leiter 502 verzichtet werden, da die einzelnen Leiter 502 geometrisch voneinander getrennt angeordnet sein können und bei übereinanderliegenden Wicklungslagen ein Trägerband 511 die Isolierung bereitstellen kann. Es wird somit eine weitere Kostenreduktion ermöglicht.
Durch die Verwendung einer Flachleitung 500 können Spulen 300 mit flachen Wickelquerschnitten realisiert werden, was insbesondere für induktive Ladesysteme zum Laden des Energiespeichers 103 eines Fahrzeugs 100 vorteilhaft ist. Des Weiteren können in flexibler Weise unterschiedliche Querschnittsformen realisiert werden. Beispielsweise kann eine Spule 300 an unterschiedlichen Kanten unterschiedlich ausgebildet sein und so z.B. an unterschiedliche Bauraumanforderungen angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Elektrische Spule (300), wobei - die elektrische Spule (300) N Windungen einer elektrischen Flachleitung (500) umfasst, mit N>1; - die elektrische Flachleitung (500) L elektrische Leiter (502) umfasst, die durch eine Isolierung voneinander elektrisch isoliert sind, mit L> 1; - die L elektrischen Leiter (502) auf einer Flachleitungsebene der Flachleitung (500) nebeneinander angeordnet sind; und - die elektrische Flachleitung (500) entlang einer Richtung senkrecht zu der Flachleitungsebene weniger als L elektrische Leiter (502) aufweist.
Elektrische Spule (300) gemäß Anspruch 1, wobei eine Windung der N Windungen umfasst, - einen ersten Kanten-Bereich (605), in dem die Flachleitung (500) in eine erste Richtung (606) um eine Zentralachse (604) der Spule (300) verläuft; - einen zweiten Kanten-Bereich (605), in dem die Flachleitung (500) in eine zweite Richtung (606) um die Zentralachse (604) der Spule (300) verläuft; und - einen Übergangs-Bereich (603), in dem die Flachleitung (500) von der ersten Richtung (606) in die zwei Richtung (606) umgelenkt wird.
Elektrische Spule (300) gemäß Anspruch 2, wobei - sich der erste Kanten-Bereich (605) zwischen zwei Übergangs-Bereichen (603) der Spule (300) erstreckt; - sich der zweite Kanten-Bereich (605) zwischen zwei Übergangs-Bereichen (603) der Spule (300) erstreckt; und - die Flachleitung (500) in dem ersten Kanten-Bereich (605) und/oder in dem zweiten Kanten-Bereich (605) geradlinig verläuft.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Flachleitungsebene der Flachleitung (500) in dem ersten Kanten-Bereich (605) und/oder in dem zweiten Kanten-Bereich (605) senkrecht zu der Zentralachse (604) der Spule (300) angeordnet ist.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Flachleitung (500) in dem Übergangs-Bereich (603) über eine Wendestange (610) verläuft und so von der ersten Richtung (606) in die zwei Richtung (606) umgelenkt wird.
Elektrische Spule (300) gemäß Anspruch 5, wobei - die erste Richtung (606) und die zweite Richtung (606) einen Umlenkwinkel aufspannen; und - die Wendestange (610) entlang einer Winkelhalbierenden des Umlenkwinkels verläuft.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei - die Flachleitung (500) in einer Abfolge von Kanten-Bereichen (605) mit unterschiedlichen Richtungen (606) und Umlenk-Bereichen (603) zur Umlenkung der Flachleitung (603) zwischen den unterschiedlichen Richtungen (606) die N Windungen der Spule (300) bildet; und - die unterschiedlichen Richtungen (606) K unterschiedliche Richtungen (606) umfassen, die an Umlenk-Bereichen (603) jeweils einen Umlenkwinkel von 360°/K aufspannen.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Umlenkung der Flachleitung in dem Umlenk-Bereich (603) derart erfolgt, dass eine Reihenfolge (607) der L elektrischen Leiter (502) der Flachleitung (500) in Bezug auf die Zentralachse (604) durch die Umlenkung umgekehrt wird.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei - Abschnitte der Flachleitung (500) in unterschiedlichen Windungen der N Windungen in unterschiedlichen Lagen aufeinander angeordnet sind; - zwischen den Abschnitten der Flachleitung (500) zumindest bereichsweise eine Zwischenschicht (701) angeordnet ist; und - die Zwischenschicht (701) in dem Umlenk-Bereich (603) eine geringere Höhe entlang der Zentralachse (604) aufweist als in einem Kanten-Bereich (605).
Elektrische Spule (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die L elektrischen Leiter (502) der Flachleitung (500) jeweils mit einer Isolierschicht (501) umgeben sind; und - die L elektrischen Leiter (502) paarweise über die Isolierschicht (501), insbesondere mittels eines Stegs (521), miteinander verbunden sind.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei - die L elektrischen Leiter (502) der Flachleitung (500) beabstandet zueinander auf einem Trägerband (511) befestigt sind; und - die L elektrischen Leiter (502) insbesondere keine Isolierschicht (501) aufweisen.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Flachleitung (500) in N unterschiedlichen Kanten-Bereichen (605) für die N unterschiedlichen Windungen entlang der gleichen Richtung (606) verläuft; und - die N unterschiedlichen Kanten-Bereiche (605) für die N unterschiedlichen Windungen eine Kante der Spule (300) bilden.
Elektrische Spule (300) gemäß Anspruch 12, wobei die Spule (300) K geradlinige Kanten umfasst, von denen jeweils zwei parallel zueinander auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf eine Zentralachse (604) der Spule (300) angeordnet sind; wobei K eine gerade, ganze Zahl ist, mit K≥4.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei in den N unterschiedlichen Kanten-Bereichen (605), - Abschnitte der Flachleitung (500) auf der Flachleitungsebene nebeneinander angeordnet sind; und/oder - Abschnitte der Flachleitung (500) senkrecht zu der Flachleitungsebene in unterschiedlichen Lagen übereinander angeordnet sind.
Elektrische Spule (300) gemäß Anspruch 14 mit Rückbezug auf Anspruch 13, wobei die Abschnitte der Flachleitung (500) in zwei parallel zueinander auf unterschiedlichen Seiten in Bezug auf die Zentralachse (604) der Spule (300) verlaufenden Kanten der Spule (300) zumindest teilweise unterschiedlich angeordnet sind.
Elektrische Spule (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Spule (300) mit einem Wechselstrom betrieben wird, der insbesondere eine Frequenz aus dem Frequenzbereich von 80kHz bis 90kHz aufweist; und/oder - die L elektrischen Leiter (502) in der Flachleitungsebene substantiell parallel zueinander verlaufen; und/oder - die Leiter (502) jeweils einen Durchmesser aufweisen, der zwischen einer einfachen und einer doppelten Eindringtiefe des Skin-Effekts für den Wechselstrom liegt; und/oder - die elektrische Flachleitung (500) entlang der Richtung senkrecht zu der Flachleitungsebene nur einen elektrischen Leiter (502) aufweist.
Spuleneinheit (102, 111) für ein induktives Ladesystem zum Laden eines elektrischen Energiespeichers (103) eines Fahrzeugs (100), wobei die Spuleneinheit (102, 111) umfasst, - eine elektrische Spule (300) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche; und - einen Spulenträger (201) und eine Spulenabdeckung (202), die zumindest eine Kammer zur Aufnahme der N Windungen der elektrischen Leitung (500) der elektrischen Spule (203) bilden.
Spuleneinheit (102, 111) gemäß Anspruch 17, wobei - die elektrische Spule (300) mehrere Kanten-Bereiche (605) und zumindest ein zwischen den Kanten-Bereichen (605) liegenden Umlenk-Bereich (603) aufweist; - die elektrische Spule (300) in dem Umlenk-Bereich (603) höher entlang einer Zentralachse (604) der Spule (300) ist als in den Kanten-Bereichen (605); und - die Kammer ausgebildet ist, die unterschiedliche Höhe im Umlenk-Bereich (603) und in den Kanten-Bereichen (605) zumindest teilweise auszugleichen.