DE102018003871A1

DE102018003871A1 - Spule mit Spulenkern und Wicklung und System zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einer stationär angeordneten ersten Spule an eine an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnete zweite Spule

Info

Publication number: DE102018003871A1
Application number: DE102018003871.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Böckle; Olaf Simon; Andreas Böser
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2018-12-06

Abstract

Spule mit Spulenkern und Wicklung und System zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einer stationär angeordneten ersten Spule an eine an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnete zweite Spule,wobei der Spulenkern zumindest zwei Schichten aufweist,wobei eine erste der Schichten voneinander insbesondere regelmäßig beabstandete Platten aufweist,wobei eine zweite der Schichten voneinander insbesondere regelmäßig beabstandete Platten aufweist,wobei die Platten der zweiten Schicht überlappend zu den Platten der ersten Schicht angeordnet sind,insbesondere so dass eine jeweilige Platte der zweiten Schicht den Beabstandungsbereich zwischen jeweils zwei Platten der ersten Schicht überdeckt und/oder so dass die senkrechte Projektion der Platten der zweiten Schicht in die erste Schicht zusammen mit den Platten der ersten Schicht einen unterbrechungsfreien Flächenbereich ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spule mit Spulenkern und Wicklung und ein System zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einer stationär angeordneten ersten Spule an eine an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnete zweite Spule.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Spule einen Spulenkern aufweist, um den herum eine Wicklung gewickelt ist.
Aus der DE 103 12 284 A1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt, welches eine Ferritanordnung aufweist mit zwei Schichten gleichartiger Ferritplatten, wobei die Ferritplatten gestapelt angeordnet sind und die Stapel in Schichtrichtung nebeneinander angeordnet sind, so dass die senkrechte Projektion der Ferritanordnung in eine der Schichten Unterbrechungen aufweist.
Aus der DE 10 2013 018 273 B3 ist ein Sekundärteil eines Systems zur induktiven Energieübertragung an ein Elektrofahrzeug bekannt.
Aus der DE 10 2007 014 712 A1 ist eine auf eine mit Ferritplatten befüllte Fläche aufgelegte Sekundärwicklung bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spule weiterzubilden, wobei die Spule kompakt ausführbar sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Spule nach den in Anspruch 1 und bei dem System nach den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Spule mit Spulenkern und Wicklung sind, dass der Spulenkern zumindest zwei Schichten aufweist,
wobei eine erste der Schichten voneinander insbesondere regelmäßig beabstandete Platten aufweist,
wobei eine zweite der Schichten voneinander insbesondere regelmäßig beabstandete Platten aufweist,
wobei die Platten der zweiten Schicht überlappend zu den Platten der ersten Schicht angeordnet sind,
insbesondere so dass eine jeweilige Platte der zweiten Schicht den Beabstandungsbereich zwischen jeweils zwei Platten der ersten Schicht überdeckt und/oder so dass die senkrechte Projektion der Platten der zweiten Schicht in die erste Schicht zusammen mit den Platten der ersten Schicht einen unterbrechungsfreien Flächenbereich ergibt.
Von Vorteil ist dabei, dass die Ferritplatten eine zweischichtige Anordnung bilden, wobei diese Anordnung im Wesentlichen keinen Durchlass in Normalenrichtung zur Schichtebene aufweist. Die Ferritplatten bilden also einen flächigen Spulenkern. Vorzugsweise ist die Ausdehnung der ersten und der zweiten Ferritplatten in Normalenrichtung mindestens fünfmal geringer als in jeder der Querrichtungen, also in den quer zur Normalenrichtung ausgerichteten Anordnungen. In den Beabstandungsbereichen der ersten Schicht sind hinleitende Bereiche einer jeweiligen Windung der Wicklung angeordnet. In den Beabstandungsbereichen der zweiten Schicht sind rückleitende Bereiche einer jeweiligen Windung der Wicklung angeordnet. Somit ist die Wicklung als Solenoidwicklung ausführbar um einen flächigen Spulenkern herum. Durch das Einlegen der Wicklung in die Beabstandungsbereiche ist eine sehr kompakte Ausführung der Spule ermöglicht. Hinleitung und Rückleitung sind jeweils getrennt durch Ferritplatten, insbesondere geht jede direkte Verbindungslinie zwischen Hinleitung und Rückleitung jeder Windung durch zumindest eine der jeweiligen beiden Ferritplatten. Somit ist eine kompakte Ausführung ermöglicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern aus Ferrit gefertigt, insbesondere wobei die Platten Ferritplatten sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Schicht eben, insbesondere also eine ebene, insbesondere flächige, Anordnung von voneinander beabstandeten Platten ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine flache kompakte Anordnung realisierbar ist und somit zwischen Boden und Fahrzeug nur wenig Bauraum für die induktive Übertragung benötigt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Schicht eben, insbesondere also eine ebene, insbesondere flächige, Anordnung von voneinander beabstandeten Platten ist. Von Vorteil ist dabei, dass zwischen der Unterseite des Fahrzeugs und dem Boden nur wenig Bauraum für die induktive Übertragung benötigt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung in den Beabstandungsbereichen zwischen des Platten angeordnet,
insbesondere so dass der Wicklungsdraht der Wicklung zwischen den Platten der ersten Schicht und zwischen den Platten der zweiten Schicht angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Wicklung sozusagen versenkt in der Ferritanordnung anordenbar ist. Auf diese Weise ist der Wicklungsdraht möglichst weit umgeben von Ferrit und die Feldführung verbessert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung eine Solenoid-Wicklung. Von Vorteil ist dabei, dass die Wicklung um den flächig ausgeführten Spulenkern herum ausführbar ist, wobei die Wicklung in Vertiefungen des Spulenkerns eingelegt ist, nämlich die Beabstandungsbereiche zwischen den Ferritplatten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine Folie angeordnet,
wobei die Platten der ersten Schicht mit der Folie stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere klebeverbunden sind,
wobei die Platten der zweiten Schicht mit der Folie stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere klebeverbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die mechanische Stabilität verbessert ist, insbesondere ist eine verbesserte Bruchfestigkeit erreichbar. Denn durch die Folie ist ein Verbiegen der Anordnung ohne Gefahr für die einzelnen Ferritplatten ausführbar. Wenn die Ferritplatten direkt aufeinander liegen, wäre eine erhöhte Bruchgefahr bewirkt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Folie aus Kunststoff gefertigt, insbesondere wobei die Folie eine Laminierungsfolie ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Herstellung ermöglicht ist, indem die Ferritplatten der ersten Schicht an der Oberseite der Folie klebeverbunden werden und die Ferritplatten der zweiten Schicht an der Unterseite klebeverbunden werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Spule eine magnetische Abschirmung auf,
insbesondere wobei die Abschirmung eine Aluminiumplatte ist. Von Vorteil ist dabei, dass auf der von der Wicklung abgewandten Seite der magnetischen Abschirmung magnetisch leitfähiges Material, wie Stahl oder Eisen, anordenbar ist, ohne dass die induktive Übertragung gestört wird. Denn die magnetische Abschirmung ist an der als Primärwicklung verwendeten Wicklung auf der von der Sekundärwicklung abgewandten Seite der Primärwicklung anordenbar oder eine alternative oder zusätzliche magnetische Abschirmung ist an der als Sekundärwicklung verwendeten Wicklung auf der von der Primärwicklung abgewandten Seite der Sekundärwicklung anordenbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die aus Spulenkern und Wicklung gebildete Anordnung stoffschlüssig mittels Vergussmasse mit der magnetischen Abschirmung verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass eine mechanisch stabile Anordnung und gleichzeitig ausreichend elektrische Isolation erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Spulenkern und Wicklung von Vergussmasse umgeben, welche zumindest teilweise von der magnetischen Abschirmung begrenzt ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Abschirmung auch als Aufnahmewanne oder zumindest bodenabschnitt einer Aufnahmewanne für die Vergussmasse fungiert. Somit ist eine einfache Herstellung ermöglicht.
Wichtige Merkmale bei dem System zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einer stationär angeordneten ersten Spule an eine an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnete zweite Spule sind, dass die erste und/oder zweite Spule als Spule in obengenannter Weise ausgeführt ist.
Von Vorteil ist dabei, dass eine induktive Übertragung effektiv, insbesondere unter Beanspruchung eines geringen Volumens, ermöglicht ist. Denn eine oder beide Spulen der induktiven Übertragung sind flach ausführbar und der Bodenabstand der Unterseite des Fahrzeugs ist somit gering haltbar. Denn die erste Spule ist am Boden und die zweite Spule and er Unterseite des Fahrzeugs anordenbar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist eine Solenoid-Spule schematisch in Schrägansicht dargestellt.
In 2 ist eine Schnittansicht durch eine erste erfindungsgemäße Spule dargestellt.
In der 3 ist eine zweite erfindungsgemäße Spule in Schnittansicht dargestellt.
In der 4 ist die zweite Spule gebogen dargestellt.

Wie in 1 gezeigt, weist eine Solenoid-Spule einen Spulenkern 1, insbesondere Ferritkern, auf, um welchen eine Wicklung 3 gewickelt ist. Der Spulenkern 1 und die Wicklung 3 sind von Vergussmasse 2 umgeben.
Wie in 2 gezeigt ist bei der ersten erfindungsgemäßen Spule diese ebenfalls als Solenoid-Spule ausgeführt.
Allerdings ist der Spulenkern aus ersten und zweiten Ferritplatten (21, 22) zusammengesetzt.
Die ersten Ferritplatten 21 sind in einer ersten Ebene angeordnet und die zweiten Ferritplatten 22 in einer darüber liegenden Ebene. Die ersten und zweiten Ferritplatten (21, 22) sind vorzugsweise alle gleichartig ausgeführt.
Innerhalb jeder der Ebenen sind die jeweiligen Ferritplatten (21, 22) voneinander beabstandet, so dass in dem durch die Beabstandung entstandenen Bereich die Wicklung 3 vorgesehen ist. Die Wicklung 3 ist als Solenoidwicklung ausgeführt, also um eine gedachte Wicklungsachse herum, welche parallel zu den Ebenen ausgerichtet ist.
Die durch die Beabstandung entstandenen Bereiche bilden Vertiefungen, die sich in Querrichtung zur Wicklungsachse erstrecken. Somit sind die in Querrichtung sich erstreckende Wicklungsabschnitte der Wicklung 3 in den Bereichen zwischen den Ferritplatten 22 der oberen Ebene angeordnet und die sich entgegen der Querrichtung erstreckenden Wicklungsabschnitte der Wicklung 3 zwischen den Ferritplatten 21 der ersten Ebene angeordnet.
Jeder der Bereiche zwischen den ersten Ferritplatten 21 ist von zumindest einer der zweiten Ferritplatten 22 abgedeckt und/oder begrenzt.
Wie in 2 gezeigt, ist also ein überlappendes Anordnen der zweiten Ferritplatten 22 zu den ersten Ferritplatten 21 vorteilhaft.
Die gesamte Anordnung der ersten und zweiten Ferritplatten ist auf einer metallischen Schirmung 20 angeordnet, welche vorzugsweise als Aluminiumplatte ausgeführt ist. Weiter vorzugsweise wird die Anordnung mit Vergussmasse umgossen und somit ein stoffschlüssiger und/oder formschlüssiger Zusammenhalt der Anordnung gewährleistet.
Wie in 3 und/oder 4 gezeigt, ist eine Verringerung der Bruchgefahr erreichbar, indem eine Folie 30 zwischen der ersten und zweiten Ebene, also zwischen den ersten und zweiten Ferritplatten (21, 22) angeordnet wird, wobei die Ferritplatten (21, 22) mit der Folie mittels Klebstoff 31 verbunden ist.
Hierzu ist die Folie 30 vorzugsweise als Kunststofffolie ausgeführt und auf an der Oberseite und an der Unterseite jeweils regelmäßig voneinander beabstandeten Klebestellen 31 eine jeweilige Ferritplatte (21, 22) angeklebt.
Die Anordnung ist wiederum auf einem metallischen schirm, insbesondere Aluminiumblech angeordnet.
4 zeigt im Gegensatz zu 3 schematisch, wie eine Krümmungsbelastung aufgenommen wird.
Infolge der Folie 30 wird eine Anpassung an eine Krümmung aufnehmbar. Denn die Ferritplatten 21 und 22 berühren sich nicht direkt sondern sind durch die Folie 30 samt Klebstoff 31 beabstandet. Auf diese Weise ist die Bruchgefahr für Ferritplatten 21 und 22 verringert.
Zusätzlich ist die Spule mit Vergussmasse 2 vergossen.
Die Ferritplatten 21 der ersten Schicht und die Ferritplatten 22 der zweiten Schicht sind vorzugsweise alle gleichartig ausgeführt und die Anordnung innerhalb der jeweiligen Schicht ebenfalls gleichartig. Das so von den Ferritplatten 21 in der ersten Schicht gebildete eindimensionale Gitter weist dieselbe Gitterkonstante auf wie das von den zweiten Ferritplatten 22 gebildete eindimensionale Gitter. Die beiden Gitter, also die Anordnung der ersten Ferritplatten 21 und die Anordnung der zweiten Ferritplatten 22 weisen zueinander einen Versatz in Gitterrichtung auf. Dabei ist der Versatz derart, dass die zweiten Ferritplatten 22 jeweils den Beabstandungsbereich zwischen den ersten Ferritplatten 21 aus Querrichtung zur Gitterrichtung gesehen, also aus Normalenrichtung gesehen, abdecken.
Die Anordnung der zweiten Ferritplatten 22 weist also parallel zur Schichtrichtung den Versatz zur Anordnung der ersten Ferritplatten 21 auf.
Somit deckt die senkrechte Projektion beider Anordnungen von Ferritplatten (21, 22) auf die Folie 30 die Folie 30 lückenlos ab, insbesondere ausgenommen den äußeren Rand der Folie 30.
Die erfindungsgemäße Spule nach einer der Figuren ist an der Unterseite eines Fahrzeugs vorgesehen, so dass induktiv Energie an das Fahrzeug übertragbar ist und ein Energiespeicher aufladbar ist, aus welchem der elektromotorische Traktionsmotor des Fahrzeugs versorgbar ist.
Zusätzlich oder alternativ ist die Spule am Boden anordenbar, insbesondere also stationär. Dabei wird die Spule mit einem Wechselstrom beaufschlagt, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 1000kHz.
Der an der Unterseite des Fahrzeugs angeordneten Spule ist eine Kapazität derart in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die Resonanzfrequenz des so gebildeten Schwingkreise der Frequenz des in die am Boden angeordnete Spule eingeprägten Wechselstromes entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Spulenkern, insbesondere Ferritkern
2: Vergussmasse
3: Wicklung, insbesondere Sekundärwicklung
20: metallische Schirmung
21: erste Ferritplatte
22: zweite Ferritplatte
30: Folie, insbesondere Laminierfolie
31: Klebstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10312284 A1 [0003]
DE 102013018273 B3 [0004]
DE 102007014712 A1 [0005]

Claims

Spule mit Spulenkern und Wicklung, wobei der Spulenkern zumindest zwei Schichten aufweist, wobei eine erste der Schichten voneinander, insbesondere regelmäßig, beabstandete Platten aufweist, wobei eine zweite der Schichten voneinander, insbesondere regelmäßig, beabstandete Platten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten der ersten Schicht einen in einer Schichtrichtung gerichteten Versatz zu den Platten der zweiten Schicht derart aufweisen, dass die Platten der zweiten Schicht überlappend zu den Platten der ersten Schicht angeordnet sind, insbesondere so dass eine jeweilige Platte der zweiten Schicht den Beabstandungsbereich zwischen jeweils zwei Platten der ersten Schicht überdeckt und/oder so dass die senkrechte Projektion der Platten der zweiten Schicht in die erste Schicht zusammen mit den Platten der ersten Schicht einen unterbrechungsfreien Flächenbereich ergibt.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern aus Ferrit gefertigt ist, insbesondere wobei die Platten Ferritplatten sind.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eben ist, insbesondere also eine ebene, insbesondere flächige, Anordnung von voneinander beabstandeten Platten ist und/oder dass die zweite Schicht eben ist, insbesondere also eine ebene, insbesondere flächige, Anordnung von voneinander beabstandeten Platten ist.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung in den Beabstandungsbereichen zwischen des Platten angeordnet ist, insbesondere so dass der Wicklungsdraht der Wicklung zwischen den Platten der ersten Schicht und zwischen den Platten der zweiten Schicht angeordnet ist.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung eine Solenoid-Wicklung ist.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht eine Folie angeordnet ist, wobei die Platten der ersten Schicht mit der Folie stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere klebeverbunden sind, wobei die Platten der zweiten Schicht mit der Folie stoffschlüssig verbunden sind, insbesondere klebeverbunden sind.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrechte Projektion der Platten der ersten und der zweiten Schicht auf die Folie die Folie lückenlos abdeckt, insbesondere ausgenommen den äußeren Rand der Folie.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie aus Kunststoff gefertigt ist, insbesondere wobei die Folie eine Laminierungsfolie ist.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule eine magnetische Abschirmung aufweist, insbesondere wobei die Abschirmung eine Aluminiumplatte ist.
Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Spulenkern und Wicklung gebildete Anordnung stoffschlüssig mittels Vergussmasse mit der magnetischen Abschirmung verbunden ist und/oder dass Spulenkern und Wicklung von Vergussmasse umgeben sind, welche zumindest teilweise von der magnetischen Abschirmung begrenzt ist.
System zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie von einer stationär angeordneten ersten Spule an eine an der Unterseite eines Fahrzeugs angeordnete zweite Spule, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Spule als Spule nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche ausgeführt ist.