-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spulenanordnung, insbesondere für eine Ladungseinrichtung zum drahtlosen energietechnischen Koppeln einer Energiequelle, mit einer eine Verbindungsfläche aufweisenden Spule, welche Spule eine mehrere Windungen aufweisende Wicklung und einen ferromagnetischen Körper aufweist, der von der Wicklung zumindest teilweise umfasst ist, wobei zumindest ein Bereich der Wicklung die Verbindungsfläche bereitstellt. Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung, die eine elektrische Maschine umfasst, einem elektrischen Energiespeicher zum Versorgen der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie in einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs und einer Ladungseinrichtung zum Zuführen von elektrischer Energie zum elektrischen Energiespeicher. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Ladestation für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, mit einem Anschluss für eine elektrische Energiequelle, einem Konverter und einer am Konverter angeschlossenen Spulenanordnung zum drahtlosen energietechnischen Koppeln einer Ladungseinrichtung des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, um dem Fahrzeug Energie zuzuführen.
-
Ladungseinrichtungen zum drahtlosen energietechnischen Koppeln einer Energiequelle sind dem Grunde nach bekannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, weist eine Ladungseinrichtung auf, damit dem Gerät, insbesondere dem Fahrzeug Energie zugeführt werden kann, die in einem Energiespeicher des Geräts beziehungsweise des Fahrzeugs zum Zwecke einer Ausführung eines bestimmungsgemäßen Betriebs gespeichert wird. Die Energie wird in der Regel mittels einer Ladestation bereitgestellt, die ihrerseits an eine elektrische Energiequelle, beispielsweise an einem öffentlichen Energieversorgungsnetz, an einem elektrischen Generator oder dergleichen angeschlossen ist.
-
Eine Möglichkeit der Zuführung der Energie von der Ladestation zur Ladungseinrichtung besteht dadurch, dass eine elektrische Verbindung mittels eines Kabels zwischen dem Gerät und der Ladestation hergestellt wird. Darüber hinaus ist es bekannt, gemäß einer weiteren Möglichkeit eine drahtlose energietechnische Kopplung herzustellen, die eine aufwendige mechanische Anbindung mittels Kabel vermeidet. Zu diesem Zweck ist ladestationsseitig und geräteseitig in der Regel jeweils eine Spulenanordnung vorgesehen, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und die eine energietechnische Kopplung unter Nutzung eines magnetischen Wechselfeldes ermöglichen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der
KR 10 2012 0 016 521 A bekannt.
-
Um die energietechnische Kopplung möglichst günstig ausbilden zu können, weisen die Spulen in der Regel Ferrite auf, mittels denen das magnetische Wechselfeld zur Verbesserung der energietechnischen Kopplung geführt werden kann. Bei bestimmten Spulendesigns ist bei der Energieübertragung mittels des magnetischen Wechselfeldes der Ferrit der geräteseitigen beziehungsweise fahrzeugseitigen Spule aufgrund einer hohen magnetischen Flussdichte stark belastet. Die hohe magnetische Flussdichte verursacht im Ferrit eine entsprechend hohe Verlustleistung. Diese Verlustleistung bewirkt eine hohe Temperaturbeanspruchung des Ferrits, die seine physikalischen Eigenschaften beeinträchtigen kann. Es ist deshalb wünschenswert, die Temperaturbeanspruchung des Ferrits möglichst gering zu halten.
-
Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, eine Spulenanordnung sowie ein elektrisch antreibbares Fahrzeug und eine Ladestation anzugeben, bei denen die Temperaturbeanspruchung des Ferrits reduziert werden kann.
-
Als Lösung wird mit der Erfindung eine Spulenanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgeschlagen. Fahrzeugseitig wird ein elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruchs 11 vorgeschlagen. Schließlich wird ladestationsseitig eine Ladestation gemäß dem weiteren unabhängigen Anspruchs 12 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich durch die abhängigen Ansprüche.
-
Energietechnisches Koppeln im Sinne der Erfindung ist eine Kopplung zum Zwecke der Übertragung von Energie, die es ermöglicht, zumindest unidirektional Energie von einer Energiequelle zu einer Energiesenke zu übertragen. Es kann aber auch eine bidirektionale Energieübertragung vorgesehen sein, das heißt, eine Energieübertragung wechselweise in beide Richtungen. Diesem Zweck dient unter anderem die Ladestation, die ihre Energie, die an das Gerät beziehungsweise das elektrisch antreibbare Fahrzeug übertragen werden soll, von einer Energiequelle bezieht, an die sie elektrisch angeschlossen ist.
-
Drahtloses energietechnisches Koppeln im Sinne der Erfindung meint, dass zwischen der Ladestation und dem Gerät, insbesondere dem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, keine mechanische Verbindung zur Herstellung der elektrischen Kopplung vorgesehen werden braucht. Insbesondere kann das Herstellen einer elektrischen Verbindung mittels eines Kabels vermieden werden. Stattdessen erfolgt die energietechnische Kopplung im Wesentlichen allein aufgrund eines Energiefeldes, vorzugsweise eines magnetischen Wechselfeldes.
-
Die Ladestation ist deshalb dazu eingerichtet, ein entsprechendes Energiefeld, insbesondere ein magnetisches Wechselfeld, zu erzeugen. Geräteseitig beziehungsweise fahrzeugseitig ist entsprechend vorgesehen, dass ein derartiges Energiefeld beziehungsweise magnetisches Wechselfeld erfasst werden kann und daraus Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Gerätes beziehungsweise des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gewonnen wird. Die Energie wird mittels einer Ladungseinrichtung in eine elektrische Energie umgewandelt, die sodann vorzugsweise in einem Energiespeicher des Geräts beziehungsweise des Fahrzeugs für dessen bestimmungsgemäßen Betrieb gespeichert werden kann. Die energietechnische Kopplung dient also im Wesentlichen dem Übertragen von Energie und nicht zuvorderst dem Übertragen von Informationen. Dementsprechend sind die Mittel zur Durchführung der Erfindung für einen entsprechend hohen Leistungsdurchsatz im Unterschied bei einer drahtlosen Kommunikationsverbindung ausgelegt.
-
Ein wesentliches Element für eine drahtlose energietechnische Kopplung, insbesondere mittels eines magnetischen Wechselfeldes, ist die Spulenanordnung, die wenigstens eine Spule, gelegentlich auch mehrere Spulen, umfasst, die geräteseitig beziehungsweise fahrzeugseitig vom Energiefeld, insbesondere dem magnetischen Fluss bei einem magnetischen Wechselfeld als Energiefeld, durchflutet werden und an ihren entsprechenden Anschlüssen eine elektrische Energie bereitstellen. Entsprechend ist ladestationsseitig die Spulenanordnung elektrisch mit einem Wechselstrom beaufschlagt, so dass die Spulenanordnung mittels ihrer Spule beziehungsweise Spulen ein magnetisches Wechselfeld bereitstellt. Über das magnetische Wechselfeld ist die Spulenanordnung der Ladestation mit der Spulenanordnung des Geräts beziehungsweise des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gekoppelt.
-
In der Regel weist die Spule eine Wicklung mit mehreren Windungen eines elektrischen Leiters auf, wobei die Wicklung in der Regel einen ferromagnetischen Körper, der häufig durch einen Ferrit gebildet ist, umfasst beziehungsweise umschließt. Mittels des Ferrits kann der magnetische Fluss in gewünschter Weise geführt werden, so dass die Wirksamkeit der magnetischen Kopplung zwischen den Spulenanordnungen der Ladestation und des Gerätes beziehungsweise des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs verstärkt werden kann. Dem Grunde nach kann der ferromagnetische Körper aber auch aus einem anderen Werkstoff gebildet sein, der eine möglichst große magnetische Permeabilität und eine möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Häufig erstreckt sich der ferromagnetische Körper zumindest entlang der Wicklung, gelegentlich ragt er auch über die Wicklung hinaus. Die Windungen der Wicklung sind vorzugsweise um den ferromagnetischen Körper herum gewickelt und isoliert gegeneinander und gegenüber dem ferromagnetischen Körper ausgebildet.
-
Die Montage der Spule sieht in der Regel vor, dass eine Verbindungsfläche gebildet ist, die es erlaubt, die Spule an einer Halteeinrichtung zu befestigen. Bei Spulen für gattungsgemäße Spulenanordnungen wird eine Verbindungsfläche zumeist durch die Wicklung bereitgestellt. Für die bestimmungsgemäße Anwendung erfolgt eine Kühlung der Spule zumindest teilweise über die Verbindungsfläche und die Halteeinrichtung. Die Verbindungsfläche ist vorzugsweise durch eine durch eine Außenseite des elektrischen Leiters der Wicklung in ihrer Lage definierte Ebene definiert oder auch durch die Außenseite des elektrischen Leiters selbst zumindest teilweise gebildet. Die Verbindungsfläche kann darüber hinaus durch eine Form eines Leiterquerschnitts des Leiters bestimmt sein. Die Verbindungsfläche kann auch zumindest teilweise durch einen äußeren Umfang der Wicklung bestimmt oder gebildet sein.
-
Insbesondere bei einer gekapselten Spulenanordnung kann über die Verbindungsfläche die wesentliche Kühlung der Spule bereitgestellt sein. Häufig ist nämlich eine direkte thermische Ankopplung des ferromagnetischen Körpers zum Zwecke der Kühlung nicht möglich. Deshalb ist gemäß einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass ein an den ferromagnetischen Körper thermisch angekoppeltes Wärmeleitelement vorgesehen ist, das mit der Verbindungsfläche im Wesentlichen bündig abschließt. Zu diesem Zweck ist der ferromagnetische Körper zumindest in einem Bereich nicht von der Wicklung der Spule abgedeckt, so dass das Wärmeleitelement angebracht werden kann. Vorzugsweise sind mehrere nicht durch die Wicklung bedeckte Bereiche vorgesehen, so dass entsprechend viele Wärmeleitelemente vorgesehen werden können. Dadurch ist es möglich, die thermische Ankopplung des ferromagnetischen Körpers an die Wärmesenke, nämlich die Halteeinrichtung, die mit der Verbindungsfläche verbunden ist, deutlich zu verbessern. Die Temperaturbeanspruchung des ferromagnetischen Körpers kann demzufolge erheblich reduziert werden.
-
Das Wärmeleitelement kann beispielsweise als Wärmeleitpad ausgebildet sein und aus einem thermisch gut leitfähigen Werkstoff gebildet sein. Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement elektrisch isolierend ausgebildet. Als Werkstoff kommen beispielsweise Aluminiumoxid, aber auch thermisch gut leitfähige Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und/oder dergleichen in Frage. Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement derart ausgebildet, dass es gemeinsam mit der Wicklung die Verbindungsfläche bildet. Die Verbindungsfläche bildet somit zugleich auch die Fläche, über die die Wärme aus der Spule abgeleitet werden kann. Deshalb ist vorzugsweise die Halteeinrichtung entsprechend ausgebildet, so dass sie möglichst die gesamte Verbindungsfläche thermisch kontaktiert. Auf diese Weise ist es möglich, eine gute Kühlung beziehungsweise Wärmeableitung aus der Spule zu erreichen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Wärmeleitelement zwischen zwei benachbarten Windungen angeordnet ist. Zu diesem Zweck sind die benachbarten Windungen beabstandet zueinander angeordnet, so dass ein Raum geschaffen wird, in dem das Wärmeleitelement anordenbar ist. Natürlich können auch mehrere Windungen beabstandet zueinander angeordnet sein, zwischen denen jeweils ein Wärmeleitelement anordenbar ist. Dadurch kann die Wärmeausleitung aus dem ferromagnetischen Körper weiter verbessert werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Windungen den ferromagnetischen Körper kontaktieren, insbesondere thermisch kontaktierend angeordnet sind und zusammen mit dem Wärmeleitelement die Verbindungsfläche bilden. Die Windungen können den ferromagnetischen Körper vollständig oder auch teilweise kontaktieren. Vorzugsweise wird eine im Wesentlichen durchgehende, insbesondere geschlossene Verbindungsfläche geschaffen. Die Wärmeleitelemente weisen vorzugsweise eine Höhenabmessung auf, die einem Durchmesser des die Windungen der Wicklung bildenden elektrischen Leiters im Wesentlichen entsprechen. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der elektrische Leiter eine rechteckige Querschnittsform aufweist, und die Querschnittsform des Wärmeleitelements entsprechend angepasst ist, um eine möglichst homogene Verbindungsfläche zu bilden. Bei Nutzen einer Hochfrequenzlitze als elektrischer Leiter kann der Leiter auch durch Formgebung in gewünschter Weise angepasst werden.
-
Der die Windungen bildende elektrische Leiter ist häufig als sogenannte Hochfrequenzlitze ausgebildet, das heißt, er besteht aus einer Vielzahl von gegeneinander elektrisch isolierten Einzelleitern, die entsprechend, den Leiter bildend zusammengefasst sind. Dadurch wird erreicht, dass bei Frequenzanwendungen ein Stromverdrängungseffekt reduziert ist beziehungsweise im Wesentlichen vermieden wird.
-
Ist der die Windungen der Wicklung bildende Leiter durch eine Hochfrequenzlitze gebildet, kann mit der Erfindung ergänzend erreicht werden, dass ferritseitige Litzenabschnitte des Leiters über den ferromagnetischen Körper und die Wärmeleitelemente gekühlt werden. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bei Litzen die Wärmeleitfähigkeit quer zur elektrischen Leitfähigkeit aufgrund der Isolation der Einzellitzen reduziert ist und infolgedessen Ohmsche Verluste einer einzelnen Litze nur mit einer schlechten thermischen Ankopplung aus dem durch die Litzen gebildeten Leiter abgeführt werden können. Demzufolge kann die Erfindung auch eine verbesserte Kühlung einer den elektrischen Leiter bildenden Hochfrequenzlitze bewirken.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung schlägt vor, dass die Wärmeleitelemente die Räume zwischen den benachbarten Windungen im Wesentlichen ausfüllen. Somit kann erreicht werden, dass nicht nur der ferromagnetische Körper selbst thermisch verbessert angekoppelt wird, sondern auch ergänzend der die Windungen der Wicklung bildende elektrische Leiter. Dadurch kann die Spule insgesamt besser gekühlt werden und ist somit höher belastbar. Darüber hinaus kann die Spule dadurch kompakter konstruiert werden, so dass Bauvolumen und Gewicht eingespart werden können.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsfläche mit einer Wärmesenke thermisch koppelbar ist. Zu diesem Zweck ist die Verbindungsfläche im Wesentlichen eben ausgebildet, so dass eine gute thermische Ankopplung an die Wärmesenke, beispielsweise die Halteeinrichtung erreicht werden kann. Zu diesem Zweck kann die Verbindungsfläche ferner mit einer den Wärmeübergang reduzierenden Oberflächenstruktur versehen sein, beispielsweise mit einer Elastizität, die es erlaubt, Unebenheiten der Oberfläche sowie der anzukoppelnden Wärmesenke auszugleichen und eine gute thermische Anbindung zu ermöglichen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Spule im Wesentlichen eine Quaderform aufweist und die Montagefläche durch eine der Quaderoberflächen gebildet ist. Dies erlaubt es, einen kompakten Aufbau zu erreichen und zugleich eine einfache thermische Ankopplung mit einer großen Verbindungsfläche erreichen zu können. Besonders vorteilhaft eignen sich als Verbindungsflächen zumindest eine der zwei größten gegenüberliegenden Flächen des Quaders. Zugleich wird mit dieser Bauform der Spule erreicht, dass bauartbedingt bereits eine ebene Verbindungsfläche bereitgestellt wird, die besonders einfach und kostengünstig thermisch zu koppeln ist.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf der Verbindungsfläche eine Wärmeleitschicht aufgebracht ist. Die Wärmeleitschicht kann beispielsweise in Form einer Wärmeleitfolie, einer aufgetragenen Wärmeleitpaste, einem aufgetragenen Wärmeleitkleber, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist die Wärmeleitschicht mit einer derartigen Formbarkeit ausgebildet, dass sie Unebenheiten, Poren, Oberflächenstrukturen und dergleichen zur guten thermischen Ankopplung ausgleichen kann. Dadurch kann die thermische Ankopplung weiter verbessert werden und ferner ein Temperaturgradient in der Ebene der Verbindungsfläche weiter reduziert werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Spulenanordnung ein Gehäuse auf, in dem die Spule angeordnet ist. Die Spulenanordnung kann auf diese Weise vor äußeren Einwirkungen geschützt werden. Darüber hinaus kann durch das Gehäuse eine einfach handhabbare Baueinheit geschaffen werden. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigen Werkstoff gebildet. Darüber hinaus ist das Gehäuse vorzugsweise aus einem nicht ferromagnetischen Werkstoff gebildet. Dadurch kann erreicht werden, dass das Gehäuse die Funktion der Spulenanordnung im Wesentlichen nicht beeinflusst.
-
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Verbindungsfläche mit einem Gehäusedeckel des Gehäuses thermisch leitend verbunden ist. Der Gehäusedeckel stellt folglich die Wärmesenke bereit, die zur Kühlung der Spulenanordnung dient. Zu diesem Zweck kann der Gehäusedeckel einen anderen Werkstoff aufweisen als der Rest des Gehäuses. So kann der Gehäusedeckel beispielsweise aus einem Metall gebildet sein, aber auch aus einem thermisch gut leitfähigen Keramikwerkstoff, beispielsweise Aluminiumoxid und/oder dergleichen. So kann der Gehäusedeckel beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Legierungen hiervon und/oder dergleichen gebildet sein. Vorzugsweise weist der Gehäusedeckel gehäuseinnenseitig eine Kontaktoberfläche auf, die zur Verbindungsfläche angepasst ausgebildet ist und eine gute thermische sowie mechanische Ankopplung der Spule an den Gehäusedeckel erlaubt. Ist die Montagefläche eine Oberfläche einer in Quaderform ausgebildeten Spule, so ist der Gehäusedeckel vorzugsweise durch ein Blech, eine ebene Platte oder dergleichen gebildet, das die Abmessungen der Verbindungsfläche zumindest erreicht, vorzugsweise diese überschreitet. Dadurch ist es möglich, den Gehäusedeckel auf einfache Weise mit dem Gehäuse derart an den Randbereichen zu verbinden, dass die Spulenanordnung durch das Gehäuse umschlossen werden kann.
-
Fahrzeugseitig wird bezüglich des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, dass die Ladungseinrichtung zum drahtlosen energietechnischen Koppeln einer Energiequelle eine Spulenanordnung der Erfindung aufweist. Die Ladungseinrichtung dient bei dem elektrisch antreibbaren Fahrzeug dazu, dem Fahrzeug zugeführte Energie in elektrische Energie derart umzuformen, dass sie in dem Energiespeicher des Fahrzeugs für dessen bestimmungsgemäßen Betrieb gespeichert werden kann. Entsprechendes gilt auch für Anwendungen bei Geräten im Allgemeinen sowie für die Ladestation gemäß der Erfindung.
-
Thermisch Ankoppeln im Sinne der Erfindung bedeutet, dass ein sehr kleiner thermischer Widerstand durch eine Verbindung von zwei Körpern erreicht wird, so dass ein Temperaturgradient zwischen den thermisch angekoppelten Körpern möglichst gering ist. Vorzugsweise ist hierfür vorgesehen, dass die Körper sich mechanisch berühren und eine Oberflächenstruktur im Bereich der Berührung möglichst glatt ist beziehungsweise eine Übertragung großer Wärmemengen bei geringem beziehungsweise kleinem Temperaturgradienten erlaubt.
-
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer FIG zu entnehmen. In der FIG sind gleiche Bauteils und Funktionen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
Die einzige FIG zeigt in einem schematischen Querschnitt eine Spulenanordnung 10 gemäß der Erfindung. Die Spulenanordnung 10 ist vorliegend Bestandteil einer Ladungseinrichtung zum drahtlosen energietechnischen Koppeln einer Energiequelle eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, das in der FIG nicht weiter dargestellt ist. Die Spulenanordnung 10 weist eine eine Verbindungsfläche 12 aufweisende Spule 14 auf, welche Spule 14 eine mehrere Windungen 16 aufweisende Wicklung 18 und einen ferromagnetischen Körper 20 aus Ferrit aufweist.
-
Der Ferrit 20 ist von der Wicklung 18 vollständig umfasst, indem die Windungen 16 der Wicklung 18 um den Ferrit 20 herum gewickelt und diesen mechanisch kontaktierend angeordnet sind. Die in der FIG oberhalb des Ferrits 20 angeordneten Windungen 16 stellen die Verbindungsfläche 12 bereit. Mit der Verbindungsfläche 12 wird die Spule 14 sowohl thermisch als auch mechanisch gekoppelt.
-
Aus der FIG ist nicht erkennbar, dass ein die Windungen 16 der Wicklung 18 bildender elektrischer Leiter aus einer Hochfrequenzlitze gebildet ist, die aus einer Mehrzahl von einzelnen, gegeneinander isolierten Drähten beziehungsweise Litzen gebildet ist und die aufgrund ihres Aufbaus im bestimmungsgemäßen Betrieb im Wesentlichen kein Stromverdrängungseffekt aufzeigt. Der Einsatz einer solchen Hochfrequenzlitze ist bei der bestimmungsgemäßen Anwendung der Spulenanordnung zweckmäßig, da die energietechnische Kopplung mittels eines magnetischen Wechselfeldes erfolgt, dessen Frequenz im Bereich von einigen hundert Hertz bis zu einigen Kilohertz, beispielsweise im Bereich von 25 bis 200 kHz, vorzugsweise in einem Bereich von 130 bis 140 kHz, oder auch in einem Bereich von etwa 85 kHz, oder dergleichen liegen kann. Damit eine möglichst gleichmäßige Stromverteilung auf die einzelnen Drähte der Litze erreicht werden kann, ist in der Regel noch ein Verdrillen der Einzeldrähte vorgesehen. Das Verdrillen kann auch umfassen, dass Bündel aus einer bestimmten Anzahl der Einzeldrähte gebildet werden, die in sich selbst verdrillt sind und wobei diese Bündel, den elektrischen Leiter bildend, ebenfalls verdrillt sind.
-
In der FIG ist der Leiter, der die Windungen 16 der Wicklung 18 bildet, mit einem runden Querschnitt versehen. Die einzelnen Windungen 16 der Wicklung 18 sind räumlich Beabstandet zueinander angeordnet, so dass benachbarte Windungen 16 Räume 24 bilden. In diesen Räumen 24 sind Wärmeleitpads 22 als Wärmeleitelemente angeordnet, die einen im Wesentlichen quaderförmigen Aufbau haben und mit einer ihrer Oberflächen am Ferrit 20 anliegen. Hierdurch sind sie thermisch mit dem Ferrit 20 gekoppelt. Um einen möglichst guten Wärmeübergang erreichen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Wärmeleitpads 22 ferritseitig mit einer den Wärmeübergang reduzierenden Beschichtung versehen sind. Diese Beschichtung kann zum Beispiel durch Wärmeleitpaste, Wärmeleitkleber oder dergleichen gebildet sein.
-
Aus der FIG ist ferner ersichtlich, dass die Wärmeleitpads 22 eine Höhe h aufweisen, die im Wesentlichen dem kleinen Halbmesser des die Windungen 16 bildenden elektrischen Leiters entspricht, so dass sie mit der Verbindungsfläche 12 im Wesentlichen bündig abschließen. Die Windungen 16 und die Wärmeleitpads 22 bilden also eine Verbindungsfläche 12.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ergänzend vorgesehen sein, dass der die Windungen 16 bildende elektrische Leiter einen rechteckigen Querschnitt hat und eine Höhe aufweist, die der Höhe h der Wärmeleitpads 22 entspricht. Hierdurch kann eine im Wesentlichen beschlossene ebene Oberfläche als Verbindungsfläche 12 gebildet werden.
-
Die in der FIG dargestellte Spule 14 weist im Wesentlichen eine Quaderform auf und die Verbindungsfläche 12 ist durch eine der Quaderoberflächen gebildet. Dadurch ist der Ferrit 20 als Platte ausgebildet, die durch mehrere Streifen gebildet ist, wie aus der FIG ersichtlich ist. Die Wärmeleitpads 22 sind durch Materialstreifen gebildet, die zwischen den einzelnen benachbarten Windungen 16 angeordnet sind. Eine quer zur Schnittebene in der FIG verlaufende Erstreckung der Ferrite 20 und der Wärmeleitpads 22 ist im Wesentlichen gleich. Dadurch wird erreicht, dass der Ferrit über seine Erstreckung thermisch entlastet werden kann.
-
Aus der FIG ist ferner ersichtlich, dass auf der Verbindungsfläche 12 eine weitere Wärmeleitschicht 26 ausgebildet ist, die vorliegend ebenfalls als Wärmeleitpad 26 ausgebildet ist. Das Wärmeleitpad 26 kann durch eine thermische leitfähige Folie gebildet sein, beispielsweise eine Kunststofffolie oder dergleichen. Das Wärmeleitpad 26 ist vorzugsweise durch ein durchgehendes, sich über die gesamte Verbindungsfläche 12 erstreckendes Element gebildet, das beispielsweise mittels Kleben oder dergleichen an die Windungen 16 und/oder die Wärmeleitpads 22 angekoppelt sein kann. Dadurch kann einerseits eine mechanische und andererseits eine thermische Verbindung erreicht werden. Das Wärmeleitpad 26 kann darüber hinaus dafür sorgen, dass ein Temperaturgradient in der Verbindungsfläche 12 reduziert werden kann.
-
Aus der FIG ist weiterhin ersichtlich, dass die Spule 14 in einem einen Gehäusedeckel 28 und einen Gehäusebecher 30 umfassenden Gehäuse angeordnet ist. Der Gehäusebecher 30 ist vorliegend aus einem Kunststoff gebildet, der einerseits eine geringe elektrische Leitfähigkeit und andererseits eine geringe magnetische Permeabilität aufweist. Dagegen ist der Gehäusedeckel 28 vorliegend aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer oder einer Legierung hiervon gebildet. Der Gehäusedeckel 28 ist mit dem Gehäusebecher 30 derart verbindbar, dass das hierdurch gebildete Gehäuse die Spule 14 vollständig gegenüber mechanische und atmosphärische Einwirkungen schützt.
-
Aus der FIG ist weiterhin ersichtlich, dass die Spule im im Gehäuse eingebauten Zustand mit dem Wärmeleitpad 26 den Gehäusedeckel 28 mechanisch kontaktiert. Hierdurch ist zugleich eine gute thermische Anbindung gewährleistet, so dass Wärme über den Gehäusedeckel 28 von der Spule abgeführt werden kann. Der Gehäusedeckel 28 wirkt in diesem Sinne als Wärmesenke, weshalb die Verbindungsfläche 12 zum thermischen Koppeln des Gehäusedeckels 28 als Wärmesenke ausgebildet ist. Der Gehäusedeckel 28 ist seinerseits an einer nicht dargestellten Kühleinrichtung des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs befestigt, so dass die Wärme von der Spulenanordnung 10 abgeführt werden kann.
-
Wie aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich ist, ermöglicht es die Erfindung, eine vollflächige thermische Anbindung des Ferrits 20 an das Gehäuse 28, 30 zu verbessern. Zu diesem Zweck werden die Zwischenräume der durch die Litzenwicklung gebildeten Windungen 16 mit den streifenförmigen Wärmeleitpads 22 ausgefüllt. Die Wärmeleitpads 22 schließen bündig mit der Höhe der Hochfrequenzlitze der Windungen 16 ab. Um einen guten Wärmeübergang von der Hochfrequenzlitze der Windungen 16 beziehungsweise den Wärmeleitpads 22 zum Gehäusedeckel 28 erreichen zu können, wird ergänzend ein im Wesentlichen vollflächiges dünnes Wärmeleitpad 26 aufgelegt.
-
Mit diesen Maßnahmen kann ein günstiger Wärmepfad realisiert werden und die im Ferrit auftretende Verlustleistung kann hierüber abgeführt werden.
-
Die vorangehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels soll die Erfindung lediglich erläutern und diese nicht beschränken. Selbstverständlich wird der Fachmann bei Bedarf entsprechende Variationen vorsehen, ohne den Kerngedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können einzelne Merkmale bedarfsgerecht in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.
-
Darüber hinaus können natürlich Vorrichtungsmerkmale durch entsprechende Verfahrensschritte und umgekehrt realisiert sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- KR 1020120016521 A [0003]
