DE102017206898A1

DE102017206898A1 - Spule in Leichtbauweise

Info

Publication number: DE102017206898A1
Application number: DE102017206898.1A
Authority: DE
Inventors: Karim Bahroun
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN108735468A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule mit mindestens einer ersten Schirmung, mit mindestens einer ersten Zwischenschicht, mit mindestens einer zweiten Zwischenschicht, mit mindestens einem Spulenträger mit mindestens einer Spulenwicklung wobei die erste Zwischenschicht auf der ersten Schirmung und die zweite Zwischenschicht auf der ersten Zwischenschicht und der Spulenträger auf der zweiten Zwischenschicht angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spule in Leichtbauweise, geeignet für ein induktives Ladesystem
Stand der Technik
Induktive Ladesysteme übertragen elektrische Energie von einer Sendespule in einer Vorrichtung zu einer Empfangsspule in einer anderen Vorrichtung. Dazu wird in der Sendespule durch einen Wechselstrom ein Magnetfeld erzeugt, welches in der Empfangsspule einen elektrischen Strom induziert. Dieser in der Empfangsspule induzierte Strom kann verwendet werden, um einen elektrischen Energiespeicher in der Empfangsvorrichtung zu laden, die Empfangsvorrichtung zu betreiben und/oder Informationen zwischen der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtung zu übertragen. Wie beispielsweise in der Schrift DE 21 3025 000 119 beschrieben sind induktive Ladesysteme Stand der Technik. Induktive Ladesysteme umfassen eine Ladevorrichtung, die Leistung und/oder Signale an eine elektronische Vorrichtung überträgt, und zwar durch induktive Kopplung zwischen der Sendespule und der Empfangsspule in der elektronischen Vorrichtung. Die Sendespule ist im Innenbereich der Ladevorrichtung positioniert, der vom Gehäuse der Ladevorrichtung definiert wird. Insbesondere ist die Sendespule an einer Innenwand des Gehäuses befestigt, die an die Ladeoberfläche angrenzt. In ähnlicher Weise ist die Empfangsspule im Innern der elektronischen Vorrichtung in einem Innenbereich positioniert, der vom Gehäuse der elektronischen Vorrichtung definiert wird. Die Empfangsspule ist ebenfalls an der Innenwand des Gehäuses befestigt, die an die Ladeoberfläche angrenzt. Im Betrieb der Sendespule und der Empfangsspule treten Verluste in Form von Wärme auf, die aus den Spulen und aus den Gehäusen der Vorrichtungen abzuführen sind. Bei einer Positionierung der Sendespule und/oder der Empfangsspule an der Innenwand des Gehäuses wird die Verlustwärme direkt in das Gehäuse abgeführt, womit für die Gestaltungfreiheit und die Materialauswahl des Gehäuses in nachteiliger Weise einschränkende Grenzen gesetzt sind.
Es besteht daher der Bedarf nach einer Sendespule und/oder der Empfangsspule, die frei positioniert werden kann und der Gestaltungsfreiheit und der Materialauswahl des Gehäuses keine einschränkenden Grenzen setzt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Sendespule oder eine Empfangsspule in einem geschichteten Aufbau angeordnet sind. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Spulen wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Spule frei positioniert werden kann.
Erfindungsgemäß ist dazu eine Spule vorgesehen, die mindestens eine erste Schirmung, mindestens eine erste Zwischenschicht, mindestens eine zweite Zwischenschicht und mindestens einen Spulenträger mit mindestens einer Spulenwicklung umfasst wobei die erste Zwischenschicht auf der ersten Schirmung und die zweite Zwischenschicht auf der ersten Zwischenschicht und der Spulenträger auf der zweiten Zwischenschicht angeordnet sind.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Vorteilhafterweise wird die Spule durch eine auf einem Spulenträger angeordnete und mittels eines Fadens fixierte elektrisch leitfähige Litze gebildet. Die elektrisch leitfähige Litze besitzt eine gute Stromleitung bei hochfrequentem Strom aufgrund der Proximity- und Skin-Effekte. Die Spule ist einfach herstellbar, da die elektrisch leitfähige Litze biegeschlaff ist und daher im Vergleich zu Massivleitern einfach zu formen ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der mindestens ersten Zwischenschicht der Spule Ferrite angeordnet sind. Die Ferrite führen das Magnetfeld in vorteilhafter Weise dicht bei der Spule, wenn die Ferrite nahe der Spule angeordnet sind. Damit wird ebenfalls in vorteilhafter Weise ein gegenüber einem konventionellen Aufbau aus separat angeordneten Ferriten kompakter Aufbau erreicht.
Vorteilhafterweise ist die mindestens zweite Zwischenschicht der Spule wärmeleitend und elektrisch isolierend. Die elektrisch isolierende zweite Zwischenschicht führt mit der Funktion der Wärmeleitung in vorteilhafter Weise zu einem kompakten Aufbau und ermöglicht eine Führung der Abwärme der Spule zu einer geeigneten Wärmesenke. Ein weiterer Vorteil dieser elektrisch isolierenden und wärmeleitenden zweiten Zwischenschicht ist neben dem kompakten Aufbau eine Gewichtsreduktion der Spule im Vergleich zu einer aus separaten Komponenten aufgebauten Spule.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung von elektronischen Bauelementen in der wärmeleitenden und elektrisch isolierenden zweiten Zwischenschicht. Die elektronischen Bauelemente sind so in vorteilhafter Weise mit sehr kurzen Anschlussleitungen mit der Spule verbindbar und führen durch ihre Anordnung in der wärmeleitenden und elektrisch isolierenden zweiten Zwischenschicht zu einer effizienten Bauraumnutzung. Durch die direkte Entwärmung der elektronischen Bauelemente können diese ohne Einschränkung der Lebensdauer thermisch höher belastet werden.
In vorteilhafter Weise wird die Spule in einem Gehäuse angeordnet. Dieses Gehäuse schützt die Spule vor mechanischen Beschädigungen und vor korrosiven Medien.
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Spule in einem Gehäuse, das Versteifungsstrukturen und Verbindungs- und Montageelemente umfasst. Das entsprechend gestaltete Gehäuse hat den Vorteil eines kompakten Aufbaus und einer Gewichtsreduktion im Vergleich zu einem Aufbau aus Einzelkomponenten.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spule ohne Gehäuse und abdeckende wärmeleitende zweite Zwischenschicht,
2: eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Spule.

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spule 1 ohne Gehäuse 9 und abdeckende wärmeleitende zweite Zwischenschicht 5. Die Spule 1 besteht aus einer ersten Schirmung 7, einer ersten Zwischenschicht 6, einer zweiten Zwischenschicht 5 und einem Spulenträger 13 mit einer Spulenwicklung 3. Die Spulenwicklung 3 besteht aus einer Litze 11, die auf einem Spulenträger 13 angeordnet ist und durch einen Faden 12 fixiert ist. Der Spulenträger 13 besteht aus einem flexiblen textilen Gewebe, auf dem die Litze 11 in beliebiger Form mittels textiltechnischer Verfahren durch einen Faden 12 fixiert werden kann. Die zweite Zwischenschicht 5 besteht aus einem wärmeleitfähig, aber elektrisch isolierend modifizierten Polymer. Dieses Polymer kann in die Zwischenräume der Litze 11 der Spulenwicklung 3 eingebracht werden, so dass die Litze 11 der Spulenwicklung 3 vollständig eingebettet ist und in das wärmeleitfähige Polymer der zweiten Zwischenschicht 5 entwärmt wird. Direkt an diese Schicht, bestehend aus der zweiten Zwischenschicht 5 und der Spulenwicklung 3, folgt die erste Zwischenschicht 6. Diese erste Zwischenschicht 6 besteht aus Ferriten zur Führung des Magnetfelds. Aufgrund der Anordnung der Ferrite der ersten Zwischenschicht 6 direkt an der zweiten Zwischenschicht 5 mit der Spulenwicklung 3 wird eine sehr enge Führung des Magnetfelds der Spulenwicklung 3 erzielt. Auf die erste Zwischenschicht 6 folgt die Schirmung 7, die das Magnetfeld gegenüber der Umgebung abschirmt. Durch die Verwendung des wärmeleitfähigen, aber elektrisch isolierenden Polymers der zweiten Zwischenschicht 5 ergibt sich eine Wärmeleitung von der Litze 11 der Spulenwicklung 3 über die zweite Zwischenschicht 5 und die Ferrite der ersten Zwischenschicht 6 in die Schirmung 7.
Innerhalb der zweiten Zwischenschicht 5 können ebenfalls elektronische Bauelemente 14 angeordnet werden. Die elektronischen Bauelemente 14 können sowohl aktive als auch passive Bauelemente umfassen, aber auch exemplarisch Sensoren zur Temperaturüberwachung oder auch Anschlüsse wie zum Beispiel Stecker umfassen.
Diese Anordnung von elektronischen Bauelementen 14 hat den Vorteil, dass nur sehr kurze elektrische Anschlussleitungen zu der Spulenwicklung 3 beziehungsweise den Spulenwicklungen 3 erforderlich sind und gleichzeitig neben der effizienten Bauraumnutzung auch eine effiziente Entwärmung der Bauelemente 14 gegeben ist.
Durch eine Anbindung der Schirmung 7 an eine geeignete Wärmesenke ist durch diesen geschichteten, laminatartigen Aufbau der Spule 1 eine Wärmeabfuhr der Verlustwärme in das Gehäuse 9 nicht erforderlich. Die mechanische Befestigung der Spule 1 erfolgt ebenfalls über die Schirmung 7, so dass das Gehäuse 9 weder die Spule 1 mechanisch halten noch die Spulenwicklung 3 entwärmen muss. Damit wird der Luftspalt zwischen der Sendespule und der Empfangsspule nicht erwärmt. Das Gehäuse 9 übernimmt beispielsweise in einem Kraftfahrzeug den Schutz der Spule 1 vor Steinschlag oder korrosiven Medien wie zum Beispiel Streusalzsole.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch eine erfindungsgemäße Spule 1. 2 zeigt eine Doppelspule mit zwei einzelnen Spulenwicklungen 3. Die beiden Spulenwicklungen 3 sind durch eine zweite Zwischenschicht 5 elektrisch voneinander isoliert. In dem in 2 gezeigten Beispiel erfolgt die Entwärmung der von den Spulenwicklungen 3 abgegebenen Abwärme durch die zweiten Zwischenschichten 5 über die erste Zwischenschicht 6 und eine weitere zweite Zwischenschicht 5 in die Schirmung 7. Das Gehäuse 9 wird thermisch nicht belastet. Es bestehen keine thermischen und/oder mechanischen Einschränkungen für die Gestaltung und für die Materialauswahl des Gehäuses 9. Ebenso bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Einbaulage der Spule 1. Die Spule 1 mit dem geschichteten, laminatartigen Aufbau kann beispielsweise liegend auf einer Fahrbahn oder auf einer Tischplatte oder hängend unter einem Fahrzeug oder an der Unterseite eines elektronischen Geräts eingesetzt werden. Sie kann ebenfalls aufrecht stehend oder unter jeder denkbaren Neigung uneingeschränkt eingesetzt werden.
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

DE 213025000119 [0002]

Claims

Spule (1) mit mindestens einer ersten Schirmung (7), mit mindestens einer ersten Zwischenschicht (6), mit mindestens einer zweiten Zwischenschicht (5), mit mindestens einem Spulenträger (13) der mindestens eine Spulenwicklung (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zwischenschicht (6) auf der ersten Schirmung (7) und die zweite Zwischenschicht (5) auf der ersten Zwischenschicht (6) und der Spulenträger (13) auf der zweiten Zwischenschicht (5) angeordnet sind.
Spule (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mindestens einen Spulenträger (13) eine Litze (11) angeordnet und mittels eines Fadens (12) fixiert ist.
Spule (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen ersten Zwischenschicht (6) Ferrite angeordnet sind.
Spule (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Zwischenschicht (5) wärmeleitend und elektrisch isolierend ist.
Spule (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Zwischenschicht (5) elektronische Bauelemente (14) angeordnet sind.
Spule (1) nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (1) in einem Gehäuse (9) angeordnet ist.
Spule (1) nach dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) Versteifungsstrukturen und Verbindungs- und Montageelemente umfasst.