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Die Erfindung betrifft eine Spuleneinrichtung zum Anordnen an einer Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs, mit einer Spuleneinheit zum magnetischen Koppeln einer Ladestationsspuleneinheit einer Ladestation, wobei die Spuleneinrichtung ein Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff aufweist, das die Bodengruppe im an der Bodengruppe angeordneten Zustand gegenüber einem von der Spuleneinheit erfassten Magnetfeld der Ladestationsspuleneinheit abschirmt.
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Insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, das Kraftfahrzeug in regelmäßigen Abständen mit einer elektrischen Energiequelle zu verbinden, um von der elektrischen Energiequelle elektrische Energie dem Kraftfahrzeug zuführen zu können, die es für seinen bestimmungsgemäßen Betrieb, insbesondere seinen bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb, benötigt. Zu diesem Zweck wird das Kraftfahrzeug in der Regel an einer Ladestation abgestellt und mit dieser energietechnisch gekoppelt, sodass von der Ladestation elektrische Energie zum Kraftfahrzeug geführt werden kann. Die energietechnische Kopplung kann dabei auf unterschiedlichste Arten und Weisen erfolgen. Die energietechnische Kopplung kann zum Beispiel leitungsgebunden erfolgen, indem das Kraftfahrzeug mit der Ladestation beziehungsweise deren Kopplungseinheit mittels eines Ladekabels elektrisch verbunden wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, eine drahtlose energietechnische Kopplung bereitzustellen, beispielsweise nach Art des induktiven Koppelns mittels eines magnetischen Wechselfeldes oder dergleichen.
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Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder dergleichen. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen.
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Zum kontaktlosen beziehungsweise drahtlosen Zuführen von Energie zum Kraftfahrzeug von der Ladestation bietet sich insbesondere das induktive Energiekoppeln an, welches auch Wireless Power Transfer (WPT) genannt wird. Zum induktiven Energiekoppeln ist in der Regel ein Spulensystem vorgesehen, bei dem ladestationsseitig eine Ladestationsspuleneinheit nach Art einer Primärspule in einem der Ladestation zugeordneten Kopplungsbereich angeordnet ist, die zum Zwecke des Erzeugens eines magnetischen Wechselfeldes mit einem Wechselstrom beaufschlagt ist. Kraftfahrzeugseitig ist eine Spuleneinrichtung nach Art einer Sekundärspule vorgesehen, die an eine elektrische Wandlungseinrichtung angeschlossen ist, die ihrerseits an ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Wird das Kraftfahrzeug in geeigneter Weise im Kopplungsbereich abgestellt, sind die Ladestationsspuleneinheit und die Spuleneinrichtung vorzugsweise zueinander derart ausgerichtet, dass das magnetische Wechselfeld der Ladestationsspuleneinheit von der Spuleneinrichtung des Kraftfahrzeugs erfasst werden kann. Hierdurch wird eine magnetische Kopplung bewirkt, bei der in der Spuleneinrichtung eine elektrische Spannung induziert wird, die kraftfahrzeugseitig entsprechend verarbeitet wird, sodass dem magnetischen Wechselfeld Energie entzogen werden kann. Diese Energie wird dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zugeführt.
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Bei dieser Art der energietechnischen Kopplung ist in der Regel die Ladestationsspuleneinheit in der Regel auf einem Boden des Kopplungsbereichs als energietechnische Kopplungseinheit der Ladestation angeordnet. Auf diesem Boden wird das Kraftfahrzeug während des Aufladens abgestellt. Die Spuleneinrichtung, die an einer Bodengruppe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, ist hierbei dann vorzugsweise der Ladestationsspuleneinheit gegenüberliegend positioniert. Dadurch ist es möglich, dass eine gute magnetische Kopplung erreicht werden kann.
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Die Spuleneinrichtung weist in der Regel ein Gehäuse auf, in welchem die Spuleneinheit zum magnetischen Koppeln der Ladestationsspuleneinheit der Ladestation angeordnet ist. Die Spuleneinheit kann zum Beispiel aus einer oder mehreren elektrischen Spulen bestehen, die in geeigneter Weise elektrisch miteinander verschaltet sind und in geeigneter Weise im Gehäuse angeordnet sind. Darüber hinaus kann die Spuleneinheit auch einen magnetischen Rückschluss aufweisen, beispielsweise aus einem ferromagnetischen Material wie Ferritmaterial oder dergleichen, um das Magnetfeld der Spuleneinrichtung in möglichst günstiger Weise führen zu können.
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Um die Bodengruppe vor Einwirkungen des Magnetfelds möglichst gut schützen zu können, ist das Gehäuse in der Regel aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff gebildet, der möglichst nicht ferromagnetische Eigenschaften aufweist, beispielsweise aus Metall, einer Metalllegierung oder dergleichen. Als Metall kommt insbesondere Aluminium beziehungsweise eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder dergleichen in Betracht. Das Gehäuse ist häufig aus Blechen gebildet, die über Schraubverbindungen miteinander und gegebenenfalls auch mit der Bodengruppe des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Dabei ist zu beachten, dass während des energietechnischen Koppelns in einer direkten Umgebung der Spuleneinrichtung große magnetische Flussdichten auftreten können, die möglichst abgeschirmt werden sollen. Dies wird im Wesentlichen üblicherweise durch das Gehäuse erreicht. Dabei hat sich gezeigt, dass, wenn Luftspalte vorliegen, Wirbelströme über hochohmige Übergangsstellen zu einer unerwünschten Erwärmung führen können. Dies kann zum Beispiel dann auftreten, wenn ein Luftspalt in einem Schirmblech des Gehäuses beispielsweise aus montagetechnischen Gründen vorliegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die unerwünschte Erwärmung zu reduzieren.
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Als Lösung wird mit der Erfindung eine Spuleneinrichtung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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Bezüglich einer gattungsgemäßen Spuleneinrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Gehäuse einstückig mit einer im Wesentlichen geschlossenen, elektrisch leitfähigen Oberfläche ausgebildet ist.
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Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass durch die geschlossene, elektrisch leitfähige Oberfläche ungünstige Luftspalte reduziert werden können, sodass eine gute elektrische Leitfähigkeit für Wirbelströme erreicht werden kann. Dadurch können die unerwünschten Wirkungen im Stand der Technik, die insbesondere bei Schraubverbindungen zu unerwünschter Erwärmung führen, weitgehend vermieden werden. Zu diesem Zweck wird das Gehäuse einstückig ausgebildet, wodurch die unerwünschten Luftspalte im Wesentlichen vermieden werden können. Dabei kann das Gehäuse aus einem einzigen Blech, beispielsweise einem Aluminiumblech oder dergleichen, gebildet sein. Das Gehäuse kann zum Beispiel durch Tiefzeihen oder einer anderen Art der Umformung aus einem einzigen Teil hergestellt sein. Der Werkstoff des Gehäuses ist dabei vorzugsweise möglichst nicht magnetisch permeabel, wobei insbesondere elektrisch leitfähige Werkstoffe zum Einsatz kommen, deren relative magnetische Permeabilität im Wesentlichen eins ist. Ein solcher Werkstoff ist zum Beispiel Aluminium, entsprechende Aluminiumlegierungen, aber auch Kupfer, bestimmte Stähle, insbesondere Edelstähle, die aufgrund ihrer Legierung eine entsprechend geringe magnetische Permeabilität aufweisen.
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Das Gehäuse kann aus einem einzigen Blech gebildet sein. Darüber hinaus können natürlich auch mehrere Bleche vorgesehen sein, die in entsprechender Weise möglichst luftspaltlos miteinander fest verbunden sind, beispielsweise mittels Löten, Schweißen, Kleben und/oder dergleichen.
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Das Gehäuse weist vorzugsweise eine Öffnung auf, die von der Bodengruppe fort gerichtet ist, sodass eine magnetische Kopplung mit der Ladestationsspuleneinheit ermöglicht ist, ohne dass im Kopplungsbereich Elemente des Gehäuses vorhanden wären.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung(en). Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Schaltbilddarstellung für die Induktion bei einer Leiterschleife,
- 2 eine schematische Darstellung einer an einer Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs angeordneten Spuleneinrichtung, die mit einer Ladestationsspuleneinheit über ein Magnetfeld energietechnisch gekoppelt ist, und
- 3 eine schematische vergrößerte Darstellung aus 3, und zwar des Bereichs III in 2.
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1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung die Wirkung der Induktion bei einer Leiterschleife, die hier mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Leiterschleife 10 ist eine geschlossene Leiterschleife. Die Leiterschleife 10 stellt eine innere Öffnungsfläche 12 bereit, die von einem Magnetfeld 14 durchflutet wird. Das Magnetfeld 14 hat eine magnetische Flussdichte B. In der Leiterschleife 10 strömt ein Strom I, wenn sich die Flussdichte B abhängig von der Zeit verändert.
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2 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung eine Bodengruppe 18 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs, das gegenüber einer Ladestationsspuleneinheit 22 einer nicht weiter dargestellten Ladestation angeordnet ist. An der Bodengruppe 18 ist eine Spuleneinrichtung 16 angeordnet, mit der ein durch die Ladestationsspuleneinheit 22 der Ladestation bereitgestelltes magnetisches Wechselfeld 14 erfasst werden kann, um diesem magnetischen Wechselfeld 14 Energie zu entnehmen und als elektrische Energie für das Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Zu diesem Zweck umfasst die Spuleneinrichtung 16 eine Spuleneinheit 20 zum magnetischen Koppeln der Ladestationsspuleneinheit 22, wenn das Kraftfahrzeug gegenüber der Ladestation an dem vorgegebenen Bereich beziehungsweise Kopplungsbereich angeordnet ist.
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Darüber hinaus umfasst die Spuleneinrichtung 16 ein Gehäuse 24, welches vorliegend aus mehreren Aluminiumblechen gebildet ist, die mittels Schraubverbindungen 28 miteinander verbunden sind. Das Gehäuse 24 mit seinen Blechen 34, 36, 38, die vorliegend aus Aluminium gebildet sind, dient dazu, im an der Bodengruppe 18 angeordneten Zustand die Bodengruppe 18 gegenüber dem von der Spuleneinheit 20 erfassten Magnetfeld 14 der Ladestationsspuleneinheit 22 abzuschirmen. Das Gehäuse 24 bildet ferner eine Öffnung 26 aus, durch die das Magnetfeld 24 durch die Spuleneinheit 20 erfasst werden kann.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, sind zwischen den mittels der Schraubverbindungen 28 verbundenen Blechen 34, 36, 38 des Gehäuses 24 Luftspalte 30 ausgebildet. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III in 2.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, wird durch die Schraubverbindungen 28 und den Luftspalt 30 zwischen den Blechen 34, 36, 38 eine Leiterschleife 32 ausgebildet, die vom Magnetfeld 14 beziehungsweise zumindest einem Teil davon durchflutet wird. Hierdurch entstehen Wirbelströme in der Leiterschleife 32, die zu einer unerwünschten Erwärmung im Bereich der Schraubverbindungen 28 führen.
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Um die unerwünschte Problematik in Bezug auf die Erwärmung zu reduzieren, wird nunmehr vorgeschlagen, dass die Bleche 34, 36, 38 so miteinander ausgeführt werden, dass sie ein einstückiges Gehäuse 24 bilden, welches eine im Wesentlichen geschlossene elektrisch leitfähige Oberfläche bereitstellt. Dadurch kann durch die Wirbelstromausbildung hervorgerufene unerwünschte Erwärmung reduziert werden. Dies ist insbesondere deshalb auch beachtlich, weil beim energietechnischen Koppeln mittels des Magnetfelds 14 üblicherweise große magnetische Flussdichten bei hohen Frequenzen zum Einsatz kommen. Unerwünschte Auswirkungen aufgrund von Wirbelstromausbildung sind deshalb besonders beachtlich.
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Das Gehäuse 24 kann natürlich aus den Blechen 34, 36, 38 derart gebildet sein, dass diese aus einem einzigen Teil gebildet sind, beispielsweise mittels Tiefziehen oder dergleichen. Es besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, das Gehäuse 24 aus einem Sandguss herzustellen. Darüber hinaus besteht aber auch die Möglichkeit, die Bleche 34, 36, 38 an ihren Verbindungsstellen flächig mit geeignetem Querschnitt zu verbinden, beispielsweise mittels eines Verbindungsverfahrens wie Löten, Schweißen, Kleben oder dergleichen, wobei ein ausreichender elektrischer Querschnitt bereitgestellt werden soll, damit eine unerwünschte Erwärmung weitgehend vermieden werden kann.
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Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Leiterschleife
- 12
- Öffnungsfläche
- 14
- Magnetfeld
- 16
- Spuleneinrichtung
- 18
- Bodengruppe
- 20
- Spuleneinheit
- 22
- Ladestationsspuleneinheit
- 24
- Gehäuse
- 26
- Öffnung
- 28
- Schraubverbindungen
- 30
- Luftspalt
- 32
- Leiterschleife
- 34
- Blech
- 36
- Blech
- 38
- Blech
- B
- Magnetische Flußdichte
- I
- Strom
