DE102022203491A1

DE102022203491A1 - Induktionsladeeinrichtung

Info

Publication number: DE102022203491A1
Application number: DE102022203491.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Himmer; Stefan Hirsch; Timo Lämmle; Holger Schroth; Martin Steinbach
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-04-07
Filing date: 2022-04-07
Publication date: 2023-10-12
Also published as: WO2023194383A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsladeeinrichtung (1), insbesondere eine stationäre oder/und induktive Induktionsladeeinrichtung, für ein induktives Fahrzeugladesystem zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Die Induktionsladeeinrichtung (1) umfasst zumindest eine Spule (2) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds, die sich in einer senkrecht zur Höhenrichtung (H) der Induktionsladeeinrichtung (1) verlaufenden Ebene erstreckt und die mit als Litzen (3) ausgestalteten elektrischen Leitern gebildet ist. Die Induktionsladeeinrichtung (1) umfasst ferner eine Spulenträgerstruktur (4) aus Kunststoff zum Positionieren der Litzen (3), in der die Litzen (3) zumindest teilweise eingebettet sind. Die Induktionsladeeinrichtung (1) umfasst weiterhin eine Tragstruktur (5), die mehrere sich jeweils entlang der Höhenrichtung (H) erstreckende Tragelemente (6) aufweist, die in Längsrichtung (L) senkrecht zur Höhenrichtung (H) im Abstand zueinander angeordnet sind und sich in der Höhenrichtung an der Spulenträgerstruktur (4) abstützen. Die Induktionsladeeinrichtung (1) umfasst außerdem wenigstens zwei, vorzugsweise mehreren, jeweils im Abstand zueinander angeordneten magnetfeldleitenden Kernplatten (7) aus einem weichmagnetischen Material, die sich entlang der Längsrichtung (L) erstrecken, wobei sich jeweils eine Kernplatte (7) an wenigstens einem Tragelement (6) abstützt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsladeeinrichtung für ein induktives Fahrzeugladesystem zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einer solchen Induktionsladeeinrichtung ausgestattetes induktives Fahrzeugladesystem.
Ein herkömmliches induktives Fahrzeugladesystem umfasst eine stationäre Induktionsladeeinrichtung, die auch als „Bodenbaugruppe“ oder „Ground Assembly“ bezeichnet werden kann und die in der Regel ortsfest, beispielsweise an einem Fahrzeugstellplatz, angeordnet und an ein elektrisches Stromnetz angeschlossen ist, und eine mobile Induktionsladeeinrichtung, die auch als Fahrzeugbaugruppe oder Vehicle Assembly bezeichnet werden kann und die am jeweiligen Fahrzeug angeordnet ist, insbesondere am Fahrzeugunterboden. Die mobile Induktionsladeeinrichtung ist dabei mit der Batterie des Fahrzeugs auf geeignete Weise gekoppelt, z.B. über ein entsprechendes fahrzeugseitiges Ladegerät. Zum Aufladen der Batterie wird das Fahrzeug mit seiner mobilen Induktionsladeeinrichtung bezüglich der stationären Induktionsladeeinrichtung so positioniert, dass mittels Induktion, also über ein elektromagnetisches Wechselfeld, elektrische Energie von der stationären Induktionsladeeinrichtung auf die mobile Induktionsladeeinrichtung übertragen werden kann. Beim induktiven Fahrzeugladesystem kann auf Ladestecker verzichtet werden, die mit fahrzeugseitigen Ladebuchsen gesteckt werden müssen.
Eine Induktionsladeeinrichtung weist zumindest eine Spule auf, die ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugen kann. Eine solche Spule kann auch als „Induktionsspule“ oder als „Resonatorspule“ bezeichnet werden. Des Weiteren kann die stationäre Induktionsladeeinrichtung mit mehreren magnetfeldleitenden Kernplatten aus einem weichmagnetischen Material ausgestattet sein, die bezüglich der Horizontalrichtung unterhalb der Litzen angeordnet sind. Mit Hilfe der Kernplatten wird das mit Hilfe der jeweiligen Spule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld, das von der jeweiligen Spule auch nach unten abgestrahlt wird, nach oben abgelenkt, wodurch das nach oben abgestrahlte Wechselfeld quasi verstärkt wird.
Für eine hohe elektrische Effizienz ist es erforderlich, die Kernplatten möglichst nahe an den Litzen anzuordnen, aber auch präzise relativ zu diesen zu positionieren, um die Resonanz des mittels der Spule gebildeten Schwingkreises möglichst wenig oder - im Idealfall - gar nicht negativ zu beeinflussen. Es ist bekannt, herkömmliche Kernplatten, die typischerweise quaderförmig ausgebildet sind und somit jeweils sechs (Ober-)flächen - und zwar zwei sich gegenüberliegende Stirnflächen und vier zwischen den beiden Stirnflächen angeordneten Umfangsflächen - aufweisen, durch einen mechanischen Prozess des Feinschleifens auf eine hohe Maßhaltigkeit und hohe Oberflächengenauigkeit zu veredeln. Dies ist insbesondere erforderlich, da die Kernplatte in der Regel urförmlich in einem Sinterprozess hergestellt wird, in welchem das Volumen der Kernplatte um 20 - 30 % schrumpft. Dieses Schrumpfen findet typischerweise ungleichmäßig statt und erzeugt Toleranzen im Bereich von 1,0 % bis 5,0%, was auch große Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenbeschaffenheit der Kernplatte verursacht. Mittels besagten Feinschleifens der Oberfläche wird also unerwünschten Toleranzen entgegengewirkt.
Der Prozess des Feinschleifens ist jedoch teuer und übertrifft oftmals die verbleibenden Herstellungskosten der Kernplatte.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Lösung dieses Problems. Insbesondere soll eine verbesserte Ausführungsform einer Induktionsladeeinrichtung geschaffen werden, die sich durch eine hohe mechanische Stabilität und eine verbesserte induktive Effizienz bei gleichzeitig reduzierten Herstellungskosten auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, die Kernplatten einer Induktionsladeeinrichtung bezüglich einer Höhenrichtung zwischen den Litzen der Spule und einer Tragstruktur anzuordnen und dabei wenigstens eine der Kernplatten mit einer ungeschliffenen, also nicht feingeschliffenen Oberflächenzone zu versehen. Dabei ist die Tragstruktur, auf welche sich sowohl der Litzenträger mit der Litze als auch die Kernplatte abstützt, bevorzugt so konzipiert, dass die Kernplatte trotz der mindestens einen ungeschliffenen, also urförmigen Oberflächenkontur weitestgehend planparallel, bevorzugt genau planparallel zur Ausrichtung des Litzenträgers eingebracht ist. Dadurch wird erreicht, dass die Varianz der induktiven Eigenschaften der Spule, die von der Position der Kernplatten relativ zu den Litzen der Spule abhängt, klein gehalten und so die Resonanz des mittels der Spule gebildeten Schwingkreises möglichst wenig - bevorzugt gar nicht - in negativer Weise beeinflusst wird.
Mittels der Tragstruktur wird sichergestellt, dass die Induktionsladeeinrichtung von einem Fahrzeug überfahren werden kann, ohne dass dies zu einer Deformation und einer damit zwangsweise einhergehenden Beschädigung oder gar Zerstörung der Spulenträgerstruktur, der Kernplatten oder der Litzen selbst führt. Bei der hier vorgestellten Lösung können sich die Kernplatten der Induktionsladeeinrichtung an der Tragstruktur abstützen. Dadurch kann die hohe Steifigkeit und insbesondere die Druckfestigkeit der Kernplatten genutzt werden, um die flächig auf die Spulenträgerstruktur einwirkenden Kräfte auf die Tragstrukturen zu übertragen.
Außerdem werden durch Einbettung der Litzen der Spule in eine Spulenträgerstruktur die Litzen mit geringer Toleranz positioniert. Dadurch wird die elektrische Effizienz der Induktionsladeeinrichtung weiter gesteigert. Analog dazu können mithilfe der Tragstruktur die Kernplatten trotz ungeschliffener Oberflächenzone mit geringer Toleranz und somit präzise gegenüber der Spulenträgerstruktur und damit auch gegenüber den Litzen der Spule ausgerichtet werden. Dadurch wird die Varianz der induktiven Eigenschaften der Spule, die von der Position der Kernplatten relativ zu den Litzen der Spule abhängt, klein gehalten. Somit können auch ausgleichende Maßnahmen, insbesondere in einer Leistungselektronik der Induktionsladeeinrichtung, zur Gewährleistung eines resonanten Schwingkreises besonders gering ausfallen, womit weitere Kostenvorteile einhergehen.
Im Einzelnen umfasst eine erfindungsgemäße Induktionsladeeinrichtung zumindest eine Spule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds. Die Spule ist mit als Litzen ausgestalteten elektrischen Leitern ausgebildet. Eine Litze wiederum weist mehrere elektrisch leitende Drähte auf. Ebenso kann die Induktionsladeeinrichtung eine geeignete Leistungselektronik zur Energieversorgung der Spule sowie zum Ansteuern der Spule aufweisen.
Die Induktionsladeeinrichtung besitzt eine Längsrichtung, eine dazu senkrecht verlaufende Querrichtung sowie eine senkrecht zur Längsrichtung und senkrecht zur Querrichtung verlaufende Höhenrichtung. Die relativen Ortsangaben „oben“, „unten“, „oberhalb“ und „unterhalb“ beziehen sich dabei auf eine räumliche Ausrichtung der Induktionsladeeinrichtung, die diese im ordnungsgemäßen Betrieb besitzt. Somit verläuft die Höhenrichtung antiparallel zur Schwerkraftrichtung und ein unteres Bauteil befindet sich folglich in der Schwerkraftrichtung unterhalb eines oberen Bauteils. Bei ordnungsgemäß auf einem Untergrund oder in einem Untergrund vertieft oder versenkt angeordneter Induktionsladeeinrichtung erstrecken sich die Längsrichtung und die Querrichtung horizontal, wohingegen sich die Höhenrichtung vertikal, also antiparallel zur Schwerkraftrichtung erstreckt. Bei der Induktionsladeeinrichtung erstreckt sich die Spule bevorzugt in einer senkrecht zur Höhenrichtung verlaufenden Ebene, die durch die Längsrichtung und die Querrichtung aufgespannt sein kann. Mit „lateral“ ist vorliegend „senkrecht zur Höhenrichtung“ gemeint. Entsprechend ist eine „laterale Ebene“ vorliegend eine Ebene, die sich senkrecht zur Höhenrichtung erstreckt.
Die erfindungsgemäße Induktionsladeeinrichtung umfasst außerdem eine Spulenträgerstruktur aus Kunststoff zum Positionieren der Litzen, in der die Litzen zumindest teilweise eingebettet sind. Im vorliegenden Zusammenhang wird unter dem Begriff „eingebettet“ verstanden, dass das eingebettete Bauteil, also die Litzen, mehr oder weniger vom Material der Struktur, in das das jeweilige Bauteil eingebettet ist, umgeben ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass in der Struktur passende Vertiefungen oder Aussparungen zum Einsetzen des jeweiligen Bauteils vorgesehen werden. Ebenso ist denkbar, dass die jeweilige Struktur an das jeweilige Bauteil angespritzt bzw. angegossen oder auch angeklebt wird. Die Spulenträgerstruktur ist zweckmäßig eben und flach konzipiert.
Ferner umfasst die erfindungsgemäße Induktionsladeeinrichtung eine Tragstruktur, die mehrere sich jeweils entlang der Höhenrichtung erstreckende Tragelemente aufweist, welche in Längsrichtung senkrecht zur Höhenrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind und sich in der Höhenrichtung an der Spulenträgerstruktur abstützen. Die Tragelemente können bzgl. der Höhenrichtung längsförmig ausgebildet sein. Wenigstens ein Tragelement kann als Tragsäule ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß umfasst die Induktionsladeeinrichtung weiterhin wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere, jeweils im Abstand zueinander angeordnete magnetfeldleitende Kernplatten aus einem weichmagnetischen Material, die sich jeweils entlang der Längsrichtung erstrecken, wobei sich jeweils eine Kernplatte an wenigstens einem Tragelement abstützt.
Die wenigstens zwei Kernplatten bestehen aus einem weichmagnetischen und vorzugsweise elektrisch isolierenden Material und weisen jeweils wenigstens einen ungeschliffenen Oberflächenabschnitt auf. Bevorzugt erfolgt die Abstützung an der Tragstruktur mittels des ungeschliffenen Oberflächenabschnitts. Weichmagnetische Werkstoffe wie beispielsweise Ferrite sind gekennzeichnet durch eine leichte Magnetisierbarkeit, die sich in einer kleinen Koerzitivfeldstärke ausdrückt. Für die relative Permeabilität µ_R soll vorzugsweise gelten, dass µ_R > 2 und insbesondere µ_R > 1.000 ist. Geeignete Materialien sind beispielsweise Ferrite, sodass Kernplatten aus Ferrit auch als „Ferritplatten“ bezeichnet werden können. Die Kernplatten sind zweckmäßig eben und flach konzipiert.
Die hier vorgestellte erfindungsgemäße Induktionsladeeinrichtung kann sowohl als stationäre Induktionsladeeinrichtung als auch als mobile Induktionsladeeinrichtung verwendet werden. Im ordnungsgemäßen Betriebszustand als stationäre Induktionsladeeinrichtung ist diese an einem Fahrzeugstellplatz auf einem Untergrund angeordnet oder vertieft, insbesondere versenkt, im Untergrund angeordnet. Im ordnungsgemäßen Betriebszustand als mobile Induktionsladeeinrichtung ist diese in einem Fahrzeug verbaut.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen wenigstens zwei, bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt alle der Kernplatten, jeweils eine quaderförmige geometrische Formgebung auf und besitzen jeweils zwei sich senkrecht zur Höhenrichtung erstreckende Stirnflächen und vier Umfangsflächen, welche die beiden Stirnflächen miteinander verbinden.
Bei dieser Ausführungsform weist wenigstens eine der vorgenannten Flächen wenigstens eine ungeschliffene Flächenzone auf. Dies bedeutet, dass diese ungeschliffene Flächenzone nicht durch einen Schleifvorgang, insbesondere mittels Feinschleifens, oberflächenbehandelt ist. Vorzugsweise bildet die wenigstens eine Flächenzone einen Flächenanteil von mehr als 60%, besonders bevorzugt von mehr als 80%, der jeweiligen Fläche, also einer der vier Umfangsflächen oder einer der beiden Stirnflächen, aus. Auf diese Weise können die Herstellungskosten für die derart ausgebildete Kernplatte signifikant reduziert werden. Werden zwei oder mehr der vorhandenen Kernplatten derart ausgestaltet, so multipliziert sich der Kosteneinsparungseffekt entsprechend.
Bevorzugt kann die wenigstens eine Fläche mit der wenigstens einen ungeschliffenen Flächenzone eine der vier Umfangsflächen sein. Besonders bevorzugt können alle vier Umfangsflächen jeweils eine ungeschliffene Flächenzone aufweisen. Somit kann die Kernplatte mittels besagter ungeschliffenen Flächenzone an der Tragstruktur befestigt und somit hochgenau relativ zu dieser positioniert werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die wenigstens eine Fläche mit der wenigstens einen ungeschliffenen Flächenzone eine der beiden Stirnflächen sein. Besonders bevorzugt können bei dieser Ausführungsform beide Stirnflächen mit wenigstens einer ungeschliffenen Flächenzone versehen sein. Da die Stirnflächen einen größeren Flächenanteil an der Gesamtoberfläche des Quaders ausmachen als die Umfangsseiten, lassen sich auf diese Weise besonders große Kostenvorteile erzielen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann besagte wenigstens eine Fläche zwei oder mehr ungeschliffene Flächenzonen, die jeweils im Abstand zueinander angeordnet sind, aufweisen. Auf diese Weise kann der Kosteneinsparungseffekt erhöht werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die Induktionsladeeinrichtung ein einen Gehäuseinnenraum umgebendes Gehäuse auf. Das Gehäuse umfasst ein oberes und ein unteres Gehäuseteil, die einander in der Höhenrichtung gegenüberliegen. Vorzugsweise kann das obere Gehäuseteil Teil eines nach unten offenen Gehäusetopfs des Gehäuses sein. In diesem Fall kann das untere Gehäuseteil als Gehäusedeckel zum Verschließen des Gehäusetopfs ausgebildet sein. Die Spulenträgerstruktur, die Kernplatten und die Tragstruktur sind bei diese Ausführungsform im Gehäuseinnenraum angeordnet. Dabei stützten sich die Tragelemente der Tragstruktur unten am unteren Gehäuseteil bzw. Gehäusedeckel ab, wohingegen sich die Spulenträgerstruktur dem Gehäusedeckel gegenüberliegend oben am oberen Gehäuseteil bzw. Gehäusetopf abstützt. Der Gehäusedeckel kann durch eine Bodenplatte der Induktionsladeeinrichtung gebildet sein. Die Bodenplatte bzw. der Gehäusedeckel kann eine elektromagnetische Abschirmfunktion übernehmen. Hierzu kann das Material des Gehäusedeckels bzw. der Bodenplatte besonders zweckmäßig ein Metall sein. Insbesondere können die Bodenplatte bzw. der Gehäusedeckel als Abschirmblech aus Metall ausgebildet sein. In diesem Fall verfügt das Gehäuse über elektromagnetische Abschirmeigenschaften. Als Material für das Gehäuse kann ein Metall gewählt werden. Mit Hilfe der Bodenplatte bzw. des Gehäusedeckels kann die Induktionsladeeinrichtung außerdem auf einem Untergrund aufliegen. Das untere Gehäuseteil kann also zum Abstellen der Induktionsladeeinrichtung auf einem Untergrund am bzw. im jeweiligen Fahrzeugstellplatz dienen. Die Tragstrukturen können dabei Kräfte in der Höhenrichtung vom oberen Gehäuseteil über die Spulenträgerstruktur auf das untere Gehäuseteil übertragen, die beispielsweise beim Überfahren der Induktionsladeeinrichtung durch ein Kraftfahrzeug auftreten können. Darüber hinaus ist denkbar, die Tragelemente wärmeleitend zu konfigurieren, sodass zusätzlich Wärme von der Spule und/oder den Kernplatten von dieser/diesen abgeführt werden kann. Hierzu können die Tragelemente aus Metall oder aus einem wärmeleitenden Kunststoff hergestellt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung ist am Gehäusetopf für jedes Tragelement jeweils ein in den Gehäuseinnenraum hinein abstehendes Niederhaltelement angeordnet, welches die Spulenträgerstruktur und die Kernplatten gegen die Tragelemente der Tragstruktur druckbeaufschlagt. Auf diese Weise kann die Stabilität des Aufbaus verbessert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen sich in der Höhenrichtung jeweils ein Niederhaltelement und ein Tragelement gegenüber, so dass jeweils eine Kernplatte und die Spulenträgerstruktur zwischen der Spulenträgerstruktur und der Tragstruktur angeordnet sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der mechanische Lastpfad ausgehend vom Niederhaltelement entgegengesetzt zur Höhenrichtung immer in einem Tragelement endet.
Besonders bevorzugt ist die Spulenträgerstruktur entweder sandwichartig zwischen der Tragstruktur und dem oberen Gehäuseteil oder sandwichartig zwischen den Kernplatten und dem oberen Gehäuseteil angeordnet ist. In beiden Varianten ist sichergestellt, dass die Spulenträgerstruktur stabil zwischen Gehäuseoberteil und Tragstruktur gehalten ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stützt sich wenigstens eine Kernplatte jeweils an zwei in Längsrichtung benachbarten Tragelementen ab. Dadurch kann die betreffende Kernplatte stabil in der Induktionsladeeinrichtung gehalten und der Spulenträgerstruktur stabil positioniert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Kernplatten in der Längsrichtung unter Ausbildung eines jeweiligen Spaltes im Abstand zu den benachbarten Tragelementen angeordnet. Der entlang der Längsrichtung gemessene Abstand zweier benachbarter Tragelemente zueinander ist also größer ausgelegt als eine nominelle Länge der Kernplatten in Längsrichtung. Dies ermöglicht auch die Verwendung von Kernplatten mit relativ hoher Bauteiltoleranz, d.h. von Kernplatten mit nicht feingeschliffenen, d.h. urförmig belassenen Umfangsflächen.
Besonders bevorzugt können sich entlang der Höhenrichtung jeweils ein Niederhaltelement und ein Tragelement gegenüberliegen, so dass jeweils eine Kernplatte und die Spulenträgerstruktur sandwichartig zwischen der Spulenträgerstruktur und der Tragstruktur angeordnet sind. Auch mittels dieser Maßnahme wird eine präzise und stabile Positionierung der Kernplatten gegenüber der Spulenträgerstruktur verbessert. Ebenso wird die mechanische Stabilität der Induktionsladeeinrichtung erhöht.
Besonders zweckmäßig kann an den benachbarten Tragelementen bevorzugt eine eine Auflagefläche bildende Stufe ausgebildet sein, auf welcher eine jeweilige Kernplatte zur Abstützung in Höhenrichtung aufliegt. Somit können die Kernplatten unter Ausnutzung der durch das Eigengewicht der Kernplatten vorhandene Schwerkraftwirkung stabil an der Tragstruktur gehalten werden.
Besonders bevorzugt kann die Kernplatte entlang der Höhenrichtung auf der Auflagefläche des jeweiligen Tragelements aufliegen. Da die jeweilige Kernplatte entlang der Schwerkraftrichtung auf der Auflagefläche aufliegt, erleichtert dies eine mechanisch stabile Fixierung und Positionierung der Kernplatte am jeweiligen Tragelement.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist/sind wenigstens eine Kernplatten, vorzugsweise alle Kernplatten, jeweils mittels einer, wenigstens zweier, vorzugsweise mittels wenigstens dreier, besonders bevorzugt genau drei, Klebverbindungen auf der jeweiligen Auflagefläche befestigt sein. Zur Ausbildung der Klebverbindung kann ein geeigneter Klebstoff verwendet werden. Auf diese Weise kann eine dauerhaft stabile Fixierung und Positionierung der Kernplatten relativ zur Tragstruktur und auch zur Spulenträgerstruktur mit der Spule erreicht werden. Bevorzugt kann die Klebverbindung vorzugsweise jeweils eine Erstreckung in Längsrichtung zwischen 2 mm und 200 mm. Eine derart ausgestaltete Klebverbindung ist technisch besonders einfach umsetzbar, wodurch die Herstellung der Induktionsladeeinrichtung vereinfacht wird. Zudem kann mit einer variablen Klebstoffdicke an den Klebeverbindungen erreicht werden, dass auch bei Anbindung an einer ungschliffenen damit ungenauen Oberflächenzone eine hohe Lagegenauigkeit der Kernplatte bezogen auf den Litzenträger erreicht werden kann, welche insbesondere ausreicht, um die Varianz der induktiven Eigenschaften der Spule, die von der Position der Kernplatten relativ zu den Litzen der Spule abhängt, klein zu halten und so die Resonanz des mittels der Spule gebildeten Schwingkreises möglichst wenig - bevorzugt gar nicht - negativ zu beeinflussen.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist auf den von der Spulenträgerstruktur abgewandten Stirnflächen der Kernplatten jeweils eine Positionierkontur mit wenigstens einem Positionierelement ausgebildet. Bei dieser Weiterbildung ist für jedes Positionierelement auf einer der Auflageflächen ein komplementär zu diesem Positionierelement ausgebildetes Gegen-Positionierelement zum lateralen Positionieren der Kernplatten relativ zur Tragstruktur ausgebildet. Dadurch lassen sich die Kernplatten relativ zur Tragstruktur lateral sehr präzise positionieren.
Besonders zweckmäßig sind die Positionierelemente durch auf der Stirnfläche vorgesehene, vorzugsweise eingefräste Vertiefungen gebildet. Bei dieser Variante kann somit der überwiegende Teil der der Spulenträgerstruktur abgewandten Stirnfläche der Kernplatte ungeschliffen ausgebildet werden und nur die vorzugsweise kleinen Flächenanteile der eingefrästen Vertiefungen mit hoher Genauigkeit geschliffen, insbesondere feingeschliffen, sein. Somit ist der Aufwand für das Feinschleifen einer solchen Kernplatte mit eingefrästen Vertiefungen deutlich reduziert. Bevorzugt sind bei dieser Variante die Vertiefungen an einem äußeren Randabschnitt der jeweiligen Stirnfläche angeordnet. Besonders bevorzugt kann wenigstens eine Vertiefung zu der den Randabschnitt außen begrenzenden Kante der Kernplatte hin offen ausgebildet sein. Die Vertiefungen können prinzipiell eine beliebige Kontur bzw. geometrische Formgebung aufweisen. In Betracht kommt insbesondere eine runde, insbesondere kreisrunde, oder eckige Kontur, insbesondere die Kontur eines Mehrecks.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform stützt sich wenigstens eine Kernplatte jeweils an genau einem Tragelement, vorzugsweise auf einer der Spulenträgerstruktur zugewandten Oberseite des Tragelements ab. Bevorzugt kann das für alle Kernplatten der Induktionsladeeinrichtung gelten. Eine Lastübertragung vom oberen zum unteren Gehäuseteil entlang der Höhenrichtung erfolgt somit ausschließlich über das zugehörige Tragelement. Dies führt zu einer reduzierten Biegebeanspruchung der Kernplatten und somit zu einer besonders starken Reduzierung der Beschädigungsgefahr und/oder Bruchgefahr der zumindest einen Kernplatte. Besonders bevorzugt ist das jeweilige Tragelement daher zentriert zur Kernplatte, insbesondere bezüglich der dem Tragelement zugewandten Stirnseite der Kernplatte, angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist auf einer der Oberseite des Tragelements zugewandten Stirnfläche wenigstens einer Kernplatte, vorzugsweise aller Kernplatten, eine Vertiefung ausgebildet. Die Vertiefung kann durch Einfräsen erzeugt werden. In besagter Vertiefung ist bei dieser Weiterbildung das zugeordnete Tragelement teilweise aufgenommen, so dass ein Vertiefungsboden der Vertiefung auf der Oberseite des Tragelements aufliegt. Mithilfe einer solchen Vertiefung kann die laterale Positioniergenauigkeit, mittels welcher die Kernplatte senkrecht zur Höhenrichtung relativ zu den anderen Komponenten der Induktionsladeeinrichtung positioniert wird, weiter verbessert werden. Auf diese Weise wird auch die mittels der Kernplatte bewirkte Magnetflussführung optimiert. Weiterhin kann bei dieser Variante der überwiegende Teil der der Spulenträgerstruktur abgewandten und somit dem Tragelement zugewandten Stirnfläche der Kernplatte in einem urförmigen Zustand belassen und nur der vorzugsweise kleine Flächenanteile der eingefrästen Vertiefungen mit hoher Genauigkeit nachbearbeitet werden. Somit ist der Aufwand für die Nachbearbeitung einer solchen Kernplatte mit einer zentralen eingefrästen Vertiefung deutlich reduziert.
Besonders zweckmäßig kann auf der der Tragstruktur zugewandten Stirnfläche wenigstens einer Kernplatte ein Positionierkörper, vorzugsweise aus Kunststoff, aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, sein, welcher in eine auf der Oberseite des jeweiligen Tragelements angeordnete Aussparung eingreift, insbesondere ohne dabei das Tragelement in Höhenrichtung zu berühren. Das Zusammenspiel von Positionierkörper und Aussparung unterstützt eine besonders genaue laterale Positionierung der Kernplatte relativ zum Tragelement und somit zu den anderen Komponenten der Induktionsladeeinrichtung. Da die Positionierkörper in Höhenrichtung im Abstand zum jeweiligen Tragelement angeordnet sind, ist darüber hinaus sichergestellt, dass der mechanischen Lastpfad von der Kernplatte zum Tragelement ausschließlich in der direkten Kontaktfläche zwischen Kernplatte und Tragelement besteht und der Positionierkörper bzw. das Positionierelemente nach dem im Zusammenbau lastfrei bleibt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Tragelemente auf einer sich entlang der Längsrichtung erstreckenden Bodenplatte befestigt, die bezüglich der Höhenrichtung unterhalb der Tragstruktur angeordnet ist. Besagte Bodenplatte kann durch den Gehäusedeckel des Gehäuses der Induktionsladeeinrichtung gebildet sein. Somit können die Tragelemente der Tragstruktur stabil am Gehäuse befestigt und präzise gegenüber der - vorzugsweise am Gehäusetopf befestigten Spulenträgerstruktur - ausgerichtet werden.
Im Betrieb mit hoher elektrischer Leistung kann die Spule vergleichsweise viel Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss, insbesondere um die Leistungselektronik der Induktionsladeeinrichtung zu schonen. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann daher bzgl. der Höhenrichtung zwischen der Spulenträgerstruktur und der Tragstruktur eine Adapterplatte angeordnet sein, die mit einer Oberseite flächig an der Spulenträgerstruktur anliegt. Die Adapterplatte erstreckt sich entlang der Längsrichtung und kann aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit größer ist als die Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffs der Spulenträgerstruktur. Zweckmäßig kann außerdem vorgesehen sein, dass die Adapterplatte an ihrer Oberseite mit den Litzen unmittelbar in Kontakt steht und/oder an ihrer Unterseite mit den Kernplatten unmittelbar in Kontakt steht. Hierdurch lässt sich die Wärmeübertragung zwischen der Adapterplatte und den Litzen und/oder den Kernplatten verbessern. Zweckmäßig ist das Material der Adapterplatte elektromagnetisch neutral, also elektrisch isolierend und magnetisch durchlässig. Das Material der Adapterplatte ist wie bereits erwähnt bevorzugt ein relativ guter Wärmeleiter, wobei für dessen Wärmeleitfähigkeit λ insbesondere gelten kann, dass λ > 0,5 Watt/m·K beträgt. Das Material der Adapterplatte kann insbesondere ein Wärmeleitkunststoff, eine Keramik oder eine Mischung aus beiden Materialien sein.
Besonders bevorzugt kann auf der der Spulenträgerstruktur zugewandten Stirnfläche der Kernplatten jeweils eine Vertiefung ausgebildet sein, in welche eine komplementär ausgebildete, von der Spulenträgerstruktur oder von der Adapterplatte abstehender Fortsatz, vorzugsweise formschlüssig, eingreift. Eine zusätzliche, separate Lagesicherung ist bei dieser Gestaltungsvariante nicht erforderlich, da die Kernplatte im Zusammenbau im Sandwich der beiden fehlkonturfüllenden Gegenkonturen, welche durch die am Tragelement vorgesehene Vertiefung und den an der Adapterplatte ausgebildeten Fortsatz gebildet ist, positionsstabil gehalten wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf einer von den Kernplatten abgewandten Oberseite der Spulenträgerstruktur ein thermisches Füllmaterial angeordnet. Dadurch wird die Abführung von im Betrieb der Induktionsladeeinrichtung in der Spule erzeugte Abwärme verbessert und dadurch die Spule gekühlt.
Bevorzugt ist es dabei, wenn das thermische Füllmaterial in direktem Kontakt mit der Elektronik und/oder der Grundplatte steht. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der Wärmeübertragung zwischen der Elektronik und der Grundplatte.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist auf der der Spulenträgerstruktur zugewandten Deckseite wenigstens einer Kernplatte ein thermisches Füllmaterial angeordnet, welche vorzugsweise die Spulenträgerstruktur mechanisch kontaktiert. Alternativ oder zusätzlich kann bei dieser Weiterbildung auf der von der Spulenträgerstruktur abgewandten Deckseite wenigstens einer Kernplatte besagtes thermisches Füllmaterial angeordnet sein. Dadurch wird eine Wärmeabführung von der Spule verbessert und dadurch die Spule gekühlt.
Besonders bevorzugt kann auf wenigstens einer, vorzugsweise auf allen, der vier Umfangsflächen wenigstens einer Kernplatte besagtes thermisches Füllmaterial angeordnet sein.
Das thermische Füllmaterial kann in allen voranstehend genannten Ausführungsformen durch wärmeleitende Füllstoffe oder Klebstoffe gebildet sein, die insbesondere vorhandene Spalte, Lücken und dergleichen ausgleichen bzw. ausfüllen können. Dies ist besonders vorteilhaft, um unregelmäßige Oberflächenkonturen, wie sie z.B. bei urförmig belassenen Oberflächen der Fall sind, thermisch an ebene Oberflächen anzubinden und so eine konduktive Wärmeableitung zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein erfindungsgemäßes induktives Fahrzeugladesystem mit einer voranstehend erläuterten erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Induktionsladeeinrichtung übertragen sich daher auf das erfindungsgemäße Fahrzeugladesystem. Das erfindungsgemäße induktive Fahrzeugladesystem dient zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs. Hierzu weist das Fahrzeugladesystem eine erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung der vorstehend beschriebenen Art sowie eine mobile Induktionsladeeinrichtung auf, die im oder am Fahrzeug angeordnet ist. Es ist klar, dass die mobile Induktionsladeeinrichtung des Fahrzeugs auf die stationäre Induktionsladeeinrichtung abgestimmt ist, sodass bei ordnungsgemäßer Positionierung des Fahrzeugs bzw. der mobilen Induktionsladeeinrichtung oberhalb der stationären Induktionsladeeinrichtung eine induktive Energieübertragung zum Aufladen der Batterie erfolgen kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in den Zeichnungen anders dargestellt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,

1 bis 9 jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen Vertikalschnitt durch einen Teil einer stationären Induktionsladeeinrichtung bei unterschiedlichen Ausführungsformen,
10 eine Darstellung, aus welcher die laterale Anordnung der Ausnehmung auf der Deckseite der Kernplatte und die relative Position des zugeordneten Niederhaltelements hervorgeht.

Entsprechend den 1 bis 10 umfasst eine erfindungsgemäße stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 zumindest eine Spule 2 zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds.
Die Induktionsladeeinrichtung 1 ist dabei Bestandteil eines induktiven Fahrzeugladesystems, das zusätzlich zur gezeigten stationären Induktionsladeeinrichtung 1 eine hier nicht gezeigte mobile Induktionsladeeinrichtung aufweist, die an oder in einem batterieelektrischen Fahrzeug angeordnet ist. Die im Folgenden erläuterte stationäre Induktionsladeeinrichtung kann auch als mobile Induktionsladeeinrichtung eingesetzt werden. Das Fahrzeugladesystem dient zum Aufladen einer Batterie des batterieelektrischen Fahrzeugs, wobei die Übertragung der elektrischen Energie mittels Induktion erfolgt, sodass auf Steckverbindungen zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug verzichtet werden kann.
Die stationäre Induktionsladeeinrichtung 1 besitzt eine Längsrichtung L, eine dazu senkrecht verlaufende Querrichtung Q sowie eine senkrecht zur Längsrichtung L und senkrecht zur Querrichtung Q verlaufende Höhenrichtung H.
Somit verläuft die Höhenrichtung H antiparallel zur Schwerkraftrichtung und ein unteres Bauteil befindet sich dann in der Höhenrichtung H unterhalb eines oberen Bauteils. Bei ordnungsgemäß auf einem Untergrund oder in einem Untergrund vertieft oder versenkt angeordneter stationärer Induktionsladeeinrichtung 1 erstrecken sich die Längsrichtung L und die Querrichtung Q horizontal, wohingegen sich die Höhenrichtung H vertikal erstreckt.
Bei der stationären Induktionsladeeinrichtung 1 erstreckt sich die Spule 2 in einer senkrecht zur Höhenrichtung H verlaufenden lateralen Ebene, welche sich parallel zu einer von der Längsrichtung L und der Querrichtung Q aufgespannten Basisebene erstrecken kann. Die Spule 2 ist mit als Litzen 3 ausgestalteten elektrischen Leitern ausgebildet. Die Induktionsladeeinrichtung 1 umfasst außerdem eine Spulenträgerstruktur 4 aus Kunststoff, in welcher die Litzen 3 zumindest teilweise eingebettet sind und welche die zum Positionieren der Litzen 3 dient. Ferner umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1 gemäß den 1 bis 9 eine Tragstruktur 5, die mehrere sich jeweils entlang der Höhenrichtung H erstreckende Tragelemente 6 aufweist. Entlang der Längsrichtung L sind die Tragelemente 6 im Abstand zueinander angeordnet. Die Tragelemente 6 stützen sich in der Höhenrichtung H an der Spulenträgerstruktur 4 ab. Weiterhin umfasst die Induktionsladeeinrichtung 1 mehrere sich jeweils entlang der Längsrichtung L erstreckende Kernplatten 7 aus einem weichmagnetischen Material, die entlang der Längsrichtung L im Abstand zueinander aneinandergereiht sind.
Die Induktionsladeeinrichtung 1 weist in allen gezeigten Beispielen ein Gehäuse 21 auf, welches einen Gehäuseinnenraum 22 umgibt. Im Beispielszenario weist das Gehäuse 21 ein oberes und ein unteres Gehäuseteil 21a, 21b auf, die einander in der Höhenrichtung H gegenüberliegen. Im Beispiel der Figuren ist das obere Gehäuseteil 21a Teil eines bzgl. der Höhenrichtung H nach unten offenen Gehäusetopfs 23 des Gehäuses 21. Das untere Gehäuseteil 21 b ist als ein Gehäusedeckel 24 zum Verschließen des Gehäusetopfs 23 ausgebildet. Der Gehäusedeckel 24 kann durch eine Bodenplatte 11 der Induktionsladeeinrichtung 1 gebildet sein, welche die Induktionsladeeinrichtung 1 bzgl. der Höhenrichtung H unten begrenzt. Die Spulenträgerstruktur 4, die Kernplatten 7 und die Tragstruktur 5 sind in allen Ausführungsbeispielen im Gehäuseinnenraum 22 angeordnet. Die Tragstruktur 5 stützt sich dabei am Gehäusedeckel 24 ab, wohingegen sich die Spulenträgerstruktur 4 dem Gehäusedeckel 24 gegenüberliegend am Gehäusetopf 23 abstützt. Zwischen der Spulenträgerstruktur 4 und der Tragstruktur 5 mit den Tragelementen 6 kann bezüglich der Höhenrichtung H eine Adapterplatte 32 angeordnet sein, die mit einer Oberseite 33 flächig an einer Unterseite 36 der Spulenträgerstruktur 4 anliegt.
Im Beispielszenario weisen die Kernplatten 7 jeweils eine quaderförmige geometrische Formgebung auf. In den in den 1 bis 9 gezeigten Vertikalschnitten ergibt sich somit die Geometrie eines Rechtecks. Jede der Kernplatten 7 besitzt zwei sich senkrecht zur Höhenrichtung H erstreckende Stirnflächen 12a, 12b und vier Umfangsflächen 12c, 12d, 12e, 12f, welche die beiden Stirnflächen 12a, 12b miteinander verbinden. Wenigstens eine der vorgenannten Flächen 12a-12f weist eine ungeschliffene Flächenzone auf. Damit ist gemeint, dass diese ungeschliffene Flächenzone nicht durch einen Schleifvorgang, insbesondere mittels Feinschleifens, oberflächenbehandelt wurde. Vorzugsweise bildet die wenigstens eine Flächenzone einen Flächenanteil von mehr als 60%, besonders bevorzugt von mehr als 80%, der jeweiligen Fläche 12a-12f, also einer der vier Umfangsflächen 12a-12d, oder einer der beiden Stirnflächen 12a-12f, aus.
Am Gehäusetopf 23 ist für jedes Tragelement 6 jeweils ein in den Gehäuseinnenraum 22 hinein abstehendes Niederhaltelement 25 angeordnet, welches die Spulenträgerstruktur 4 und die Kernplatten 7 gegen die Tragelemente 6 der Tragstruktur 5 druckbeaufschlagt, wodurch die mechanische Stabilität der Anordnung verbessert wird. Zweckmäßig liegen sich entlang der Höhenrichtung H jeweils ein Niederhaltelement 25 und ein Tragelement 6 gegenüber, so dass jeweils eine Kernplatte 7 und die Spulenträgerstruktur 4 sandwichartig zwischen der Spulenträgerstruktur 4 und der Tragstruktur 5 angeordnet sind.
Im Beispiel der 1 ist jede Kernplatte 7 in einem zwischen zwei in Längsrichtung L benachbarten Tragelementen 6 gebildeten Zwischenraum 34 angeordnet. Jede der Kernplatten 7 stützt sich an den beiden benachbarten und den jeweiligen Zwischenraum 34 begrenzenden Tragelementen 5 ab.
Entsprechend 1 kann an den beiden der jeweiligen Kernplatte 7 in Längsrichtung L benachbarten Tragelementen 6 jeweils eine Stufe 10 ausgebildet sein, welche eine Auflagefläche 8 ausbildet, auf welcher die jeweilige Kernplatte 7 zur Abstützung in Höhenrichtung H aufliegen kann. Ferner können die Kernplatten 7 in der Längsrichtung L unter Ausbildung eines jeweiligen Spaltes 9 im Abstand zu den benachbarten Tragelementen 6 angeordnet sein. Besonders bevorzugt kann die Kernplatten 7 entlang der Höhenrichtung H auf der Auflagefläche 8 des jeweiligen Tragelements 6 aufliegen. Jede Kernplatte 7 ist mit drei Klebverbindungen (nicht gezeigt) stoffschlüssig mit dem zugeordneten Tragelement 6 verbunden. In Varianten ist auch eine andere Anzahl an Klebverbindungen denkbar. Bevorzugt weist jede der Klebverbindungen in Längsrichtung L jeweils eine Erstreckung zwischen 2 mm und 200 mm auf.
Die 2 zeigt die von der Spulenträgerstruktur 4 abgewandte und den Tragelementen 6 zugewandte Stirnfläche 12a einer der Kernplatten 7 in einer Draufsicht entlang der Höhenrichtung H (bei entferntem Gehäusedeckel 24). Demnach ist auf dieser Stirnfläche 12a der Kernplatte 7 jeweils eine Positionierkontur 13 mit Positionierelementen 14 ausgebildet. Besagte Positionierelemente 14 können durch auf der Stirnfläche 12a vorgesehene, eingefräste Vertiefungen 15 gebildet sein. Zweckmäßig sind die Vertiefungen 15 wie in 2 gezeigt an einem äußeren Randabschnitt 16 der jeweiligen Stirnfläche 12a angeordnet. Insbesondere können die Vertiefungen 15 zu der den Randabschnitt 16 außen begrenzenden Kante 17 der Kernplatte 7 hin offen ausgebildet sein (dies ist in 2 für die linken beiden Positionierelemente 14 gezeigt). Für jedes Positionierelement 14 kann auf den Auflageflächen 8 ein komplementär zu diesem Positionierelement 14 ausgebildetes Gegen-Positionierelement (nicht dargestellt) zum lateralen Positionieren der Kernplatten 7 relativ zur Tragstruktur 5 ausgebildet sein. In der gezeigten Draufsicht können die Positionierelemente 14 bzw. Vertiefungen 15 prinzipiell beliebige geometrische Formgebungen aufweisen. Denkbar ist wie gezeigt eine mehreckige, insbesondere dreieckige oder runde, insbesondere kreisrunde Geometrie. Auch die Geometrie eines Kreissegments ist vorstellbar.
Die 3 zeigt eine Variante des Beispiels der 1. Jede der Kernplatten 7 stützt sich hier - gegensätzlich zum Beispiel der 1 - an genau einem Tragelement 6 ab und liegt auf einer der Spulenträgerstruktur 4 zugewandten Oberseite 18 des Tragelements 6 an. Zweckmäßig ist also jede Kernplatte 7 genau eine Tragelement 5 zugeordnet, welches wie gezeigt mittig bezüglich der jeweiligen Kernplatte 7 positioniert ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders effiziente Kraftübertragung. Auf einer der Oberseite 18 der Tragelemente 6 zugewandten unteren Stirnfläche 12a der Kernplatten 7 ist jeweils eine untere Vertiefung 29a - beispielsweise mittels Einfräsens - ausgebildet, in welcher das Tragelement 6 teilweise aufgenommen ist, so dass ein Vertiefungsboden 19 der unteren Vertiefung 29a auf der Oberseite 18 des Tragelements 6 aufliegt.
Die 10 zeigt eine Darstellung, aus welcher die laterale Anordnung der unteren Vertiefung 29a auf der Deckseite 12a der Kernplatte 7 und die relative Position des zugeordneten Niederhaltelements 25 hervorgeht. Demnach kann die untere Vertiefung 29a wie gezeigt zentriert auf der Stirnfläche 12a angeordnet sein, wobei sich „zentriert“ sowohl auf den Flächenschwerpunkt als auf den gravimetrischen Schwerpunkt der Kernplatte 7 beziehen kann. Das zugeordnete Niederhaltelement 25 ist wie in 3 gezeigt in Höhenrichtung H zwar im Abstand zur Kernplatte 7 angeordnet, jedoch bzgl. einer Ebene senkrecht zur Höhenrichtung H stets innerhalb der unteren Vertiefung 29a angeordnet, so dass die von dem Niederhaltelement 25 ausgeübte Kraft in jedem Fall über die Kernplatte 7 von dem in der unteren Vertiefung 29a angeordneten Tragelement 6 aufgenommen werden kann. Jedem Tragelement 6 folgt also entlang der Höhenrichtung H auf die jeweilige Kernplatte 7 ein Niederhaltelement 25.
Die 4 bis 9 illustrieren Weiterbildungen des Beispiels der 3 und zeigen hierzu jeweils eine Detaildarstellung der Induktionsladeeinrichtung 1 im Bereich eines der Tragelemente 6 der Tragstruktur 5.
Gemäß der Weiterbildung der 4 kann auch auf der der Spulenträgerstruktur 4 zugewandten Stirnfläche 12b der Kernplatten 7 jeweils eine mittels Einfräsens hergestellte obere Vertiefung 29b ausgebildet sein. In diese obere Vertiefung 29b greift ein komplementär ausgebildeter, von der Adapterplatte 32 entgegengesetzt zur Höhenrichtung H abstehender unterer Fortsatz 45a ein. An der Adapterplatte 32 der Induktionsladeeinrichtung 1 kann für jede Kernplatte 7 ein solcher Fortsatz 45a vorgesehen sein. Mittels der oberen Vertiefung 29b und dem Fortsatz 45a kann die Kernplatte 7 präzise lateral gegenüber der Spulenträgerstruktur 4 ausgerichtet werden, wodurch dir Magnetfeldführung optimiert wird.
Bevorzugt liegen die auf der Stirnfläche 12a bzw. 12b vorgesehenen Vertiefungen 29a, 29b wie in 4 gezeigt einander gegenüber, d.h. die auf der Stirnfläche 12a vorgesehene untere Vertiefung 29a folgt in einer virtuellen Verlängerung entgegengesetzt zur Höhenrichtung H auf die auf der Stirnfläche 12b vorgesehene obere Vertiefung 29a. Entsprechend folgt im Beispiel der 4 jedem Niederhaltelement 25 entgegengesetzt zur Höhenrichtung H ein unterer Fortsatz 45a und jedem unteren Fortsatz 45a entlang der Höhenrichtung H eine Tragelement 6.
Auch bei der Weiterbildung der 5 kann auf der der Spulenträgerstruktur 4 zugewandten Stirnfläche 12b der Kernplatten 7 jeweils eine mittels Einfräsens hergestellte obere Vertiefung 29b ausgebildet sein. Im Beispiel der 5 ist jedoch auf die Adapterplatte 32 verzichtet. In diese obere Vertiefung 29b greift daher analog zum Beispiel der 4 ein komplementär ausgebildeter unterer Fortsatz 45a ein, der jedoch - im Unterschied zum Beispiel der 4 - nicht von der Adapterplatte 32, sondern von der Spulenträgerstruktur 4 entgegengesetzt zur Höhenrichtung H absteht. An der Spulenträgerstruktur 4 kann für jede Kernplatte 7 ein solcher unterer Fortsatz 45a vorgesehen sein.
Im Beispiel der 5 steht von der Spulenträgerstruktur 4 auf der von den Kernplatten 7 abgewandten Oberseite 46b der Spulenträgerstruktur 4 für jedes Niederhaltelement 25 ein oberer Fortsatz 45b ab, der sich an dem am oberen Gehäuseteil 21a des Gehäuses 21 ausgebildeten und von diesem abstehenden Niederhaltelement 25 abstützt. Wie gezeigt ist also am Spulenträgerstruktur 4 für jeden unteren Fortsatz 45a auch ein oberer Fortsatz 45b vorgesehen, welcher sich in der Höhenrichtung H gegenüberliegen. Zweckmäßig liegen auch bei dieser Weiterbildung die auf der Stirnfläche 12a bzw. 12b vorgesehenen Fortsätze 45a, 45b einander gegenüber, d.h. die auf der untere Stirnfläche 12a vorgesehene Vertiefung 29a folgt in einer virtuellen Verlängerung der auf der oberen Stirnfläche 12b vorgesehene Vertiefung entlang der Höhenrichtung H. Entsprechend folgt im Beispiel der 5 jedem Niederhaltelement 25 entlang der Höhenrichtung H ein oberer Fortsatz 45b und jedem unteren Fortsatz 45a entlang der Höhenrichtung H ein Tragelement 6. Die Variante der 5 ist gegenüber jener der 4 aufgrund der fehlenden Adapterplatte 32 einfacher aufgebaut und daher auch kostengünstiger in der Herstellung.
Die 6 zeigt eine weitere Variante des Beispiels der 3. Im Beispiel der 6 steht von den beiden Stirnflächen 12a, 12b der Kernplatten 7 in Höhenrichtung H und entgegen der Höhenrichtung H jeweils ein unterer bzw. oberer Fortsatz 30a, 30b ab, mit welchem sich die jeweilige Kernplatte 7 an der Spulenträgerstruktur 4 bzw. an den Tragelementen 6 der Tragstruktur 5 abstützt. Ebenso steht im Beispiel der 6 in analoger Weise zum Beispiel der 5 von der Spulenträgerstruktur 4 auf der von den Kernplatten 7 abgewandten Oberseite 46b der Spulenträgerstruktur 4 für jedes Niederhaltelement 25 und für jedes Tragelement 6 ein oberer Fortsatz 45b ab, der sich an dem am Gehäuse 21 ausgebildeten und von diesem abstehenden Niederhaltelement 25 abstützt. Wie gezeigt liegt ein jeweiliger oberer Fortsatz 30b einem unteren Fortsatz 30a entlang der Höhenrichtung H gegenüber.
Die 7 zeigt eine weitere Weiterbildung des Beispiels gemäß 3. Bei dieser Weiterbildung ist auf den der Tragstruktur 5 zugewandten Stirnflächen 12a der Kernplatten 7 jeweils ein Positionierkörper 26 aus Kunststoff, aufgebracht bzw. aufgeklebt, sein, welcher in eine auf der Oberseite 18 des jeweiligen Tragelements 6 angeordnete Aussparung 28 eingreift, ohne dabei das Tragelement 6 in Höhenrichtung H zu berühren. Dies unterstützt eine genaue laterale Positionierung der Kernplatte 7 relativ zum Tragelement 6 und somit zu den anderen Komponenten der Induktionsladeeinrichtung 1. Da die Positionierkörper 26 in der Höhenrichtung H im Abstand zum jeweiligen Tragelement 6 angeordnet sind, ist sichergestellt, dass der mechanischen Lastpfad ausschließlich in der direkten Kontaktfläche zwischen Kernplatte 7 und Tragelement 6 besteht und der Positionierkörper 26 bzw. nach dem im Zusammenbau der Induktionsladeeinrichtung 1 lastfrei bleibt.
Die 8 zeigt eine weitere Weitebildung, die, soweit sinnvoll, mit jeder der Varianten gemäß den 3 bis 7 kombiniert werden kann. Hier ist auf der von den Kernplatten 7 abgewandten Oberseite 46b der Spulenträgerstruktur 4 ein thermisches Füllmaterial 40 angeordnet. Ebenso kann wie gezeigt auf der von der Spulenträgerstruktur 4 abgewandten Unterseite 46a der Spulenträgerstruktur 4 ein thermisches Füllmaterial 41 angeordnet sein, welches sich an der Oberseite der Kernplatten 7 abstützt. Dieses Füllmaterial 41 ist also sandwichartig zwischen den Kernplatten 7 und der Spulenträgerstruktur 4 angeordnet.
Die 9 zeigt eine Weiterbildung des Beispiels der 7 und 8. Im Beispiel der 9 ist das thermische Füllmaterial 41 gegenüber der Variante der 8 zusätzlich auch auf der unteren Stirnfläche 12a wenigstens einer, vorzugsweise zweien, der Umfangsflächen 12c-12f, angeordnet.
Für das Füllmaterial 41 können wie in den 8 und 9 gezeigt an der Unterseite 46a der Spulenträgerstruktur 4 Aussparungen 47 ausgebildet sein, in welcher das Füllmaterial 41 sowie die jeweilige Kernplatte 7, auf deren oberer Stirnfläche 12b das Füllmaterial 41 jeweils angeordnet ist, ausgebildet sein. Für jede Kernplatte 7 kann also eine solche Aussparung 47 vorgesehen sein.

Claims

Induktionsladeeinrichtung (1), insbesondere stationäre oder mobile Induktionsladeeinrichtung, für ein induktives Fahrzeugladesystem zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs, - mit zumindest einer Spule (2) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfelds, die mit als Litzen (3) ausgestalteten elektrischen Leitern gebildet ist, und mit einer Spulenträgerstruktur (4) aus Kunststoff zum Positionieren der Litzen (3), in der die Litzen (3) zumindest teilweise eingebettet sind, - mit einer bzgl. einer Höhenrichtung (H) der Induktionsladeeinrichtung (1) unterhalb der Spule (2) angeordneten Tragstruktur (5), die mehrere sich jeweils entlang der Höhenrichtung (H) erstreckende Tragelemente (6) aufweist, die in einer Längsrichtung (L) senkrecht zur Höhenrichtung (H) im Abstand zueinander angeordnet sind und sich in Höhenrichtung (H) an der Spulenträgerstruktur (4) abstützen, - mit wenigstens zwei, vorzugsweise mehreren, jeweils entlang der Längsrichtung (L) im Abstand zueinander angeordneten magnetfeldleitenden Kernplatten (7) aus einem weichmagnetischen Material zur Magnetflussführung, die sich jeweils entlang der Längsrichtung (L) erstrecken und wenigstens einen ungeschliffenen Oberflächenabschnitt aufweisen, wobei sich die wenigstens zwei Kernplatten (7), vorzugsweise mittels des ungeschliffenen Oberflächenabschnitts, in der Höhenrichtung (H) jeweils an wenigstens einem Tragelement (6) abstützen.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Kernplatten (7), bevorzugt mehrere der Kernplatten (7), besonders bevorzugt alle der Kernplatten (7), jeweils eine quaderförmige geometrische Formgebung aufweisen und jeweils zwei sich senkrecht zur Höhenrichtung (H) erstreckende Stirnflächen (12a, 12b) und vier Umfangsflächen (12c, 12d, 12e, 12f) aufweisen, - wobei wenigstens eine der vorgenannten Flächen (12a-12f) wenigstens eine ungeschliffene Flächenzone aufweist, - wobei vorzugsweise die wenigstens eine Flächenzone einen Flächenanteil von mehr als 60%, besonders bevorzugt von mehr als 80%, der jeweiligen Fläche (12a-12f) umfasst.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fläche mit der wenigstens einen ungeschliffenen Flächenzone eine der vier Umfangsflächen (12c-12f) ist, bevorzugt alle vier Umfangsflächen (12c-12f) sind.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fläche mit der wenigstens einen ungeschliffenen Flächenzone eine der beiden Stirnflächen (12a, 12b) ist, bevorzugt beide Stirnflächen (12a, 12b) sind.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Flächen (12a-12f) zwei oder mehr ungeschliffene Flächenzonen, die jeweils im Abstand zueinander angeordnet sind, aufweist.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Induktionsladeeinrichtung (1) ein einen Gehäuseinnenraum (22) umgebenden Gehäuse (21) umfasst, welches ein oberes und ein unteres Gehäuseteil (21 a, 21 b) aufweist, die einander in der Höhenrichtung (H) gegenüberliegen, wobei vorzugsweise das obere Gehäuseteil (21 a) zumindest Teil eines nach unten offenen Gehäusetopfs (23) des Gehäuses (21) ist und wobei das untere Gehäuseteil (21 b) ein Gehäusedeckel (24) zum Verschließen des Gehäusetopfs (22) ausgebildet ist, - die Spulenträgerstruktur (4), die Kernplatten (7) und die Tragstruktur (5) im Gehäuseinnenraum (22) angeordnet sind, wobei sich die Tragstruktur (5) am unteren Gehäuseteil (21 b) Gehäusedeckel (24) abstützt und sich die Spulenträgerstruktur (4) am oberen Gehäuseteil (21 a) abstützt.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Gehäuseteil (21 a), insbesondere am Gehäusetopf (23), für jedes Tragelement (6) jeweils ein in den Gehäuseinnenraum (22) hinein abstehendes Niederhaltelement (25) angeordnet ist, welches die Spulenträgerstruktur (4) und die Kernplatten (7) gegen die Tragelemente (6) der Tragstruktur (5) druckbeaufschlagt.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Höhenrichtung (H) jeweils ein Niederhaltelement (25) und ein Tragelement (6) gegenüberliegen, so dass jeweils eine Kernplatte (7) und die Spulenträgerstruktur (4) zwischen der Spulenträgerstruktur (4) und der Tragstruktur (5) angeordnet sind.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenträgerstruktur (4) entweder sandwichartig zwischen der Tragstruktur (5) und dem oberen Gehäuseteil (21a) oder sandwichartig zwischen den Leitplatten (7) und dem oberen Gehäuseteil (21a) angeordnet ist.
Stationäre Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens eine Kernplatte (7), vorzugsweise alle Kernplatten (7), jeweils an zwei in Längsrichtung (L) benachbarten Tragelementen (6) abstützt/abstützen.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kernplatte (7) in der Längsrichtung (L) unter Ausbildung eines jeweiligen Spaltes (9) im Abstand zu den benachbarten Tragelementen (6) angeordnet sind.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Höhenrichtung (H) wenigstens ein Niederhaltelement (25) einem Tragelement (6) gegenüberliegt, so dass die Spulenträgerstruktur (4) sandwichartig zwischen dem Niederhaltelement (25) und dem Tragelement (6) angeordnet ist.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den benachbarten Tragelementen (6) eine eine Auflagefläche (8) bildender Stufe (10) ausgebildet ist, auf welcher die jeweilige Kernplatte (7) zur Abstützung in Höhenrichtung (H) aufliegt.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kernplatte (7) in Höhenrichtung (H) auf der Auflagefläche (8) des jeweiligen Tragelements (6) aufliegt.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kernplatte (7) jeweils mittels einer wenigstens zweier, vorzugsweise mittels wenigstens dreier, besonders bevorzugt genau dreier, Klebverbindungen, die vorzugsweise jeweils eine Erstreckung in Längsrichtung (L) zwischen 2 mm und 200 mm aufweisen, stoffschlüssig mit dem jeweiligen Tragelement (6) verbunden sind.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - auf der von der Spulenträgerstruktur (4) abgewandten Stirnfläche (12a) wenigstens einer Kernplatte (7) eine Positionierkontur (13) mit wenigstens einem Positionierelement (14) ausgebildet ist, - für jedes Positionierelement (14) auf einer der Auflageflächen (8) ein komplementär zu diesem Positionierelement (14) ausgebildetes Gegen-Positionierelement (15) zum lateralen Positionieren der Kernplatten (7) relativ zur Tragstruktur (5) ausgebildet ist.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Positionierelement (14) durch eine auf der Stirnfläche (12a) vorgesehene, vorzugsweise eingefräste Vertiefung (15) gebildet ist, - bevorzugt wenigstens eine Vertiefung (15) an einem äußeren Randabschnitt (16) der jeweiligen Stirnfläche (12a) angeordnet ist, - besonders bevorzugt wenigstens eine Vertiefung (15) zu der den Randabschnitt (16) außen begrenzenden Kante (17) der Kernplatte (7) hin offen ist.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - sich wenigstens eine Kernplatte (7), vorzugsweise alle Kernplatten (7), sich jeweils an genau einem Tragelement (6) abstützt/abstützen, vorzugsweise auf einer der Spulenträgerstruktur (4) zugewandten Oberseite (18) des Tragelements (6) anliegt/anliegen.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einer der Oberseite (18) des Tragelements (6) zugewandten Stirnfläche (12a) wenigstens einer Kernplatte (7), vorzugsweise aller Kernplatten (7), eine untere Vertiefung (29a), vorzugsweise mittels Einfräsens, ausgebildet ist, in welcher das Tragelement (6) teilweise aufgenommen ist, so dass ein Vertiefungsboden (19) der unteren Vertiefung (29a) auf der Oberseite (18) des Tragelements (6) aufliegt.
Induktionsladeeinrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass - auf der der Tragstruktur (5) zugewandten Stirnfläche (12a) wenigstens einer Kernplatte (7) ein Positionierkörper (26), vorzugsweise aus Kunststoff, aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, ist, welches in eine auf der Oberseite (18) des jeweiligen Tragelements (6) angeordnete Aussparung (28) eingreift, ohne das Tragelement in Höhenrichtung (H) zu berühren.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragelemente (6) auf einer sich entlang der Längsrichtung (L) erstreckenden Bodenplatte (11) angeordnet sind, die bezüglich der Höhenrichtung (H) unterhalb der Tragstruktur (6) angeordnet ist.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bzgl. der Höhenrichtung (H) zwischen der Spulenträgerstruktur (4) und der Tragstruktur (5) eine Adapterplatte (32) angeordnet ist, die mit einer Oberseite (33) flächig an der Spulenträgerstruktur (4) anliegt.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer der Spulenträgerstruktur (4) zugewandten Stirnfläche (12b) wenigstens einer Kernplatte (7) eine obere Vertiefung (29b) ausgebildet ist, in welche eine komplementär ausgebildete, von der Spulenträgerstruktur (4) oder von der Adapterplatte (32) abstehender unterer Fortsatz (45a), vorzugsweise formschlüssig, eingreift.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - auf der von den Kernplatten (7) abgewandten Oberseite (46b) der Spulenträgerstruktur (4) wenigstens ein oberer Fortsatz (45b) absteht, der sich an einem am Gehäuse ausgebildeten Niederhaltelement (25) abstützt, - vorzugsweise wenigstens ein oberer Fortsatz (45b) und ein unterer Fortsatz (45a) der Spulenträgerstruktur einander in der Höhenrichtung (H) gegenüberliegen.
Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - von der der Spulenträgerstruktur (4) abgewandten Stirnfläche (12b) wenigstens einer Kernplatte (7) in Höhenrichtung (H) ein unterer Fortsatz (30a) absteht, mit welchem sich die Kernplatte (7) an dem in Höhenrichtung (H) benachbarten Tragelementen (6) der Tragstruktur (5) abstützt; oder/und dass - von der der Spulenträgerstruktur (4) zugewandten Stirnflächen (12b) der wenigstens einer Kernplatte (7) in Höhenrichtung (H) ein oberer Fortsatz (30b) absteht, mit welchem sich die Kernplatte (7) an der Spulenträgerstruktur (4) abstützt.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - auf der der Spulenträgerstruktur (4) zugewandten Deckseite (12b) wenigstens einer Kernplatte (6) ein thermisches Füllmaterial (41) angeordnet ist, welche vorzugsweise die Spulenträgerstruktur (6) mechanisch kontaktiert; oder/und dass - auf der von der Spulenträgerstruktur (4) abgewandten Deckseite (12a) wenigstens einer Kernplatte (6) ein thermisches Füllmaterial (41) angeordnet ist.
Induktionsladeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer, vorzugsweise auf allen, der vier Umfangsflächen (12c-12f) wenigstens einer Kernplatte (7) ein thermisches Füllmaterial (41) angeordnet ist.
Induktives Fahrzeugladesystem (3) zum Aufladen einer Batterie eines batterieelektrischen Fahrzeugs, - mit einer stationären Induktionsladeeinrichtung (1) die auf einem Untergrund angeordnet ist, - mit einer mobilen Induktionsladeeinrichtung (1), die im oder am Fahrzeug angeordnet ist, - wobei die stationäre Induktionsladeeinrichtung oder/und die mobile Induktionsladeeinrichtung eine Induktionsladeeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.