EP3207613A1 - Spulenanordnung zur induktiven energieübertragung, induktive energieübertragungsvorrichtung und verfahren zum herstellen einer spulenanordnung zur induktiven energieübertragung - Google Patents

Spulenanordnung zur induktiven energieübertragung, induktive energieübertragungsvorrichtung und verfahren zum herstellen einer spulenanordnung zur induktiven energieübertragung

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EP3207613A1
EP3207613A1 EP15744192.4A EP15744192A EP3207613A1 EP 3207613 A1 EP3207613 A1 EP 3207613A1 EP 15744192 A EP15744192 A EP 15744192A EP 3207613 A1 EP3207613 A1 EP 3207613A1
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EP
European Patent Office
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substrate
coil
conductor tracks
inductive energy
coil arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15744192.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Felix Stewing
Tobias Diekhans
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3207613A1 publication Critical patent/EP3207613A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804—Printed windings
    • H01F2027/2809—Printed windings on stacked layers

Definitions

  • Coil arrangement for inductive energy transmission inductive
  • the invention relates to a coil arrangement for inductive energy transmission and an inductive energy transmission device. Furthermore, the
  • the present invention relates to a method of manufacturing a coil arrangement for inductive energy transmission.
  • Electric vehicles powered by an electric motor alone are known.
  • plug-in hybrid vehicles are known, the drive is effected by a combination of an electric motor and another drive machine.
  • the electrical energy for driving the electric motor is provided by an electrical energy store, for example a traction battery. After the energy storage is completely or partially discharged, it is necessary to recharge the energy storage. There are various approaches for charging the energy store.
  • a high-frequency strand also HF strand
  • HF strand which consists of a larger number of fine, mutually insulated wires, which are intertwined in such a way that statistically each individual wire occupies as many places as possible in the total cross section of the strand.
  • an HF strand is used as the winding wire, wherein the strand is designed as a bundle of mutually electrically insulated individual wires.
  • the invention provides a coil arrangement for inductive energy transmission with the features of claim 1, and an inductive
  • a coil assembly for inductive power transmission comprising an electrically non-conductive substrate having a first side and a second side; with a plurality of conductor tracks, which are arranged on the first side and on the second side of the substrate, and which a coil for inductive
  • Substrate for the passage of the conductor tracks through the substrate; wherein at least two of the plurality of conductor tracks are arranged in the substrate stranded to each other.
  • an inductive energy transmission device with at least one coil arrangement according to the invention is provided. Furthermore, a method for producing a coil arrangement for inductive energy transmission is provided with the following method steps:
  • an electrically non-conductive substrate having a first side and a second side; Forming a plurality of conductive traces on the first side and on the second side of the substrate to form an inductive energy transfer coil, wherein at least two of the plurality of conductive traces are formed in the substrate stranded with each other.
  • the idea on which the present invention is based, instead of a wound HF strand, is to use a substrate with interconnects formed thereon and mutually stranded as a coil for inductive energy transmission.
  • the coil arrangement z. B. as a multilayer board (PCB) or z. B. be made as LTCC board (ceramic).
  • This z. B. simply manufactured substrate segments in conventional technology, assembled and then assembled or it is, for. B. at smaller
  • Coil systems the entire coil system made on a single substrate.
  • the electromagnetic properties of the coil can be set very accurately and also be precalculated, z. B. it is now possible by a stranding with low filling factor, the mutual influence of the individual and other countries
  • stranded means that at least two conductor tracks run alternately over the feedthroughs from the first side of the substrate to the second side of the substrate and again to the first side of the substrate.
  • the conductor tracks are wound in this way against each other and helically wound around each other.
  • the inductive energy transfer coil formed by the conductor tracks can be arranged on the substrate in various ways.
  • the coil formed from the conductor tracks may be a honeycomb coil, a basket bottom coil, a cross-wound coil or a coil wound in another way. In this way, the coil can be well adapted to the respective requirements.
  • the stranding factor is between 1.001 and 2.0, in particular between 1.02 and 1.04.
  • the stranding is not limited to only two conductor tracks, but it is possible that any number of conductor tracks are stranded to each other. For example, three tracks, four
  • the substrate is formed from a plurality of substrate segments.
  • the substrate may be formed of multiple substrate segments that have been fabricated, populated, and then assembled using known technologies.
  • the coil arrangement can be adapted in a very simple manner to the respective field of application.
  • costs can be saved by this training, since existing manufacturing equipment can be used for the production of the coil assembly.
  • the substrate segments are formed symmetrical in shape.
  • the substrate is formed from a plurality of annular segment-shaped substrate segments. For example, that is
  • Substrate formed of 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or more individual substrate segments.
  • the substrate segments may then form a circle, or other shape, e.g. As a quadrangle, and thus form a single substrate.
  • Substrate segments automated and can be done in large quantities.
  • Substrate segment on a conductor track portion which is formed for the variable interconnection of the conductor tracks.
  • a substrate segment has one
  • Track section on which two, three or more tracks or
  • the conductor track section for the variable connection has active switches for adapting the number of turns and / or the winding cross section of the coil.
  • the switches may be formed, for example, as a semiconductor switch or as a relay, and be controlled via a control device. In this way, even during operation of the coil, the number of turns and / or the winding cross section of the coil can be adjusted.
  • capacitors for interconnecting the conductor tracks of the substrate segments are arranged between adjacent substrate segments.
  • ceramic capacitors can be used to interconnect the individual substrate segments. Ceramic capacitors can be easily produced in the desired shape due to the easy moldability of the ceramic matrix. Furthermore, ceramic capacitors are difficult to ignite. Furthermore, ceramic capacitors in the form of SMD Ceramic multilayer capacitors (MLCC) are technically and inexpensively manufactured as a surface-mountable components. However, the capacitors can also z. B. be designed as film capacitors.
  • the substrate has several
  • Substrate layers are formed.
  • a multilayer board By forming the substrate with a plurality of substrate layers, a multilayer board can be formed, which has a larger number of conductor tracks and thus coil windings and / or winding cross-section.
  • a substrate 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 or any number of substrate layers. In this way, the coil arrangement can be easily adapted to the respective field of application.
  • capacitors are on the
  • Substrate arranged, which are designed for reactive power compensation of the coil.
  • Capacitors are used, since this training is enough space available. Furthermore, by this design, the waste heat of the capacitors can be dissipated via the substrate in a particularly effective manner. Furthermore, a partial compensation possible, whereby the maximum occurring resonance voltages can be reduced with advantages in terms
  • the reactive power compensation is distributed to at least two capacitors, which are arranged on two different conductor tracks and / or conductor track sections and / or substrate segments. In this way it becomes possible to carry out the reactive power compensation in sections and / or in segments.
  • Distributed reactive power compensation offers advantages with regard to the electromagnetic compatibility (EMC) and the insulation requirements, since the maximum occurring resonance voltage can also be reduced in sections.
  • the conductor tracks are formed tapered in the region of the bushings. In this way, a higher packing density of the conductor tracks in the substrate can be achieved. Furthermore, the degree of stranding of the individual conductor tracks can be increased in this way.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of a coil assembly according to a
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic plan view of a coil assembly according to another embodiment of the present invention; a schematic representation of stranded conductor tracks according to another embodiment of the present invention; a schematic representation of stranded conductor tracks according to another embodiment of the present invention; a schematic representation of a power transmission device according to an embodiment of the present invention; and a schematic flow diagram of a method for producing a coil arrangement for inductive energy transmission.
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of a coil assembly 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the inductive energy transfer coil assembly 1 includes an electrically non-conductive substrate 2 having a first side 10 and a second side 11 (not shown).
  • a plurality of interconnects 30 are arranged, which form a coil 50 for inductive energy transfer.
  • the coil arrangement 1 has a multiplicity of plated-through holes 4, which are provided in the substrate 2 for the passage of the conductor tracks 30 through the substrate 2.
  • the plurality of interconnects 30 in the substrate 2 at least two interconnects 30 are arranged in a stranded relationship to one another.
  • a conductor track portion 31 is formed, which for
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of a coil assembly 1 according to another embodiment of the present invention. In the illustrated
  • the substrate 2 of three substrate segments 20, 21, and 22 is formed.
  • the individual substrate segments 20, 21 and 22 are formed symmetrical in shape, whereby these in a simple manner in large numbers can be produced.
  • the substrate segments 20, 21, and 22 are formed in a circular segment.
  • the substrate segments 20, 21, and 22 may also be formed in a different shape.
  • the substrate segments 20, 21, and 22 may also be square, rectangular or polygonal.
  • capacitors 8 are arranged between the substrate segments, which serve for reactive power compensation and for interconnecting the substrate segments.
  • a conductor track section 31 is also formed, which serves the interconnection of the individual conductor tracks 30.
  • the illustrated embodiment the substrate segment 22 is formed on the substrate segment 22 a conductor track section 31 is also formed, which serves the interconnection of the individual conductor tracks 30.
  • the switches 35 may be formed, for example, as a semiconductor switch and / or as a relay, and (not shown) via a control device to be controlled. In this way, even during operation of the coil, the number of turns and / or the winding cross section of the coil can be adjusted.
  • the substrate 2 has a first side 10 and a second side 11.
  • conductor tracks 30 are arranged, which are formed by the conductor track sections 33 and 34.
  • the conductor track sections 33 and 34 are arranged in a stranded relation to one another. This means that the conductor track sections 33 and 34 run alternately over the feedthroughs 4 from the first side 10 to the second side 11 and again to the first side 10. In this way, the interconnects 30 are formed stranded to each other.
  • the substrate 2 is formed of two substrate layers 25 and 26.
  • the substrate 2 is formed of two substrate layers 25 and 26.
  • Substrate layers 25 and 26 are conductor track sections 33, 34 and 35 are formed. Also, the conductor track portions 33, 34 and 35 are in the substrate 2 by means of
  • the coil arrangement 1 has more than two substrate layers 25 and 26.
  • the coil arrangement can also be 3, 4, 5, 6 or any number
  • Substrate layers with each other stranded interconnects 30 have.
  • Fig. 5 shows a schematic sectional view of a coil assembly 1 according to another embodiment of the present invention.
  • capacitors 8 are arranged on the substrate 2 between the interconnects 30.
  • the capacitors 8 are provided for reactive power compensation of the coil 50. Due to the capacitors 8, the coil assembly 1 can be optimally adapted to the particular field of application and the respective boundary conditions in a simple manner.
  • the waste heat of the capacitors 8 can be dissipated via the substrate 2 in a particularly effective manner.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of a coil assembly 1 according to another embodiment of the present invention.
  • the substrate 2 is formed of two substrate segments 20 and 21. Between the substrate segments 20 and 21 are capacitors 8 for interconnecting the
  • Printed conductors 30 are provided. In this way, the capacitors 8 can be used for reactive power compensation and for interconnecting the substrate segments 20 and 21.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a further embodiment of a coil arrangement 1.
  • the conductor tracks 30 shown in FIG. 7 once again consist of a plurality of interconnects 30 stranded using multilayer technology. This has the advantage that the stranding quality is precisely set and predicted can, what is not possible with a conventional stranded wire. Another advantage is the possibility of having a "very loose" stranding
  • the coil arrangement 1 for inductive energy transmission shown in FIG. 7 is a series-compensated coil 50. Of course, the production technique shown here is also applicable to parallel-compensated coils or any other type of compensation.
  • the coil arrangement 1 shown in FIG. 7 is also formed from a plurality of segment segments 20, 21, 22, and 23, which are in the form of segments. On the substrate segment 23, a conductor track portion 31 is also formed, which serves the interconnection of the individual conductor tracks 30.
  • FIG. 8 shows a schematic plan view of a detail of a coil arrangement 1 according to a further embodiment of the present invention.
  • the substrate 2 is formed of a plurality of substrate segments, wherein in Fig. 8, a substrate segment 25 is shown, which has a
  • Track section 31 which is designed for interconnecting the conductor tracks 30.
  • the track portion 31 is formed in this embodiment, two adjacent
  • the inductance of the coil 50 can be easily adapted to the particular application while optimally distributing the power and utilizing the entire copper to conduct electricity.
  • the substrate 2 is formed of two substrate segments 20 and 21 having a rectangular shape.
  • the conductor tracks 30 do not run in a circular manner here, but rectangular.
  • On the substrate segment 20 is also a Track section 31 is formed, which for interconnecting the individual
  • Tracks 30 is used.
  • the interconnection may e.g. in a simple way by the
  • FIG. 10 shows a schematic representation of stranded conductor tracks 30 according to a further embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows four interconnects 301, 302, 303, and 304, which extend on the first side of the substrate. Furthermore, printed conductors 301 ', 302', 303 'and 304' are shown which run on the second side of the substrate.
  • the tracks 301, 302, 303, and 304 are electrically connected to the tracks 301 ', 302', 303 ', and 304', respectively.
  • the conductor tracks 301, 302, 303, and 304 each extend in steps from the left to the right in descending order.
  • the conductor tracks 301 ', 302', 303 ', and 304' each extend in a stepped manner from left to right in ascending order.
  • the conductor tracks 301, 302, 303 and 304 extend from the first side of the substrate to the second side of the substrate via feedthroughs 4
  • Tracks 301, 302, 303, 304, 301 ', 302', 303 ', and 304' are stranded with each other, which can reduce the losses at higher frequencies caused by the effect of the current displacement (skin effect).
  • FIG. 11 shows a schematic representation of stranded conductor tracks 30 according to a further embodiment of the present invention.
  • Embodiment the stranding of interconnects 300 in three levels A, B, C is shown.
  • the three planes A, B, C are formed in a two-layered substrate.
  • On the first level A are three printed conductors 301, 302 and 303.
  • the three interconnects 301, 302, and 303 are guided by means of feedthroughs 4 to the plane B, wherein in the plane B, a conductor track section 31 is formed, which the interconnection of the interconnects 30 serves.
  • the level B also on the level B
  • the tracks of the planes A and C are braid-like
  • the interconnects 30 of the levels B and C are stranded like a plait to each other, wherein in the plane A a conductor track portion 31 is formed, which the interconnection and / or the stranded arrangement of the interconnects 30.
  • the interconnect section 31 for interconnecting the interconnects 30 can change the level at regular intervals. Of course, this type of stranding can also be performed at more than three levels.
  • FIG. 12 shows a schematic representation of a power transmission device 100 according to an embodiment of the present invention.
  • Energy transmission device 100 has a coil arrangement 1 according to the invention.
  • the coil assembly 1 is configured to generate an alternating magnetic field and to inductively transmit energy to a receiver device 200.
  • the receiver device 200 may, for example, a traction battery of
  • FIG. 13 shows a schematic flow diagram of a method for producing a coil arrangement for inductive energy transmission.
  • an electrically non-conductive substrate having a first side and a second side is provided.
  • a multiplicity of conductor tracks are formed on the first side and on the second side of the substrate for forming an inductive energy transfer coil, wherein at least two of the plurality of conductor tracks are formed in the substrate in a stranded form.
  • Process steps may be upstream, interposed and / or downstream, in particular for the production of multilayer substrates
  • Coil arrangement can also be used, for example, for contactless charging of power tools, e-bikes, household appliances and consumer electronic devices.
  • the type of stranding and the type of winding can be adapted to the respective

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung schafft eine Spulenanordnung (1) zur induktiven Energieübertragung, mit einem elektrisch nichtleitenden Substrat (2), welches eine erste Seite (10) und eine zweite Seite (11) aufweist; mit einer Vielzahl von Leiterbahnen (30), welche auf der ersten Seite (10) und auf der zweiten Seite (11) des Substrats (2) angeordnet sind, und welche eine Spule (50) zur induktiven Energieübertragung bilden; mit einer Vielzahl von Durchkontaktierungen (4) in dem Substrat (2) zur Durchführung der Leiterbahnen (30) durch das Substrat (2); wobei zumindest zwei der Vielzahl von Leiterbahnen (30) in dem Substrat (2) verseilt zueinander angeordnet sind. Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Energieübertragungsvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung (1) zur induktiven Energieübertragung.

Description

Beschreibung
Titel
Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung, induktive
Energieübertragungsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer
Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung
Die Erfindung betrifft eine Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung und eine induktive Energieübertragungsvorrichtung. Ferner betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge, die alleine mittels eines Elektromotors angetrieben werden, sind bekannt. Darüber hinaus sind auch Plugin-Hybridfahrzeuge bekannt, deren Antrieb durch eine Kombination eines Elektromotors und einer weiteren Antriebsmaschine erfolgt. Dabei wird die elektrische Energie zum Antrieb des Elektromotors von einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einer Traktionsbatterie, bereitgestellt. Nachdem der Energiespeicher ganz oder teilweise entladen ist, ist es erforderlich, den Energiespeicher erneut aufzuladen. Für das Aufladen des Energiespeichers existieren verschiedene Ansätze.
Zum einen ist es möglich, das Elektrofahrzeug mittels eines geeigneten Ladekabels galvanisch mit einer Ladestation zu verbinden. Hierzu muss der Benutzer eine elektrische Verbindung zwischen Elektrofahrzeug und Ladestation herstellen. Dies kann insbesondere bei schlechten Witterungsverhältnissen, wie zum Beispiel Regen, als unangenehm empfunden werden. Aufgrund der sehr eingeschränkten elektrischen Reichweite von Elektro- und Plugin-Hybridfahrzeugen muss diese Kabelverbindung durch den Benutzer zudem sehr oft hergestellt werden, was von vielen Nutzern als großer Nachteil von Elektrofahrzeugen gegenüber konventionellen Fahrzeugen empfunden wird.
Daher existieren andererseits auch drahtlose Lösungen zur Energieübertragung von einer Ladestation zu einem Elektrofahrzeug. Hierbei wird die Energie von der Ladestation über ein magnetisches Wechselfeld von einer Primärspule zu einer Sekundärspule in dem Elektrofahrzeug induktiv übertragen und der Traktionsbatterie in dem Fahrzeug zugeführt.
Zur Ausbildung der Primärspule wird mitunter eine Hochfrequenzlitze (auch HF-Litze) verwendet, welche aus einer größeren Anzahl feiner, gegenseitig isolierter Drähte besteht, die derart verflochten sind, dass im statistischen Mittel jeder Einzeldraht möglichst jede Stelle im Gesamtquerschnitt der Litze gleich oft einnimmt.
Die DE 10 2013 010 695 AI beschreibt eine Primärwicklungsanordnung,
welche eine Wicklungsanordnung mit einem Wicklungsdraht aufweist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Wicklungsdraht eine HF-Litze verwendet, wobei die Litze als Bündel von gegeneinander elektrisch isolierten Einzeldrähten ausgeführt ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft eine Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, und eine induktive
Energieübertragungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, und ein
Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung, mit einem elektrisch nichtleitenden Substrat, welches eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist; mit einer Vielzahl von Leiterbahnen, welche auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite des Substrats angeordnet sind, und welche eine Spule zur induktiven
Energieübertragung bilden; mit einer Vielzahl von Durchkontaktierungen in dem
Substrat zur Durchführung der Leiterbahnen durch das Substrat; wobei zumindest zwei der Vielzahl von Leiterbahnen in dem Substrat verseilt zueinander angeordnet sind.
Ferner ist eine induktive Energieübertragungsvorrichtung mit zumindest einer erfindungsgemäßen Spulenanordnung vorgesehen. Des Weiteren wird ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung mit folgenden Verfahrensschritten zur Verfügung gestellt:
Bereitstellen eines elektrisch nichtleitenden Substrats, welches eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist; Ausbilden einer Vielzahl von Leiterbahnen auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite des Substrats zur Bildung einer Spule zur induktiven Energieübertragung, wobei zumindest zwei der Vielzahl von Leiterbahnen in dem Substrat verseilt zueinander ausgebildet werden.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, statt einer gewickelten HF-Litze ein Substrat mit darauf ausgebildeten und zueinander verseilten Leiterbahnen als Spule zur induktiven Energieübertragung zu verwenden.
Durch die Verwendung eines Substrats zur Realisierung der Litze können mehrere Vorteile zugleich behoben werden und mehr Funktionen abgedeckt werden als die reine Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes. Weiterhin bietet sich die einfache Möglichkeit der teilweisen Blindleistungskompensation einzelner Windungen, wodurch sich die maximal auftretende Resonanzspannung begrenzen lässt.
Ein weiterer Vorteil der hier vorgestellten Spulenanordnung ist die sehr einfache Fertigung mit bekannten Technologien. Beispielsweise kann die Spulenanordnung z. B. als Multilagen-Platine (PCB) oder z. B. als LTCC-Platine (Keramik) gefertigt sein. Hierbei werden z. B. einfach Substrat-Segmente in herkömmlicher Technik gefertigt, bestückt und anschließend zusammengesetzt oder es wird, z. B. bei kleineren
Spulensystemen, das gesamte Spulensystem auf einem einzigen Substrat gefertigt.
Durch die Ausbildung einer HF-Litze aus verseilten Leiterbahnen auf einem Substrat können die elektromagnetischen Eigenschaften der Spule sehr exakt eingestellt und auch vorausberechnet werden, z. B. ist es nun möglich, durch eine Verseilung mit geringem Füllfaktor die gegenseitige Beeinflussung der Einzelandern sowie
Einzelwindungen gegenüber einer herkömmlichen Litze zu reduzieren. Verseilt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zumindest zwei Leiterbahnen abwechselnd über die Durchführungen von der ersten Seite des Substrats auf die zweite Seite des Substrats und wieder auf die erste Seite des Substrats verlaufen. Die Leiterbahnen sind auf diese Weise gegeneinander verwunden und schraubenförmig umeinander gewickelt.
Die durch die Leiterbahnen gebildete Spule zur induktiven Energieübertragung kann auf verschiedene Arten auf dem Substrat angeordnet sein. Beispielsweise kann die aus den Leiterbahnen gebildete Spule eine Wabenspule, eine Korbbodenspule, eine Kreuzwickelspule oder eine anders gewickelte Spule sein. Auf diese Weise kann die Spule an die jeweiligen Anforderungen gut angepasst werden.
Die Leiterbahnen tauschen entweder in ihrem gesamten Verlauf und/oder an bestimmten Punkten ihren Platz zueinander. Der Verseilungsfaktor ist dabei zwischen 1,001 und 2,0, insbesondere zwischen 1,02 und 1,04.
Selbstverständlich ist die Verseilung nicht auf lediglich zwei Leiterbahnen beschränkt, sondern es ist möglich, dass eine beliebige Anzahl von Leiterbahnen verseilt zueinander verlaufen. Beispielsweise können auch drei Leiterbahnen, vier
Leiterbahnen, fünf Leiterbahnen, zehn Leiterbahnen oder alle Leiterbahnen verseilt zueinander angeordnet sein.
Durch die Aufteilung in einzelne Leitbahnen wird der Füllfaktor insgesamt zwar niedriger, allerdings kann ein niedriger Füllfaktor dazu genutzt werden, durch geschicktes magnetisches Design z.B. Proximity- und/oder Skineffekte zu minimieren. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Substrat aus mehreren Substrat- Segmenten ausgebildet. Zum Beispiel kann das Substrat aus mehreren Substrat- Segmenten ausgebildet sein, die mit bekannten Technologien gefertigt worden sind, bestückt und anschließend zusammengesetzt werden. Auf diese Weise kann die Spulenanordnung auf sehr einfache Weise an das jeweilige Anwendungsgebiet angepasst werden. Ferner können durch diese Ausbildung Kosten gespart werden, da bereits bestehende Fertigungsanlagen für die Fertigung der Spulenanordnung verwendet werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Substrat-Segmente formsymmetrisch ausgebildet. Durch diese Ausbildung der Spulenanordnung können weitere Kosten gespart werden, da die Ausbildung formsymmetrischer Substrat- Segmente insbesondere bei hohen Stückzahlen fertigungstechnische Vorteile bringt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Substrat aus mehreren kreisringsegmentförmigen Substrat-Segmenten ausgebildet. Beispielsweise ist das
Substrat aus 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder mehreren einzelnen Substrat-Segmenten ausgebildet. Die Substrat-Segmente können dann zu einem Kreis, oder einer anderen Form, z. B. einem Viereck, zusammengesetzten werden und bilden so ein einzelnes Substrat. Durch diese Ausbildung können die Fertigungskosten und die gesamten Herstellungskosten gesenkt werden, da die Fertigung von gleichartig ausgebildeten
Substrat-Segmenten automatisiert und in großer Stückzahl erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Substrat oder ein
Substrat-Segment einen Leiterbahnabschnitt auf, welcher zur variablen Verschaltung der Leiterbahnen ausbildet ist. Beispielsweise weist ein Substrat-Segment einen
Leiterbahnabschnitt auf, welcher zwei, drei oder mehrere Leiterbahnen oder
Leiterbahnabschnitte elektrisch miteinander koppelt. Durch diese Ausbildung kann die Windungszahl und/oder der Windungsquerschnitt der Spule auf einfache Weise an die jeweilige Anwendung angepasst werden, ohne dass alle Substrat-Segmente oder das gesamte Substrat verändert werden müssen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Leiterbahnabschnitt zur variablen Verschaltung aktive Schalter zur Anpassung der Windungszahl und/oder des Windungsquerschnittes der Spule auf. Die Schalter können beispielsweise als Halbleiterschalter oder als Relais ausgebildet sein, und über eine Steuereinrichtung ansteuerbar sein. Auf diese Weise lassen sich auch während des Betriebs der Spule die Windungszahl und/oder der Windungsquerschnitt der Spule anpassen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind zwischen benachbarten Substrat- Segmenten Kondensatoren zur Verschaltung der Leiterbahnen der Substrat-Segmente angeordnet. Beispielsweise können zur Verschaltung der einzelnen Substrat- Segmente Keramikkondensatoren verwendet werden. Keramikkondensatoren können auf einfache Weise in der gewünschten Form aufgrund der leichten Formbarkeit der keramischen Grundmasse erzeugt werden. Ferner sind Keramikkondensatoren nur schwer entflammbar. Ferner können Keramikkondensatoren in Form von SMD- Keramik-Vielschichtkondensatoren (MLCC) technisch und preislich günstig als oberflächenmontierbare Bauelemente hergestellt werden. Die Kondensatoren können jedoch auch z. B. als Folienkondensatoren ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Substrat mehrere
Substratlagen auf, wobei die Leiterbahnen auf beiden Seiten der einzelnen
Substratlagen ausgebildet sind. Durch die Ausbildung des Substrats mit mehreren Substratlagen kann eine Mehrlagenplatine gebildet werden, welche eine größere Anzahl an Leiterbahnen und somit Spulenwindungen und/oder Windungsquerschnitt aufweist. Beispielsweise weist ein Substrat 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 oder beliebig viele Substratlagen auf. Auf diese Weise lässt sich die Spulenanordnung auf einfache Weise an das jeweilige Anwendungsgebiet anpassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind Kondensatoren auf dem
Substrat angeordnet, welche zur Blindleistungskompensation der Spule ausgebildet sind. Durch die Ausbildung der Spule auf einem Substrat können mehrere
Kondensatoren verwendet werden, da durch diese Ausbildung genügend Platz zur Verfügung steht. Ferner kann durch diese Ausbildung die Abwärme der Kondensatoren auf besonders effektive Weise über das Substrat abgeführt werden. Weiterhin wird eine abschnittsweise Kompensation möglich, wodurch die maximal auftretenden Resonanzspannungen reduziert werden können mit Vorteilen bezüglich
elektromagnetischer Verträglichkeit und Isolationsanforderungen.
Vorzugsweise ist die Blindleistungskompensation auf mindestens zwei Kondensatoren verteilt, welche auf zwei unterschiedlichen Leiterbahnen und/oder Leiterbahnschnitte und/oder Substrat-Segmenten angeordnet sind. Auf diese Weise wird es möglich, die Blindleistungskompensation abschnittsweise und/oder segementweise durchzuführen. Durch eine verteilte Blindleistungskompensation ergeben sich Vorteile in Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und die Isolationsanforderungen, da die maximal auftretende Resonanzspannung auch abschnittsweise reduziert werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Leiterbahnen im Bereich der Durchführungen verjüngt ausgebildet. Auf diese Weise kann eine höhere Packdichte der Leiterbahnen in dem Substrat erreicht werden. Ferner kann der Verseilungsgrad der einzelnen Leiterbahnen auf diese Weise gesteigert werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und eine schematische Draufsicht eines Ausschnittes einer
Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; eine schematische Darstellung von verseilten Leiterbahnen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; eine schematische Darstellung von verseilten Leiterbahnen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; eine schematische Darstellung einer Energieübertragungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsg
Elemente.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spulenanordnung 1 zur induktiven Energieübertragung beinhaltet ein elektrisch nichtleitendes Substrat 2, welches eine erste Seite 10 und eine zweite Seite 11 (nicht dargestellt) aufweist. Auf der ersten Seite 10 und auf der zweiten Seite 11 des Substrats 2 ist eine Vielzahl von Leiterbahnen 30 angeordnet, welche eine Spule 50 zur induktiven Energieübertragung bilden. Des Weiteren weist die Spulenanordnung 1 eine Vielzahl von Durchkontaktierungen 4 auf, welche in dem Substrat 2 zur Durchführung der Leiterbahnen 30 durch das Substrat 2 vorgesehen sind. Von der Vielzahl von Leiterbahnen 30 in dem Substrat 2 sind zumindest zwei Leiterbahnen 30 verseilt zueinander angeordnet. Ferner ist auf der ersten Seite des Substrats 2 ein Leiterbahnabschnitt 31 ausgebildet, der zur
Verschaltung der einzelnen Spulenwicklungen ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten
Ausführungsform ist das Substrat 2 aus drei Substrat-Segmenten 20, 21, und 22 ausgebildet. Insbesondere sind die einzelnen Substrat-Segmente 20, 21 und 22 formsymmetrisch ausgebildet, wodurch diese auf einfache Weise in großer Stückzahl herstellbar sind. In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform sind die Substrat- Segmente 20, 21, und 22 kreissegmentförmig ausgebildet sind. Die Substrat- Segmente 20, 21, und 22 können jedoch auch in einer anderen Form ausgebildet sein. Beispielsweise können die Substrat-Segmente 20, 21, und 22 auch quadratisch, rechteckförmig oder vieleckig ausgebildet sein. Ferner sind zwischen den Substrat- Segmenten Kondensatoren 8 angeordnet, welche zur Blindleistungskompensation und zur Verschaltung der Substrat-Segmente dienen. Auf dem Substrat-Segment 22 ist zudem ein Leiterbahnabschnitt 31 ausgebildet, welcher der Verschaltung der einzelnen Leiterbahnen 30 dient. In der dargestellten Ausführungsform weist der
Leiterbahnabschnitt 31 zur variablen Verschaltung aktive Schalter 35 zur Anpassung der Windungszahl und/oder des Windungsquerschnittes der Spule auf. Die Schalter 35 können beispielsweise als Halbleiterschalter und/oder als Relais ausgebildet sein, und über eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) ansteuerbar sein. Auf diese Weise lassen sich auch während des Betriebs der Spule die Windungszahl und/oder der Windungsquerschnitt der Spule anpassen.
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Substrat 2 weist eine erste Seite 10 und eine zweite Seite 11 auf. Auf der ersten Seite 10 und auf der zweiten Seite 11 sind Leiterbahnen 30 angeordnet, welche durch die Leiterbahnabschnitte 33 und 34 gebildet sind.
Wie man erkennt, sind die Leiterbahnabschnitte 33 und 34 verseilt zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass die Leiterbahnabschnitte 33 und 34 abwechselnd über die Durchführungen 4 von der ersten Seite 10 auf die zweite Seite 11 und wieder auf die erste Seite 10 verlaufen. Auf diese Weise sind die Leiterbahnen 30 verseilt zueinander ausgebildet.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Substrat 2 aus zwei Substratlagen 25 und 26 ausgebildet ist. Auf den
Substratlagen 25 und 26 sind Leiterbahnabschnitte 33, 34 und 35 ausgebildet. Auch die Leiterbahnabschnitte 33, 34 und 35 sind in dem Substrat 2 mittels den
Durchführungen 4 verseilt zueinander angeordnet. Selbstverständlich ist es möglich, dass die Spulenanordnung 1 mehr als zwei Substratlagen 25 und 26 aufweist. Beispielsweise kann die Spulenanordnung auch 3, 4, 5, 6 oder beliebig viele
Substratlagen mit zueinander verseilten Leiterbahnen 30 aufweisen.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform sind Kondensatoren 8 auf dem Substrat 2 zwischen den Leiterbahnen 30 angeordnet. Beispielsweise sind die Kondensatoren 8 zur Blindleistungskompensation der Spule 50 vorgesehen. Durch die Kondensatoren 8 kann die Spulenanordnung 1 auf einfache Weise an das jeweilige Anwendungsgebiet und die jeweiligen Randbedingungen optimal angepasst werden. Durch die Anordnung der Kondensatoren 8 auf dem Substrat 2 kann die Abwärme der Kondensatoren 8 besonders effektiv über das Substrat 2 abgeführt werden.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Schnittbild einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Substrat 2 aus zwei Substrat-Segmenten 20 und 21 gebildet. Zwischen den Substrats-Segmenten 20 und 21 sind Kondensatoren 8 zur Verschaltung der
Leiterbahnen 30 vorgesehen. Auf diese Weise können die Kondensatoren 8 zur Blindleistungskompensation und zur Verschaltung der Substrat-Segmente 20 und 21 verwendet werden.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Spulenanordnung 1. Die in Fig. 7 dargestellten Leiterbahnen 30 bestehen in der Realisierung wiederum aus mehreren, in Multilagentechnik verseilten Leiterbahnen 30. Es ergibt sich der Vorteil, dass die Verseilungsgüte genauestens eingestellt und vorausberechnet werden kann, was bei einer herkömmlichen Litze nicht möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, eine„sehr lockere" Verseilung mit
vergrößertem Abstand zwischen den Leiterbahnen 30 zu realisieren. Da eine hohe Packdichte hier nicht erforderlich ist, können die Proximity-Verluste verringert werden, da die Leiterbahnen nicht eng aneinanderlegen und einen ausreichenden Abstand zueinander aufweisen. Ebenfalls ein Vorteil ist die bessere Kühlbarkeit der einzelnen Spulen-Wicklung, da keine Luft in der Spule 50 vorhanden ist, und eine ebene Kühlschnittstelle zu den Kondensatoren 8 und den Leiterbahnen 30
vorhanden ist. Ferner kann durch diese Ausbildung auf eine die Spule 50
umschließende Vergussmasse verzichtet werden. Ebenfalls wird es durch die Ausbildung der Spule 50 auf dem Substrat 2 möglich, praktisch beliebig viele Kondensatoren 8 zu platzieren, die zur
Blindleistungskompensation bei der induktiven Energieübertragung benötigt werden. Anstatt der heutzutage üblichen Folienkondensatoren kann man durch eine derartige Ausgestaltung z. B. S MD- Keramikkondensatoren zur abschnittsweisen
Blindleistungskompensation einsetzen. Auch bei der Kühlung der Kondensatoren 8 ergeben sich Vorteile, wenn diese auf eine größere Fläche verteilt werden können. Weitere Vorteile bestehen in Hinblick auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Isolationsanforderungen durch eine verteilte Blindleistungskompensation, da die maximal auftretende Resonanzspannung reduziert werden kann. Die in Fig. 7 dargestellte Spulenanordnung 1 für die induktive Energieübertragung ist eine serienkompensierte Spule 50. Natürlich ist die hier gezeigte Fertigungstechnik auch auf parallelkompensierte Spulen oder jede andere Kompensationsart anwendbar. Auch die in Fig. 7 dargestellte Spulenanordnung 1 ist aus mehreren keissegmentförmigen Substrat-Segmenten 20, 21, 22, und 23 ausgebildet. Auf dem Substrat-Segment 23 ist zudem ein Leiterbahnabschnitt 31 ausgebildet, welcher der Verschaltung der einzelnen Leiterbahnen 30 dient.
Fig. 8 zeigt eine schematische Draufsicht eines Ausschnittes einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem
Ausführungsbeispiel ist das Substrat 2 aus mehreren Substrat-Segmenten ausgebildet, wobei in Fig. 8 ein Substrat-Segment 25 dargestellt ist, welches einen
Leiterbahnabschnitt 31 aufweist, der zur Verschaltung der Leiterbahnen 30 ausgebildet ist. Mittels des Leiterbahnabschnittes 31 ist es möglich, mit ein und derselben Substrat 2 verschiedene Windungszahlen und/oder Leiterbahnquerschnitte zu realisieren. Der Leiterbahnabschnitt 31 ist in dieser Ausführungsform ausgebildet, zwei benachbarte
Leiterbahnen 30 miteinander elektrisch zu verbinden. Durch diese Ausbildung lässt sich die Induktivität der Spule 50 auf einfach Weise an die jeweilige Applikation anpassen bei gleichzeitig optimaler Stromverteilung und Ausnutzung des gesamten Kupfers zur Stromführung.
Fig. 9 zeigt eine schematische Draufsicht einer Spulenanordnung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist das Substrat 2 aus zwei Substrat-Segmenten 20 und 21 ausgebildet, welche eine rechteckige Form aufweisen. Die Leiterbahnen 30 verlaufen hier nicht kreisförmig, sondern rechteckförmig. Auf dem Substrat-Segment 20 ist zudem ein Leiterbahnabschnitt 31 ausgebildet, welcher zur Verschaltung der einzelnen
Leiterbahnen 30 dient. Die Verschaltung kann z.B. in einfacher Form durch die
Platzierung der Resonanzkondensatoren an dieser Stelle erfolgen.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung von verseilten Leiterbahnen 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 10 sind vier Leiterbahnen 301, 302, 303, und 304 dargestellt, welche auf der ersten Seite des Substrats verlaufen. Ferner sind Leiterbahnen 301', 302', 303' und 304' dargestellt, welche auf der zweiten Seite des Substrats verlaufen. Die Leiterbahnen 301, 302, 303, und 304 sind jeweils mit den Leiterbahnen 301', 302', 303', und 304' elektrisch verbunden. Die Leiterbahnen 301, 302, 303, und 304 verlaufen jeweils stufenförmig von links nach rechts absteigend. Die Leiterbahnen 301', 302', 303', und 304' verlaufen jeweils stufenförmig von links nach rechts aufsteigend. Die Leiterbahnen 301, 302, 303 und 304 verlaufen von der ersten Seite des Substrats zu der zweiten Seite des Substrats über Durchführungen 4. Durch diese Ausgestaltung sind die
Leiterbahnen 301, 302, 303, 304, 301', 302', 303' und 304' verseilt zueinander angeordnet, wodurch sich die Verluste bei höheren Frequenzen reduzieren lassen, die durch den Effekt der Stromverdrängung (Skin- Effekt) auftreten.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung von verseilten Leiterbahnen 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser
Ausführungsform ist die Verseilung von Leiterbahnen 300 in drei Ebenen A, B, C dargestellt. Beispielsweise sind die drei Ebenen A, B, C in einem zweilagigen Substrat ausgebildet. Auf der ersten Ebene A sind links drei Leiterbahnen 301, 302 und 303. Die drei Leiterbahnen 301, 302, und 303 sind mittels Durchführungen 4 zu der Ebene B geführt, wobei in der Ebene B ein Leiterbahnabschnitt 31 ausgebildet ist, welcher der Verschaltung der Leiterbahnen 30 dient. Ferner sind auch auf der Ebene B
Leiterbahnen 301', 302', 303' und auf der Ebene C Leiterbahnen 301", 302", 303" ausgebildet, welche mit den Leiterbahnen 301, 302, und 303 verschaltet sind. Im Bereich Bl sind die Leiterbahnen der Ebenen A und C zopfartig zueinander verseilt, und in der Ebene B befindet sich der Leiterbahnabschnitt 31 zur Verschaltung der Leiterbahnen 30. Im Bereich B2 sind die Leiterbahnen 30 der Ebenen B und C zopfartig zueinander verseilt, wobei in der Ebene A ein Leiterbahnabschnitt 31 ausgebildet ist, welcher der Verschaltung und/oder der verseilten Anordnung der Leiterbahnen 30 dient. Der Leiterbahnabschnitt 31 zur Verschaltung der Leiterbahnen 30 kann in regelmäßigen Abständen die Ebene wechseln. Selbstverständlich kann diese Art der Verseilung auch bei mehr als drei Ebenen durchgeführt werden.
Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung einer Energieübertragungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die
Energieübertragungsvorrichtung 100 weist eine erfindungsgemäße Spulenanordnung 1 auf. Die Spulenanordnung 1 ist ausgebildet, ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, und induktiv Energie zu einer Empfängereinrichtung 200 zu übertragen. Die Empfängereinrichtung 200 kann beispielsweise eine Traktionsbatterie eines
Elektrofahrzeuges sein.
Fig. 13 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Spulenanordnung zur induktiven Energieübertragung. Im Verfahrensschritt Sl wird ein elektrisch nichtleitendes Substrat, welches eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, bereitgestellt. Im Verfahrensschritt S2 wird eine Vielzahl von Leiterbahnen auf der ersten Seite und auf der zweiten Seite des Substrats zur Bildung einer Spule zur induktiven Energieübertragung ausgebildet, wobei zumindest zwei der Vielzahl von Leiterbahnen in dem Substrat verseilt zueinander ausgebildet werden. Weitere
Verfahrensschritte können vorgeschaltet, zwischengeschaltet und/oder nachgeschaltet sein, insbesondere zur Fertigung von mehrlagigen Substraten
Die induktive Energieübertragungsvorrichtung und die erfindungsgemäße
Spulenanordnung können beispielsweise auch zum berührungslosen Laden von Elektrowerkzeugen, E-Bikes, Haushaltsgeräten und Consumer-Elektronikgeräten verwendet werden.
Auch die Art der Verseilung und die Art der Wicklung können an das jeweilige
Anwendungsgebiet und die jeweiligen Randbedingungen angepasst werden.

Claims

Ansprüche
1. Spulenanordnung (1) zur induktiven Energieübertragung, mit einem elektrisch nichtleitenden Substrat (2), welches eine erste Seite (10) und eine zweite Seite (11) aufweist; mit einer Vielzahl von Leiterbahnen (30), welche auf der ersten Seite (10) und auf der zweiten Seite (11) des Substrats (2) angeordnet sind, und welche eine Spule (50) zur induktiven Energieübertragung bilden; mit einer Vielzahl von Durchkontaktierungen (4) in dem Substrat (2) zur
Durchführung der Leiterbahnen (30) durch das Substrat (2); wobei zumindest zwei der Vielzahl von Leiterbahnen (30) in dem Substrat (2) verseilt zueinander angeordnet sind.
2. Spulenanordnung (1) nach Anspruch 1,
wobei das Substrat (2) aus mehreren Substrat-Segmenten (20; 21; 22; 24; 25) gebildet ist.
3. Spulenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Substrat-Segmente (20; 21; 22; 24; 25) kreissegmentförmig ausgebildet sind.
4. Spulenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das Substrat (2) oder ein Substrat-Segment (25) einen Leiterbahnabschnitt (31) aufweist, welcher zur variablen Verschaltung der Leiterbahnen (30) ausbildet ist.
5. Spulenanordnung (1) nach Anspruch 4,
wobei der Leiterbahnabschnitt (31) zur variablen Verschaltung aktive Schalter (35) zur Anpassung der Windungszahl und/oder des Windungsquerschnittes der Spule (50) aufweist.
6. Spulenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
wobei zwischen zumindest zwei benachbarten Substrat-Segmenten (20; 21) Kondensatoren (8) zur Verschaltung der Leiterbahnen (30) der Substrat-Segmente (20; 21) angeordnet sind.
7. Spulenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Substrat (2) mehrere Substratlagen (25; 26) aufweist, und die
Leiterbahnen (30) auf beiden Seiten der einzelnen Substratlagen (25; 26) ausgebildet sind.
8. Spulenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei Kondensatoren (8) auf dem Substrat (2) angeordnet sind, welche zur Blindleistungskompensation der Spule (50) ausgebildet sind.
9. Induktive Energieübertragungsvorrichtung (100),
mit zumindest einer Spulenanordnung (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.
10. Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung (1) zur induktiven
Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Verf ah renssch ritten :
Bereitstellen eines elektrisch nichtleitenden Substrats (2), welches eine erste Seite (10) und eine zweite Seite (11) aufweist;
Ausbilden einer Vielzahl von Leiterbahnen (30) auf der ersten Seite (10) und auf der zweiten Seite (11) des Substrats (2) zur Bildung einer Spule (50) zur induktiven Energieübertragung, wobei zumindest zwei der Vielzahl von Leiterbahnen (30) in dem Substrat (2) verseilt zueinander ausgebildet werden.
EP15744192.4A 2014-10-16 2015-07-28 Spulenanordnung zur induktiven energieübertragung, induktive energieübertragungsvorrichtung und verfahren zum herstellen einer spulenanordnung zur induktiven energieübertragung Withdrawn EP3207613A1 (de)

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