WO2015154900A1

WO2015154900A1 - Schubfeld für einen vorderwagen einer fahrzeugkarosserie eines fahrzeugs und fahrzeug

Info

Publication number: WO2015154900A1
Application number: PCT/EP2015/052968
Authority: WO
Inventors: Jochen Müllhäuser; Andreas BIRKHOLZ
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2015-10-15
Also published as: US20170021734A1; US10875413B2; CN106132763B; DE102014206739A1; CN106132763A

Abstract

Es wird ein Schubfeld (1) für einen Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das aus Metall bestehende Schubfeld (1) einen Aufnahmebereich (2) mit Befestigungsmitteln zur mechanischen Befestigung einer Sekundärspule (21) eines induktiven Energieübertragungssystems (20) zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs aufweist.

Description

Schubfeld für einen Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie

eines Fahrzeugs und Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Schubfeld für einen Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, sowie ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung batteriebetriebene Fahrzeuge oder hybrid-elektrische Fahrzeuge, dabei insbesondere die Gruppe der sog. Plug-in Hybrid-elektrischen Fahrzeuge (PHEV).

Solche Fahrzeuge weisen eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs auf. Die Energieübertragung auf die Sekundärspule erfolgt induktiv mittels einer Primärspule des Energieübertragungssystems, die z.B. in einer Garage oder auf einem Stellplatz in den Boden integriert oder auf diesen gelegt ist. Die Sekundärspule des Energieübertragungssystems wird mechanisch am Fahrzeugunterboden befestigt. Wird das Fahrzeug zum Parken beispielsweise in einer Garage oder auf einem bestimmten Stellplatz abgestellt, so kommt die Sekundärspule des Fahrzeugs beabstandet zu der Primärspule des Energieübertragungssystems zum Liegen. Ist sichergestellt, dass die Sekundärspule des Fahrzeugs innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs in vorgegebener Weise zu der Primärspule des Energieübertragungssystems angeordnet ist, so kann eine Ladung des mit der Sekundärspule elektrisch gekoppelten Energiespeichers des Fahrzeugs erfolgen. Der Toleranzbereich ist abhängig von der verwendeten Technologie des Energieübertragungssystems.

Um einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb des Fahrzeugs ermöglichen zu können, ist einerseits eine möglichst große Effizienz bei der Energieübertragung von der Primärspule zur Sekundärspule erforderlich. Andererseits muss die in dem Fahrzeug integrierte Sekundärspule für eine möglichst einfache Integration und einen effizienten Betrieb möglichst klein und leicht sein. Dieses Erfordernis wird zum Beispiel von Energieübertragungssystemen erfüllt, welche die bekannte Magnetresonanztechnologie nutzen.

Zudem sind bei der Integration eines induktiven Energieübertragungssystems (d.h. der Sekundärspule) in ein Fahrzeug separate Maßnahmen zur elektromagnetischen Abschirmung erforderlich, um gesetzlichen Anforderungen (ICNIRP) zu entsprechen. Dies gilt insbesondere bei Fahrzeugen mit einer nicht metallischen Karosserie oder Fahrgastzelle (sog. Life Unit). Für eine möglichst hohe Effizienz bei der Energieübertragung sind zudem Maßnahmen zur Optimierung der Gesamtimpedanz des Resonators und des Schwingkreises erforderlich. Dabei sind mehrere Randbedingungen zu berücksichtigen:

Je nach Fahrzeugtyp bzw. -architektur ist unter der Hinterachse bzw. unter dem Kofferraum mehr Bauraum für die Integration der Sekundärspule vorhanden als unter dem Vorderachsträger. Das elektromagnetische Streufeld dehnt sich jedoch bei einer Integration unter der Hinterachse per se deutlich über das Fahrzeugheck hinaus aus aufgrund höherer Unterbodenfreiheit und geringerer Metallmassen der Karosserie im Vergleich zu dem Vorderachsträger etc. Allein aus Gründen der elektromagnetischen (EM)-Abschirmung ist es daher bei den meisten Fahrzeugarchitekturen, bei denen ein Verbrennungsmotor vorne angeordnet ist, von Vorteil, die Sekundärspule unter der oder im Bereich der Vorderachse zu montieren. Dazu kommen weitere Vorteile wie leichteres Einparken, höherer Energieübertragungseffizienz aufgrund geringerer Unterbodenfreiheit etc.

Allerdings ist die Integration unter der oder im Bereich der Vorderachse aufgrund der geometrischen und thermischen Rahmenbedingungen in der Regel deutlich schwieriger als unter der Hinterachse.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine funktional und/oder konstruktiv bessere Integration einer Sekundärspule eines Energieübertragungssystems in ein Fahrzeug aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Schubfeld gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Schubfeld für einen Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, insbesondere eines batteriebetriebenen Fahrzeugs (BEV) oder eines Plug-in Hybrid-elektrischen Fahrzeugs (PHEV), vorgeschlagen, wobei das aus Metall bestehende Schubfeld einen Aufnahmebereich mit Befestigungsmitteln zur mechanischen Befestigung einer Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs aufweist. Insbesondere nutzt das Energieübertragungssystem, wie einleitend bereits beschrieben, die bekannte Technologie der Magnetresonanz. Bei einem solchen Energieübertragungssystem umfasst die Sekundärspule einen Ferritkern, eine erste Platte aus einem ersten Metall (Kupfer) zur Feldführung und Schirmung des Magnetfelds und eine zweite Platte aus einem zweiten Metall (Aluminium) zur Impedanzanpassung und Schirmung des Magnetfelds. Bei einem solchen Aufbau lässt sich die Sekundärspule mit geringen Abmaßen bereitstellen, so dass diese im Bereich des Vorderwagens der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs integriert werden kann, obwohl in diesem Bereich üblicherweise wenig Raum zur Verfügung steht. Ein auf Magnetresonanz-Technologie basierendes Energieübertragungssystem ist grundsätzlich bezüglich einer Fehlpositionierung (das heißt einem lateralen Versatz von Primär- und Sekundärspule in Fahrzeuglängsrichtung und/oder in Fahrzeugquerrichtung) weniger anfällig als ein herkömmliches, auf dem Trafo-Prinzip basierendes Energieübertragungssystem. Dennoch lässt sich ein hoher Wirkungsgrad bei der Energieübertragung erzielen.

Erfindungsgemäß wird eine dermaßen ausgebildete und aus dem Stand der Technik bekannte Sekundärspule an einem Schubfeld angeordnet. Bei einem Schubfeld handelt es sich um eine Versteifung des Vorderwagens, die Anlenkpunkte eines Vorderachslenkers mit der Bodengruppe verbindet. Der dadurch erzielte Versteifungseffekt bewirkt ein präzises Ansprechen der Lenkung. Neben der mechanischen Halterung für die Sekundärspule kann das Schubfeld hierbei gleichzeitig die Aufgabe einer elektromagnetischen Abschirmung zur Erfüllung gesetzlicher und/oder medizinischer Anforderungen an Feldstärken im Fahrgastinnenraum übernehmen. Insbesondere ist dies bei Fahrzeugen mit einer nicht metallischen Karosserie von Vorteil.

Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass das Schubfeld zudem für eine Impedanzanpassung des fahrzeugseitigen Magnetfeldresonators bzw. Schwingkreises genutzt werden kann. Dadurch stellt das Schubfeld eine induktive Impedanzanpassungsund Integrationskomponente dar. Das Schubfeld übernimmt somit die Feldführung, die Feldabschirmung und die mechanische Integration. Dies kann zudem vorteilhaft dazu genutzt werden, das Gehäuse der Sekundärspule schlanker auszuführen, wodurch die Sekundärspule wiederum kleiner und leichter gebaut werden kann. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ersetzt damit das Schubfeld, wenn die Sekundärspule an dem Aufnahmebereich des Schubfelds befestigt ist, eine funktionale Eigenschaften aufweisende Komponente der Sekundärspule und übernimmt dessen funktionale Eigenschaften. Beispielsweise kann eine Platte der Sekundärspule, welche zur Feldführung und/oder Impedanzanpassung vorgesehen ist, aufgrund der Übernahme dieser Funktion durch das Schubfeld ersetzt werden.

Der Aufnahmebereich kann gemäß einer ersten Ausführungsvariante in einer gleichen Ebene liegen wie an den Aufnahmebereich grenzende und diesen umgebende, andere Bereiche des Schubfelds. Mit anderen Worten kann das Schubfeld als gerade Platte ausgestaltet sein.

In einer alternativen Ausgestaltung kann der Aufnahmebereich in einer anderen Ebene liegen wie an den Aufnahmebereich grenzende und diesen umgebende andere Bereiche des Schubfelds. Die an den Aufnahmebereich grenzenden und diesen umgebende andere Bereiche des Schubfelds werden in der nachfolgenden Beschreibung als Umgebungsbereiche bezeichnet. Die Ebene des Aufnahmebereichs ist dabei um einen vorgegebenen Abstand zu der Ebene der an den Aufnahmebereich grenzenden und diesen umgebenden, anderen Bereichen des Schubfelds angeordnet. Der vorgegebene Abstand kann auch als Tiefe oder Versatz des Aufnahmebereichs gegenüber den Umgebungsbereichen bezeichnet werden. Mit anderen Worten stellt der Aufnahmebereich gegenüber den Umgebungsbereichen eine Vertiefung dar. Im Einbauzustand des Schubfelds weist der Aufnahmebereich einen größeren Abstand zum Untergrund auf als die Umgebungsbereiche.

Die Ebene des Aufnahmebereichs und die Ebene der an den Aufnahmebereich grenzenden und diesen umgebenden anderen Bereichen (Umgebungsbereich) sind über einen schräg verlaufenden Übergangsabschnitt verbunden, wobei ein Winkel a, der zwischen der Ebene eines jeweiligen Umgebungsbereichs und dem Übergangsabschnitt gebildet ist, folgende Bedingungen erfüllt: 20° < α < 55°, insbesondere 25° < α < 40°. Der Übergangsabschnitt umläuft den Aufnahmebereich insbesondere zumindest abschnittsweise und kann diesen sogar vollständig umlaufen. Die Festlegung der Größe des Winkels, der zwischen der Ebene eines jeweiligen Umgebungsbereichs und dem Übergangsabschnitt gebildet ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab:

Es ist zweckmäßig, wenn der Winkel α hinreichend klein ist, um eine gute Feldführung dahingehend zu ermöglichen, dass die Dichte des effektiven Magnetfeldes im Innern der Sekundärspule maximiert wird. Das effektive Feld ist gleich der vektoriellen Summe aus dem von der Primärspule erzeugten Feld und dem Gegenfeld (Lenz'sche Regel), welches durch Induktion von Wirbel-strömen in dem Schubfeld entsteht. Sofern der Winkel α und andere Parameter optimiert umgesetzt werden können, vergrößert sich die Effizienz der Energieübertragung im Vergleich zu einer Integration ohne Schubfeld.

Häufig stehen dieser optimierten Auslegung des Winkels α praktische Gegebenheiten im Weg, wie z.B. beengte Platzverhältnisse oberhalb des Schubfelds (z.B. aufgrund einer Ölwanne etc.), woraus sich nur große Winkel a, z.B. a=55°, realisieren lassen. Aus Sicht der Feldführung sind solche große (steile) Winkel α suboptimal, da ein großer bzw.steiler Winkel die Effizienz der Energieübertragung im Vergleich zu einem kleineren α verringert.

Sofern der Winkel α aufgrund der geometrischen Rahmenbedingungen größer gewählt werden muss als der unter Gesichtspunkten der Energieübertragungseffizienz optimale Winkel a, kann durch Nutzung zusätzlicher Ferrite am Ein-/Ausgang der Sekundärspule die Feldführung weiter verbessert werden. Die Ferrite können hierzu im Zwischenraum unter dem schräg verlaufenden Übergangsabschnitt des Schubfelds und der Sekundärspule integriert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der vorgegebene Abstand zwischen der Ebene des Aufnahmebereichs und einem jeweiligen der Umgebungsbereiche höchstens der Höhe der Sekundärspule entsprechen. Bei dieser Ausgestaltung kann damit die dem Untergrund zugewandte Seite der Sekundärspule in einer Ebene mit dem jeweiligen Umgebungsbereich liegen oder einen geringeren Abstand zu dem Untergrund aufweisen als die Umgebungsbereiche, wenn das Schubfeld an dem Vorderwagen der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist. Es kann in diesem Zusammenhang zweckmäßig sein, wenn der vorgegebene Abstand zwischen 25 % und 100 %, und insbesondere zwischen 25 % und 75 %, der Höhe der Sekundärspule ist. Beträgt der Abstand 100 %, so liegt die dem Untergrund zugewandte Hauptseite der Sekundärspule im Einbauzustand des Schubfelds in der Ebene der Umgebungsbereiche des Schubfelds. In allen anderen Fällen steht die dem Untergrund zugewandte Hauptfläche der Sekundärspule über die Umgebungsbereiche hinaus und weist einen geringeren Abstand zu dem Untergrund auf.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Winkel des Übergangsabschnitts in Richtung einer Spulenachse bzw. Schwingungsachse kleiner als quer dazu. Kleiner bedeutet hierbei, dass der Winkel bezüglich einer Ebene, die im Einbauzustand des Schubfelds in etwa parallel zum Untergrund liegt, flacher ist.

Um eine möglichst gute Feldabschirmung bereitzustellen, ist das Schubfeld vorzugsweise aus Aluminium gebildet. Die Dicke des Materials des Schubfelds beträgt zumindest in dem Aufnahmebereich der Sekundärspule zumindest 1 mm. Hierdurch ist eine ausreichende Feldabschirmung gewährleistet. Aus Gründen der Stabilität des Schubfelds ist es zweckmäßig, wenn die Dicke des Materials mehr als 2 mm beträgt.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist auf der Seite des Aufnahmebereichs, auf dem die Sekundärspule befestigt wird, eine Schicht aus Kupfer vorgesehen. Hierdurch wird es möglich, auch die eingangs erwähnte erste Platte aus dem ersten Metall zur fällt Führung und Schirmung des Magnetfelds in der Sekundärspule wegzulassen, was zu einer geringeren Höhe des Aufbaus der Sekundärspule und einem geringeren Gewicht führt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Schubfeld seitlich über die Grenzen der Sekundärspule hinausragt. Insbesondere kann das Schubfeld an allen Seiten der Sekundärspule seitlich über dessen Grenzen hinausragen, um eine bestmögliche Feldabschirmung zu ermöglichen. Darüber hinaus ergibt sich aus dem Umstand, dass das Schubfeld neben der nunmehr zugedachten Aufgabe als induktive Impedanzanpassungsund Integrationskomponente ein konstruktives mechanisches Bauteil des Fahrzeuges darstellt oder darstellen kann, dass zur Bereitstellung einer vorgegebenen Stabilität das Schubfeld über entsprechende Versteifungen verfügen muss, welche, insbesondere Rand umlaufend, konstruktiv den Aufnahmebereich der Sekundärspule umlaufen.

Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die über die Grenzen der Sekundärspule hinausragende Länge des Schubfelds etwa 50 % der Erstreckung der Sekundärspule in dieser Richtung beträgt. Insbesondere gilt dies in Richtung des Magnetfeldes (B-Feld-Vektor).

Die Erfindung wird weiter durch ein Fahrzeug, insbesondere ein batteriebetriebenes Fahrzeug oder ein Plug-in Hybrid-elektrisches Fahrzeug, gelöst, das eine Sekundärspule eines induktiven Energieübertragungssystems zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers und ein Schubfeld umfasst, das im Bereich eines Vorderwagens des Fahrzeugs angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Sekundärspule in das Schubfeld, das gemäß der oben beschriebenen Art ausgebildet ist, integriert. Wie beschrieben, ist das Schubfeld im Bereich des Vorderachsträgers des Fahrzeugs angeordnet.

Die Sekundärspule kann, bezogen auf eine Fahrzeughochachse, auf der zur Fahrbahn hin gerichteten Seite des Schubfelds angeordnet sein. Dadurch kann das Schubfeld neben der Impedanzanpassung und der Befestigung der Sekundärspule auch die elektromagnetische Abschirmung zum Fahrgastraum hin übernehmen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung liegt das Schubfeld mittig auf einer Fahrzeuglängsachse, wobei die Sekundärspule bezüglich des Schubfelds zentriert ist. Dies ermöglicht es dem Fahrer, die Sekundärspule auf möglichst einfache Weise über einer Primärspule des Energieversorgungssystems zu positionieren, welche auf oder in dem Untergrund des Fahrzeugabstellplatzes integriert ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Ebene des Aufnahmebereichs von einem von dem Fahrzeug zu befahrenden Untergrund weiter entfernt als die Ebene der Umgebungsbereiche des Schubfelds.

Es wird somit zusammenfassend vorgeschlagen, die Sekundärspule zur Übertragung elektromagnetischer Feldenergie in ein Fahrzeug in ein Schubfeld zu integrieren und dieses als induktive Impedanzanpassungs- und Integrationskomponente zu nutzen. Neben der mechanischen Halterung der Sekundärspule übernimmt das Schubfeld damit die Auf- gaben der elektromagnetischen Abschirmung zur Erfüllung gesetzlicher und/oder medizinischer Anforderungen an Feldstärke im Fahrgastinnenraum sowie der

Impedanzanpassung des fahrzeugseitigen Magnetfeldresonators bzw. Schwingkreises.

Die Impedanzanpassung des fahrzeugseitigen Magnetfeldresonators bzw. Schwingkreises ermöglicht eine Optimierung der Effizienz der Energieübertragung und ein geringeres Gewicht der Sekundärspule, da zumindest eine dort vorgesehene metallische Platte aufgrund der Nutzung der Funktionalität des Schubfelds entfallen kann sowie eine geringere Einbauhöhe durch Verzicht auf separate Impedanzanpassungsmaßnahmen in der Sekundärspule. Die Impedanzanpassungsmaßnahmen können vollständig durch das Schubfeld realisiert werden, indem eine entsprechende Ausgestaltung des Aufnahmebereichs sowie des Übergangsabschnitts zu den Umgebungsbereichen erfolgt. Dazu wird das Schubfeld derart ausgestaltet, dass dieses eine Feld-führende Funktion übernimmt. Dadurch kann die Gesamtimpedanz des Schwingkreises optimiert werden.

Durch das Schubfeld kann zudem die Wärmekapazität der integrierten Sekundärspule erhöht werden. Das Schubfeld dient bei hinreichend niedrigen Umgebungstemperaturen von weniger als 80 °C als Kühlkörper. Selbst bei höheren Umgebungstemperaturen sorgt das Schubfeld aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Materials des Schubfelds für eine gleichmäßige Wärmeverteilung. Auf diese Weise können Hot-Spots, d.h. Bereiche lokaler Überhitzung, verhindert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schubfelds von oben,

Fig. 2 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Schubfeld,

Fig. 3 das erfindungsgemäße Schubfeld von unten, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Schubfeld in Fig. 3 längs der Linie IV - IV. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schubfelds 1 . Das Schubfeld 1 ist für die Anordnung an einem nicht dargestellten Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie eines ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeugs vorgesehen. Die äußere Gestalt des Schubfelds 1 folgt im Wesentlichen dem konstruktiven Aufbau des Vorderwagens der Fahrzeugkarosserie. Allgemein handelt es sich bei dem Schubfeld 1 um eine Komponente zur Versteifung des Vorderwagens, weswegen das Schubfeld 1 über seinen gesamten Umfang eine Verformung bzw. Prägung aufweist, um die erforderliche Steifigkeit herzustellen. Das Schubfeld 1 weist über den äußeren Rand verteilt mehrere Befestigungslaschen 5 auf, so dass das Schubfeld 1 in bekannter Weise zum Beispiel über Schrauben oder Schraubbolzen an dem Vorderwagen der Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs befestigt werden kann. Dabei werden Anlenkpunkte des Vorderwagen lenkers mit einer Bodengruppe der Fahrzeugkarosserie verbunden. In bekannter Weise kann dadurch ein präziseres Ansprechen der Lenkung aufgrund der Versteifung des Vorderwagens erzielt werden. Um die Versteifung im gewünschten Maße erzielen zu können besteht das Schubfeld 1 aus Aluminium mit einer Dicke zwischen 2 und 3 mm. Die Materialstärke kann dabei in unterschiedlichen Bereichen des Schubfelds unterschiedlich sein. Allgemein kann das Schubfeld 1 einstückig oder aus mehreren miteinander verbundenen Teilen hergestellt sein.

Die Einbaulage des in Fig. 1 dargestellten Schubfelds 1 wird anhand des in Fig. 1 dargestellten Koordinatensystems ersichtlich. Dabei bezeichnet x die Fahrzeuglängsachse, y die Fahrzeugquerachse und z Fahrzeughochachse. Anders ausgedrückt weist x in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nach vorne, y nach rechts und z nach oben.

Das Schubfeld 1 weist einen lediglich beispielhaft rechteckförmigen Aufnahmebereich 2 auf, wobei die Ebene des Aufnahmebereichs 2 gegenüber den, den Aufnahmebereich umgebenden anderen Bereichen des Schubfelds (so genannte Umgebungsbereiche 7) versetzt angeordnet ist. Der Versatz wird zum Beispiel durch eine Verformung des Ausgangsmaterials des Schubfelds 1 , z.B. durch Prägen, hergestellt. Die Richtung der Verformung des Aufnahmebereichs 2 entspricht dabei der Richtung der Verformung des verformten Rands 4. Die Umgebungsbereiche 7 können in einer gemeinsamen Ebene liegen, wobei dies nicht zwingend ist. Die Größe und Form des Aufnahmebereichs 2 entspricht in etwa der Größe einer Sekundärspule 21 eines induktiven Energieübertragungssystems 20 zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs. In der Darstellung der Fig. 1 ist die Sekundärspule 21 von unten her in den vertieften Aufnahmebereich 2 eingebracht und an diesem befestigt. Zu diesem Zweck sind Befestigungsmittel 3 an dem Aufnahmebereich 2 vorgesehen. Die Befestigungsmittel 3 können mit einem Gewinde versehene Bohrungen sein, so dass die Sekundärspule 21 durch die Bohrungen mit dem Schubfeld 1 verschraubt werden kann. Die Befestigungsmittel können auch Schraubbolzen sein, so dass die Befestigung der Sekundärspule 21 mittels Muttern erfolgt.

Der Aufnahmebereich 2 ist mit einer Aussparung oder Öffnung 8 versehen, wobei durch die Öffnung 8 Spulenanschlüsse 22 und Steueranschlüsse 23 zur elektrischen Kontaktie- rung der Sekundärspule 21 ragen.

Wie beschrieben kann der Aufnahmebereich 2, der über umlaufende Übergangsabschnitte oder -abschnitte 6 mit den jeweils zugeordneten Umgebungsbereichen 7 verbunden ist, einstückiger Bestandteil des Schubfelds 1 sein. In einer alternativen Ausgestaltung könnte der Aufnahmebereich auch als separates Bauteil kraft-und/oder form-und/oder stoffschlüssig mit dem Schubfeld 1 verbunden sein.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Schubfeld in der y-z-Ebene. Hier ist gut ersichtlich, dass die plattenförmige Sekundärspule 21 des im Gesamten nicht näher dargestellten Energieübertragungssystems in dem vertieften Aufnahmebereich 2 angeordnet ist. Die Tiefe e des Aufnahmebereichs 2 gegenüber der Ebene der Umgebungsbereiche 7 (das heißt der Abstand zwischen der Ebene des Aufnahmebereichs 2 und den Umgebungsbereichen 7a, 7b) beträgt vorzugsweise 0, 5 d bis d, wobei d die Höhe der Sekundärspule 21 ist. 7a kennzeichnet den in Fig. 2 links von dem Aufnahmebereich 2 angeordneten Umgebungsbereich, 7b kennzeichnet den in Fig. 2 rechts von dem Aufnahmebereich 2 angeordneten Umgebungsbereich. Die Umgebungsbereiche 7a und 7b liegen in einer gemeinsamen Ebene (Umgebungsebene). Sie können grundsätzlich auch in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein. Im äußersten Fall, d.h. d = e liegt eine Hauptseite 24 der Sekundärspule, welche im Einbauzustand des Schubfelds 1 im Fahrzeug einem Untergrund (Fahrbahn) zugewandt ist, in der Ebene der Umgebungsbereiche 7. Grundsätzlich kann e = 0 gewählt werden, d.h. die Ebene des Aufnahmebereichs 2 und die Ebene der Umgebungsbereiche 7 liegen in einer gemeinsamen Ebene. In diesem Fall würde jedoch auf die Feldführende Eigenschaft des Schubfelds bzw. der Vertiefung, in der die Sekundärspule angeordnet ist, verzichtet werden.

Die Breite des Aufnahmebereichs 2 entspricht in etwa einer Breite b der Sekundärspule 21 . Wie beschrieben ist der Aufnahmebereich 2 über einen jeweiligen Übergangsabschnitt oder -bereich 6 (der in der Figur linke Übergangsabschnitt ist mit 6a, der in der Figur rechte Übergangsabschnitt ist mit 6b gekennzeichnet) mit dem zugeordneten Umgebungsbereich 7a, 7b verbunden. Der zwischen der Umgebungsebene 7 und dem jeweiligen Übergangsabschnitt 6a, 6b eingeschlossene Winkel α legt in Verbindung mit dem Abstand e und einem lateral verlaufenden Übergangsabschnitt f die Impedanz des fahr- zeugseitigen Magnetfeldresonators fest. In der Fig. 3 sind diese charakteristischen Parameter nur für die linke Seite der Vertiefung dargestellt. Der Winkel α kann zwischen 10° und 45°, insbesondere 15° und 35°, betragen. Der Winkel ist insbesondere abhängig von der Länge des lateralen Übergangsabschnitts f. Grundsätzlich gilt, f wird umso größer gewählt wird, desto steiler der Winkel α ist. Die genaue Wahl von f, e und dem Winkel α hängt vor allem von der Einbausituation im Fahrzeug ab. Durch den Verlauf des Übergangsabschnitts 6 kann der Verlauf des B-Felds 30 beeinflusst werden, um eine bestmögliche Kopplung zu einer Primärspule (nicht dargestellt) des Energieübertragungssystems 20 zu erzielen. Insbesondere wird hier die Effizienz der Kopplung zu der Primärspule eingestellt.

Fig. 3 zeigt das Schubfeld 1 von unten. Hierbei ist nochmals der zentral angeordnete Aufnahmebereich 2 innerhalb des Schubfelds 1 gut ersichtlich. Ebenfalls gut ersichtlich ist die Öffnung 8 zur Durchführung eines Spulenanschlusses und eine Steueranschlusses der Sekundärspule 21 .

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie IV-IV, aus dem nochmals der vertiefte Aufnahmebereichs 2 gegenüber den umgebenden Bereichen des Schubfelds 1 hervorgeht.

Das nicht näher dargestellte Energieübertragungssystem basiert auf Magnetresonanztechnologie. Hierdurch lässt sich die Sekundärspule 21 mit verhältnismäßig geringen Abmaßen und geringem Gewicht bereitstellen. Allgemein umfasst die Sekundärspule 21 einen Ferritkern, der von einer nicht näher dargestellten Wicklung umlaufen wird, sowie eine Kupferplatte zur Feldführung und Schirmung des Magnetfelds und eine darüber liegende Aluminium-Platte zur Impedanzanpassung und Schirmung des Magnetfelds. Wenigstens eine der beiden Schichten kann durch die Integration der Sekundärspule 21 in das Schubfeld 1 substituiert werden. Wird auf der der Sekundärspule 21 zugeordneten Seite des Aufnahmebereichs 2 eine entsprechende Kupferschicht vorgesehen, so können beide Schichten der Sekundärspule 21 ersetzt werden. Hierdurch reduzieren sich Gewicht und Dicke der Sekundärspule 21 .

Die Breite b der Sekundärspule 21 in B-Feldrichtung beträgt beispielsweise 25 cm. Die Breite a des Schubfelds 1 beträgt in die B-Feldrichtung in etwa die zweifache Breite der Sekundärspule 21 , d.h. a = 2 ^* b. Dies bedeutet, die Sekundärspule 21 ist in Fahrzeugquerrichtung (y-Achse) in etwa zentral in das Schubfeld 1 integriert. Die Höhe der Sekundärspule 21 beträgt etwa 2 cm. Dies bedeutet, der Abstand e beträgt etwa 10 bis 20 mm. Der Abstand zwischen den jeweiligen Seitenkanten der Sekundärspule 21 und dem Übergangsabschnitt 6 ist abhängig von dem gewünschten Verlauf des B-Feldes 30. Dieses Maß kann durch Versuche oder Simulationsrechnungen ermittelt werden. Ebenso kann der optimale Abstand e durch Versuche oder Simulationsrechnungen bestimmt werden. In der Praxis dürfte der Abstand zwischen dem Fuß des Winkels α und der zugeordneten Seitenkante der Sekundärspule 1 zwischen 15 und 85 mm betragen.

Die Integration der Sekundärspule 21 zur Übertragung elektromagnetischer Feldenergie in das Fahrzeug nutzt das Schubfeld 1 als induktive Impedanzanpassungs- und Integrationskomponente. Zum einen wird das Schubfeld 1 als Halter für die Sekundärspule 21 genutzt. Aufgrund des Materials (Aluminium) und der Dicke des Schubfelds (zwischen 2 und 3 mm) übernimmt das Schubfeld, das sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Achse) jeweils in etwa 50 % über die Breite b der Sekundärspule 21 erstreckt, die elektromagnetische Abschirmung zur Erfüllung gesetzlicher und/oder medizinischer Anforderungen an Feldstärken in den Fahrgastinnenraum.

Allgemein muss die Materialstärke, zumindest im Bereich des Aufnahmebereichs 2, aber auch vorzugsweise in lateraler Richtung hinaus, derart gewählt werden, dass diese größer ist als die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in das Schubfeld. Grundsätzlich hängt dabei die Dicke bzw. Materialstärke von der gewählten Frequenz der Energieübertragung ab.

Durch die Gestalt des Aufnahmebereichs 2 und des Übergangsabschnitts 6 kann eine Impedanzanpassung des fahrzeugseitigen Magnetfeldresonators bzw. Schwingkreises erfolgen. Hierdurch ergibt sich eine effizientere Energieübertragung. Da bestimmte Komponenten in der Sekundärspule entfallen können, da deren Funktion durch das Schubfeld bereitgestellt wird, kann die Sekundärspule mit einer geringeren Einbauhöhe und einem geringeren Gewicht bereitgestellt werden. Die Impedanzanpassung erfolgt durch die Gestalt von Aufnahmebereich 2 und Übergangsabschnitt 6, so dass diese eine Feldführende Funktion übernehmen und dadurch die Gesamtimpedanz des Schwingkreises in gewünschter Weise beeinflussen.

Schließlich erhöht das aus Metall bestehende Schubfeld 1 die Wärmekapazität der an dieser befestigten Sekundärspule 21 . Das Schubfeld dient damit bei hinreichend niedrigen Umgebungstemperaturen (< 80 °C) als Kühlkörper. Darüber hinaus wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung und Ableitung sichergestellt, so dass Hot-Spots vermieden werden können. Dies gilt gleichermaßen für die Abfuhr von Wärme im Betrieb des Energieübertragungssystems als auch für die Abfuhr von Wärme einer Verbrennungskraftmaschine. Im letzteren Fall wird die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme, insbesondere nach dem Abstellen des Fahrzeugs, von der Sekundärspule abgeleitet, was eine zusätzliche Einbringung von Wärme in elektronische Komponenten in der Sekundärspule unterbindet oder zumindest reduziert.

Bezugszeichenliste

1 Schubfeld

2 Aufnahmebereich

3 Befestigungsmittel

4 verformter Rand

5 Befestigungslasche

6 Übergangsabschnitt

7 Umgebungsbereich

7a Umgebungsbereich

7b Umgebungsbereich

8 Öffnung für Spulenanschluss und Steueranschluss

20 Energieübertragungssystem

21 Sekundärspule

22 Spulenanschluss

23 Steueranschluss

24 Hauptseite der Sekundärspule

30 Verlauf des B-Felds a Breite des Schubfelds in y-Richtung

b Breite der Sekundärspule 21 in y-Richtung

b Höhe der Sekundärspule 21

e Abstand (Tiefe) des Aufnahmebereichs 2 gegenüber der Umgebungsebene 7

Claims

Patentansprüche

1 . Schubfeld (1 ) für einen Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, wobei das aus Metall bestehende Schubfeld (1 ) einen Aufnahmebereich (2) mit Befestigungsmitteln zur mechanischen Befestigung einer Sekundärspule (21 ) eines induktiven Energieübertragungssystems (20) zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs aufweist.

2. Schubfeld nach Anspruch 1 , bei dem das Schubfeld (1 ), wenn die Sekundärspule (21 ) an dem Aufnahmebereich (2) des Schubfelds (1 ) befestigt ist, eine funktionale Eigenschaften aufweisende Komponente der Sekundärspule (21 ) ersetzt und dessen funktionale Eigenschaften übernimmt.

3. Schubfeld nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Aufnahmebereich (2) in einer gleichen Ebene liegt wie an den Auf nahmebereich (2) grenzende und diesen umgebende andere Bereiche des Schubfelds (1 ).

4. Schubfeld nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Aufnahmebereich (2) in einer anderen Ebene liegt wie an den Aufnahmebereich (2) grenzende und diesen umgebende andere Bereiche des Schubfelds (1 ), wobei die Ebene des Aufnahmebereichs (2) um einen vorgegebenen Abstand zu der Ebene der an den Aufnahmebereich (2) grenzenden und diesen umgebenden, anderen Bereichen des Schubfelds (1 ), angeordnet ist.

5. Schubfeld nach Anspruch 4, bei dem die Ebene des Aufnahmebereichs (2) und die Ebene der an den Aufnahmebereich (2) grenzenden und diesen umgebenden, anderen Bereichen (Umgebungsbereiche (7)) über einen schräg verlaufenden Übergangsabschnitt (6) verbunden sind, wobei ein Winkel (a), der zwischen der Ebene eines jeweiligen Umgebungsbereichs (7) und dem Übergangsabschnitt (6) gebildet ist, folgende Bedingung erfüllt:

20° < α < 55°, insbesondere

25° < α < 40°.

6. Schubfeld nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der vorgegebene Abstand zwischen der Ebene des Aufnahmebereichs (2) und der Ebene der Umgebungsbereiche (7) höchstens der Höhe der Sekundärspule (21 ) entspricht.

7. Schubfeld nach Anspruch 6, bei dem der vorgegebene Abstand zwischen 25% und 100%, insbesondere zwischen 25% und 75%, der Höhe der Sekundärspule (21 ) ist.

8. Schubfeld nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Winkel (a) des Übergangsabschnitts (6) in Richtung einer Spulenachse/Schwingungsachse kleiner ist als quer dazu.

9. Schubfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schubfeld (1 ) aus Aluminium gebildet ist.

10. Schubfeld nach Anspruch 9, bei dem die Dicke des Materials des Schubfelds (1 ) zumindest in dem Aufnahmebereich (2) der Sekundärspule (21 ) zumindest 1 Millimeter, insbesondere mehr als 2 Millimeter, beträgt.

1 1 . Schubfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf der Seite des Aufnahmebereichs (2), auf dem die Sekundärspule (21 ) befestigt wird, eine Schicht aus Kupfer vorgesehen ist.

12. Schubfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Schubfeld (1 ) seitlich über die Grenzen der Sekundärspule (21 ) hinausragt.

13. Schubfeld nach Anspruch 12, bei dem die über die Grenzen der Sekundärspule (21 ) hinausragende Länge des Schubfelds (1 ) etwa 50% der Erstreckung der Sekundärspule (21 ) in dieser Richtung beträgt.

14. Fahrzeug, insbesondere Batteriebetriebenes Fahrzeug oder Plug-in Hybridelektrisches Fahrzeug, mit einer Sekundärspule (21 ) eines induktiven Energieübertragungssystems (20) zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers und einem Schubfeld (1 ), das im Bereich eines Vorderwagens des Fahrzeugs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (21 ) in das Schubfeld (1 ), das gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, integriert ist.

15. Fahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule (21 ), bezogen auf die Fahrzeughochachse, auf der zur Fahrbahn hin gerichteten Seite des Schubfelds (1 ) angeordnet ist.

16. Fahrzeug nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schubfeld (1 ) mittig auf einer Fahrzeuglängsachse liegt, wobei die Sekundärspule bezüglich des Schubfelds (1 ) zentriert ist.

17. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene des Aufnahmebereichs (2) von einem von dem Fahrzeug zu befahrenden Untergrund weiter entfernt ist als die Ebene der Umgebungsbereiche (7).