WO2017009135A1 - Spuleneinheit zur induktiven energieübertragung - Google Patents

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WO2017009135A1
WO2017009135A1 PCT/EP2016/065973 EP2016065973W WO2017009135A1 WO 2017009135 A1 WO2017009135 A1 WO 2017009135A1 EP 2016065973 W EP2016065973 W EP 2016065973W WO 2017009135 A1 WO2017009135 A1 WO 2017009135A1
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coil unit
coil
fiber
ferrite core
reinforced plastic
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PCT/EP2016/065973
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Josef Krammer
Tobias Müller
Hartmut EGGERS
Cornelius Johan Kalle Keil
Stefan OPL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a coil unit according to the preamble of patent claim 1.
  • Such coil units are used for non-contact charging a
  • Energy storage of the motor vehicle such as a vehicle battery, wherein the motor vehicle for charging the energy storage is only over a longer period of time to place over a primary coil unit as a charging device which emits a changing magnetic field.
  • Charging devices may be provided, for example, in public parking spaces to charge the energy storage device (vehicle battery) during parking of the motor vehicle.
  • energy storage device vehicle battery
  • both advantages arise in that no special gas station must be visited to at least partially fill the energy storage, as well as that the charging of the energy storage is done without contact and therefore particularly ergonomic and without any further action by the driver.
  • no special gas station must be visited to at least partially fill the energy storage, as well as that the charging of the energy storage is done without contact and therefore particularly ergonomic and without any further action by the driver.
  • no special gas station must be visited to at least partially fill the energy storage, as well as that the charging of the energy storage is done without contact and therefore particularly ergonomic and without any further action by the driver.
  • no special gas station must be visited to at least partially fill the energy storage, as well as that the charging of the energy storage is done without contact and therefore particularly ergonomic and without any further action by the driver.
  • no special gas station must be visited to at least partially fill the energy storage, as well as that the charging of the energy storage
  • the coil unit comprises a coil, a flux guide unit and a stray field shield, which are firmly connected to each other, l in particular potted, pressed or screwed together or a combination thereof.
  • a coil unit is known from DE 10 2010 050 935 A1, in which the coil windings and a flat ferrite region are cast in a potting compound.
  • the object of the invention is to provide a coil unit for inductive energy transmission, which has a good protection against mechanical damage.
  • a coil unit for inductive energy transmission comprises at least one coil winding and one ferrite core. These at least one coil winding and the ferrite core are surrounded by a structure made of a fiber-reinforced plastic.
  • Fiber-reinforced plastics have a high rigidity. Accordingly, the structure made of the fiber-reinforced plastic reliably protects the at least one coil winding and the ferrite core from damage, in particular when the structure of the fiber-reinforced plastic completely surrounds the at least one coil winding and the ferrite core.
  • the coil unit with appropriate dimensioning of the structure of the fiber-reinforced plastic have a high inherent rigidity, so that the coil unit does not have to be stiffened by additional components. Especially the ferrite core is very brittle and can break even at low stresses. The stiff structure made of the fiber-reinforced plastic protects the ferrite core reliably.
  • Each fiber-reinforced plastic contains fibers and a matrix in which the fibers are embedded.
  • the fibers conduct the forces. Due to their high stiffness compared to the matrix they pull the load on themselves. Since the fiber has a higher stiffness than the matrix, the load is conducted along the fibers. Cross-fiber matrix and fiber often have similar moduli of elasticity. In addition, the forces must be conducted by adhesive forces across the fiber-matrix interface. Therefore, there is usually no reinforcing effect across the fiber.
  • Particularly suitable fibers are polymer fibers, glass fibers or carbon fibers. When using of carbon fibers, however, it should be ensured that the fibers do not form electrically conductive closed loops. This can be done, for example, by painting the fibers. Also, a separation of functions is possible by the carbon fibers are used outside of the induction field.
  • the matrix embeds the fibers. Embedding means that it fixes the fibers spatially and allows the load transfer and load discharge. In addition, the matrix supports the fibers, for example against buckling at fiber-parallel pressure. The load transfer takes place via the adhesion between fiber and matrix. It can be done by normal or shear forces. Composites in which no fiber-matrix adhesion exists are only loadable in special cases. The matrix also has the task of protecting the fibers against environmental influences.
  • a coil unit In particular, two methods are suitable for producing a coil unit according to the invention:
  • the at least one coil winding and the ferrite core are surrounded by prepregs, which are then pressed under pressure and temperature into the desired shape and hardened.
  • Prepregs are fiber mats preimpregnated with reactive resins.
  • the reaction resins consist of a usually highly viscous but not yet polymerized thermosetting plastic matrix.
  • the contained fibers may be present as a pure unidirectional layer, as a woven fabric or as a scrim.
  • the fibers are applied in a dry state to the at least one coil winding and the ferrite core, for example as mats and then surrounded with matrix material.
  • the infusion or RTM method is suitable.
  • the mechanical properties of the structure can be adjusted so that it has the desired bending and / or torsional rigidity.
  • At least one sensor coil is additionally embedded in the structure of the fiber-reinforced plastic.
  • This at least one sensor coil is preferably arranged within the at least one coil winding.
  • Such a sensor coil serves to detect disturbances in the magnetic field and thus the presence of metallic foreign bodies.
  • the at least one coil winding and the ferrite core are connected to one another via a plastic foam, wherein the at least one coil winding, the ferrite core and the plastic foam are surrounded by the structure of the fiber-reinforced plastic.
  • a plastic foam is much more elastic than the structure of the fiber-reinforced plastic. It thus protects the brittle ferrite core from mechanical stresses that could damage the ferrite core.
  • the ferrite core is completely surrounded by the plastic foam in order to protect it optimally.
  • the coil unit advantageously serves as a secondary coil, which is mounted on the underside of a motor vehicle. Due to the structure of the fiber-reinforced plastic both the at least one coil winding and the ferrite core are well protected against mechanical damage and against contamination and corrosion by dirt, dust, spray, road salt, etc.
  • the structure may be designed so that the coil unit serves as a supporting component of the motor vehicle.
  • the structure can be designed in accordance with the claim by a suitable selection and alignment of the fibers and a suitable choice of the matrix. Ideally, the fibers of the structure of the fiber reinforced plastic are aligned according to the main loading direction of the coil unit.
  • FIG. 1 is a side view of a motor vehicle with a secondary coil unit which is parked above a primary coil unit as a charging device,
  • FIG. 2 shows a schematic vertical section through the secondary coil unit
  • FIG. 3 shows a cross section through the secondary coil unit
  • 4 is an enlarged detail view of the cross section shown in Fig. 3
  • Fig. 5 is a schematic plan view of a sensor coil braid
  • Fig. 6 is a schematic representation of the magnetic flux at the secondary coil unit.
  • a parked in a garage 1 motor vehicle 2 is shown.
  • the motor vehicle 2 has a high-voltage battery 3, which can be inductively charged via a mounted on the vehicle underside secondary coil unit 4.
  • the secondary coil unit 4 is connected via a high-voltage line 5 to the high-voltage battery 3.
  • Below the secondary coil unit 4 there is a primary coil unit 6 serving as a charging device, which is arranged on the floor 7 of the garage 1. Between the primary coil unit 6 at the bottom 7 of the garage 1 and the secondary coil unit 4 at the bottom of the motor vehicle 2 remains an air gap.
  • the primary coil unit 6 emits a changing magnetic field.
  • FIG. 2 shows a schematic vertical section and in FIG. 4 a cross section through the secondary coil unit 4.
  • the coil unit 4 has a rectangular base surface and is overall extremely flat in the vehicle height direction z.
  • the coil unit comprises a plurality of coil windings 8, a ferrite core 9 and a plurality of sensor coils 10, which are embedded in a structure 1 1 made of a fiber-reinforced plastic.
  • the coil windings 8 are arranged annularly in one another in a plane perpendicular to the vehicle height direction z about a free center.
  • the coil windings 8 make use of the rectangular base area as far as possible.
  • the ferrite core 9 extends over the entire surface approximately over the entire base surface of the coil unit 4. It has an annular upwardly bulging groove 13, are arranged in the coil windings 8.
  • the coil windings 8 and the ferrite core are separated from each other by a thin layer of the structure 1 1 of the fiber-reinforced plastic.
  • FIG. 4 shows an enlarged section of the region A in FIG. 3.
  • a plurality of sensor coils 10 are placed in a plane parallel to the ferrite core 9, located in the area within the coil windings 8 extend.
  • the sensor coils 10, due to their arrangement relative to one another, systematically cover the entire area within the coil windings 8, as can be clearly seen in the plan view of the sensor coils 10 in FIG. 5 inserted into the coil unit 4.
  • the structure 1 1 of the fiber-reinforced plastic surrounds the coil windings 8, the ferrite core 9 and the sensor coils 10 completely, so that they are well protected from dirt, dust, spray, moisture, etc.
  • the fiber-reinforced plastic is a glass fiber reinforced plastic.
  • the sensor coils 10, the coil windings 8 and the ferrite core 9 are inserted between the glass fiber layers before a resin is then injected as a matrix in a tool under pressure in an RTM process. After curing of the resin, the glass fiber layers and the matrix together form the structure 1 1, in which the sensor coils 10, the coil windings 8 and the ferrite core 9 are embedded.
  • the structure of the glass fiber reinforced plastic has an exceptionally high rigidity. Therefore, to ensure the required rigidity of the coil unit 4, no further components are necessary, the coil unit 4 itself is sufficiently rigid.
  • the rigidity of the coil unit 4 can in this case even be dimensioned so large that the coil unit 4 can be used as a supporting component of the body of the motor vehicle 2.
  • the coil unit 4 is mounted on the vehicle underside of the motor vehicle 2, that the edge regions of the coil unit 4 form an overlap with an adjacent floor panel 12 of the motor vehicle.
  • the base plate is made of a paramagnetic conductive metal (low permeability).
  • the induced eddy currents produce a shielding effect.
  • the overlap is designed so that in the vehicle height direction z seen from below in the entire region of the coil unit 4 and in its surroundings is always a shielding of the magnetic radiation either through the ferrite core 9 or through the bottom plate 12 given.
  • Fig. 6 it is shown how the ferrite core 9 and the adjacent floor panel 12 always shield the magnetic radiation M well, so that the radiation can not interfere with electrical components of the motor vehicle 2.

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Abstract

Es ist eine Spuleneinheit zur induktiven Übertragung elektrischer Energie bekannt. Die Spuleneinheit umfasst eine Spule, eine Flussführungseinheit und eine Streufeldabschirmung, die fest miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander vergossen, verpresst oder verschraubt oder Kombinationen davon. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spuleneinheit zur induktiven Energieübertragung zu schaffen, die einen guten Schutz vor mechanischen Beschädigungen aufweist. Erfindungsgemäß umfasst eine Spuleneinheit (4) zur induktiven Energieübertragung zumindest eine Spulenwicklung (8) und einen Ferritkern (9). Diese zumindest eine Spulenwicklung (8) und der Ferritkern (9) sind von einer Struktur (11) aus einem faserverstärkten Kunststoff umgeben. Faserverstärkte Kunststoffe weisen eine hohe Steifigkeit auf. Entsprechend schützt die Struktur (11) aus dem faserverstärkten Kunststoff die zumindest eine Spulenwicklung (8) und den Ferritkern (9) zuverlässig vor Beschädigungen.

Description

Spuleneinheit zur induktiven Energieübertragung
Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .
Derartige Spuleneinheiten dienen zum berührungslosen Laden eines
Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, wobei das Kraftfahrzeug zum Laden des Energiespeichers lediglich über einen längeren Zeitraum über einer primären Spuleneinheit als Ladevorrichtung zu platzieren ist, welche ein sich änderndes Magnetfeld emittiert. Derartige
Ladevorrichtungen können beispielsweise an öffentlichen Parkplätzen vorgesehen sein, um den Energiespeicher (Fahrzeugbatterie) während des Parkens des Kraftfahrzeugs zu laden. Gerade im Vergleich zum Tankvorgang beim Betanken von Kraftwagen mit fossilen Brennstoffen ergeben sich dann sowohl Vorteile darin, dass keine spezielle Tankstelle aufgesucht werden muss, um den Energiespeicher zumindest teilweise zu füllen, als auch, dass das Laden des Energiespeichers berührungslos erfolgt und dementsprechend besonders ergonomisch und ohne weiteres Zutun durch den Fahrer vonstattengehen kann. Des Weiteren werden im Gegensatz zum Betanken mit fossilen Brennstoffen während des Tankvorgangs beziehungsweise während des Ladens des Energiespeichers keine
Kraftstoffdämpfe freigesetzt.
Aus der DE 10 2013 101 150 A1 ist eine Spuleneinheit zur induktiven Übertragung elektrischer Energie bekannt. Die Spuleneinheit umfasst eine Spule, eine Flussfüh- rungseinheit und eine Streufeldabschirmung, die fest miteinander verbunden sind, l insbesondere miteinander vergossen, verpresst oder verschraubt sind oder eine Kombinationen davon.
Ferner ist aus der DE 10 2010 050 935 A1 eine Spuleneinheit bekannt, bei der die Spulenwicklungen und ein ebener Ferritbereich in eine Vergussmasse eingegossen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spuleneinheit zur induktiven Energieübertragung zu schaffen, die einen guten Schutz vor mechanischen Beschädigungen aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einer Spuleneinheit zur induktiven Energieübertragung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst eine Spuleneinheit zur induktiven Energieübertragung zumindest eine Spulenwicklung und einen Ferritkern. Diese zumindest eine Spulenwicklung und der Ferritkern sind von einer Struktur aus einem faserverstärkten Kunststoff umgeben. Faserverstärkte Kunststoffe weisen eine hohe Steifigkeit auf. Entsprechend schützt die Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff die zumindest eine Spulenwicklung und den Ferritkern zuverlässig vor Beschädigungen, insbesondere wenn die Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff die zumindest eine Spulenwicklung und den Ferritkern vollständig umgibt. Zusätzlich kann die Spuleneinheit bei entsprechender Dimensionierung der Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff eine hohe Eigensteifigkeit aufweisen, sodass die Spuleneinheit nicht durch zusätzliche Bauteile versteift werden muss. Vor allem der Ferritkern ist sehr spröde und kann bereits bei geringen Beanspruchungen brechen. Durch die steife Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff wird der Ferritkern zuverlässig geschützt.
Jeder faserverstärkte Kunststoff beinhaltet Fasern und eine Matrix, in die die Fasern eingebettet sind. Die Fasern leiten die Kräfte. Durch ihre im Vergleich zur Matrix hohe Steifigkeit ziehen sie die Last auf sich. Da die Faser eine höhere Steifigkeit als die Matrix hat, wird die Last entlang der Fasern geleitet. Quer zur Faser haben Matrix und Faser oft ähnliche Elastizitätsmodule. Zusätzlich müssen die Kräfte durch Adhäsivkräfte über die Faser-Matrix-Grenzfläche geleitet werden. Daher findet quer zur Faser in der Regel keine Verstärkungswirkung statt. Als Fasern eignen sich insbesondere Polymerfasern, Glasfasern oder Kohlestofffasern. Bei der Verwendung von Kohlestofffasern sollte allerdings sichergestellt werden, dass die Fasern keine elektrisch leitenden geschlossenen Schleifen bilden. Dies kann zum Beispiel durch ein Lackieren der Fasern erfolgen. Auch ist eine Funktionstrennung möglich, indem die Kohlenstofffasern außerhalb des Induktionsfeldes eingesetzt werden.
Die Matrix bettet die Fasern ein. Einbetten meint dabei, dass sie die Fasern räumlich fixiert und die Lasteinleitung und Lastausleitung ermöglicht. Zusätzlich stützt die Matrix die Fasern, beispielsweise gegen Ausknicken bei faserparallelem Druck. Die Lastübertragung erfolgt über die Adhäsion zwischen Faser und Matrix. Sie kann über Normal- oder Schubkräfte erfolgen. Verbünde, bei denen keine Faser-Matrix- Haftung besteht, sind nur in Sonderfällen belastbar. Die Matrix hat zudem die Aufgabe, die Fasern gegen Umgebungseinflüsse zu schützen.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Spuleneinheit bieten sich insbesondere zwei Verfahren an: Die mindestens eine Spulenwicklung und der Ferritkern werden mit Prepregs umgeben, die dann unter Druck und Temperatur in die gewünschte Form gepresst werden und dabei aushärten. Prepregs sind mit Reaktionsharzen vorimprägnierte Fasermatten. Die Reaktionsharze bestehen aus einer meist hochviskosen, jedoch noch nicht polymerisierten duroplastischen Kunststoffmatrix. Die enthaltenen Fasern können als reine unidirektionale Schicht, als Gewebe oder Gelege vorliegen. Alternativ werden die Fasern in trockenem Zustand auf die mindestens eine Spulenwicklung und den Ferritkern beispielsweise als Matten aufgebracht und anschließend mit Matrixmaterial umgeben. Hierzu eignet sich zum Beispiel das Infusions- oder RTM-Verfahren.
Je nach Gestaltung der Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff und der Auswahl der Fasern und der Matrix lassen sich so gezielt die mechanischen Eigenschaften der Struktur einstellen, sodass sie die gewünschte Biege- und / oder Torsi- onssteifigkeit aufweist.
Vorteilhafterweise ist zusätzlich in die Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff zumindest eine Sensorspule eingebettet. Diese zumindest eine Sensorspule ist bevorzugt innerhalb der zumindest einen Spulenwicklung angeordnet. Eine solche Sensorspule dient dazu, Störungen im Magnetfeld und damit das Vorhandensein von metallischen Fremdkörpern zu detektieren. Bevorzugt sind die zumindest eine Spulenwicklung und der Ferritkern über einen Kunststoff schäum miteinander verbunden, wobei die zumindest eine Spulenwicklung, der Ferritkern und der Kunststoffschaum von der Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff umgeben sind. Ein solcher Kunststoffschaum ist wesentlich elastischer als die Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff. Sie schützt somit den spröden Ferritkern vor mechanischen Beanspruchungen, die zu einer Beschädigung des Ferritkerns führen könnten. Idealerweise ist der Ferritkern vollständig mit dem Kunststoff schäum umgeben, um diesen optimal zu schützen.
Die Spuleneinheit dient vorteilhafterweise als eine Sekundärspule, die an der Unterseite eines Kraftfahrzeugs angebracht ist. Aufgrund der Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff sind sowohl die zumindest eine Spulenwicklung als auch der Ferritkern gut vor mechanischen Beschädigungen sowie vor Verschmutzung und Korrosion durch Schmutz, Staub, Spritzwasser, Streusalz, etc. geschützt. Zudem kann die Struktur so ausgelegt sein, dass die Spuleneinheit als ein tragendes Bauteil des Kraftfahrzeugs dient. Dabei kann die Struktur beanspruchungsgerecht durch eine geeignete Auswahl und Ausrichtung der Fasern und eine geeignete Wahl der Matrix gestaltet werden. Idealerweise sind die Fasern der Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff entsprechend der Hauptbelastungsrichtung der Spuleneinheit ausgerichtet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer sekundären Spuleneinheit, das über einer primären Spuleneinheit als Ladevorrichtung parkt,
Fig. 2 eine schematischer Höhenschnitt durch die sekundäre Spuleneinheit, Fig. 3 einen Querschnitt durch die sekundäre Spuleneinheit, Fig. 4 eine vergrößerte Detailansicht des in Fig. 3 gezeigten Querschnitts,
Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf ein Sensorspulengeflecht und
Fig. 6 eine schematische Darstellung des magnetischen Flusses an der sekundären Spuleneinheit.
In Fig. 1 ist ein in einer Garage 1 abgestelltes Kraftfahrzeug 2 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Hochvoltbatterie 3 auf, die über eine auf der Fahrzeugunterseite angebrachte sekundäre Spuleneinheit 4 induktiv aufgeladen werden kann. Dazu ist die sekundäre Spuleneinheit 4 über eine Hochvoltleitung 5 mit der Hochvoltbatterie 3 verbunden. Unterhalb der sekundären Spuleneinheit 4 befindet sich eine als Ladevorrichtung dienende primäre Spuleneinheit 6, die am Boden 7 der Garage 1 angeordnet ist. Zwischen der primären Spuleneinheit 6 am Boden 7 der Garage 1 und der sekundären Spuleneinheit 4 an der Unterseite des Kraftfahrzeugs 2 verbleibt ein Luftspalt. Zum Aufladen der Hochvoltbatterie 3 emittiert die primäre Spuleneinheit 6 ein sich änderndes Magnetfeld. Durch Induktion entsteht dadurch in der sekundären Spuleneinheit 4 der zum Laden des Hochvoltspeichers 2 erforderliche Ladestrom. Dabei ist die berührungslos von der primären Spuleneinheit 6 in die sekundäre Spuleneinheit 4 übertragbare Leistung umso höher, je geringer der Luftspalt zwischen der primären Spuleneinheit 6 und der sekundären Spuleneinheit 4 ist, und je genauer sich die sekundäre Spuleneinheit 4 ohne Versatz in Fahr- zeuglängs- oder Fahrzeugquerrichtung oberhalb der primären Spuleneinheit 6 befindet.
In Fig. 2 ist ein schematischer Höhenschnitt und in Fig. 4 ein Querschnitt durch die sekundäre Spuleneinheit 4 gezeigt. Die Spuleneinheit 4 weist eine rechteckige Grundfläche auf und ist in Fahrzeughöhenrichtung z insgesamt außerordentlich flach. Die Spuleneinheit umfasst mehrere Spulenwicklungen 8, ein Ferritkern 9 und mehrere Sensorspulen 10, die eine Struktur 1 1 aus einem faserverstärkten Kunststoff eingebettet sind. Die Spulenwicklungen 8 sind ringförmig ineinander in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeughöhenrichtung z um eine freie Mitte angeordnet. Dabei nutzen die Spulenwicklungen 8 die rechteckige Grundfläche soweit als möglich aus. Der Ferritkern 9 erstreckt sich vollflächig annähernd über die gesamte Grundfläche der Spuleneinheit 4. Er weist eine ringförmige nach oben ausbeulende Rinne 13 auf, in die Spulenwicklungen 8 angeordnet sind. Dabei sind die Spulenwicklungen 8 und der Ferritkern durch eine dünne Schicht der Struktur 1 1 aus dem faserverstärkten Kunststoff voneinander getrennt.
In Fig. 4 ist ein vergrößerter Schnitt des Bereichs A in Fig. 3 gezeigt. In dieser vergrößerten Darstellung ist gut erkennbar, dass in Fahrzeughöhenrichtung z unterhalb des Ferritkerns 9 und den Spulenwicklungen 8 in der Struktur 1 1 aus dem faserverstärkten Kunststoff mehrere Sensorspulen 10 in einer Ebene parallel zum Ferritkern 9 eingebracht sind, die sich in dem Bereich innerhalb der Spulenwicklungen 8 erstrecken. Die Sensorspulen 10 decken aufgrund ihrer Anordnung zueinander den gesamten Bereich innerhalb der Spulenwicklungen 8 systematisch ab, wie es in der Draufsicht auf die in die Spuleneinheit 4 eingebrachten Sensorspulen 10 in Fig. 5 gut erkennbar ist.
Die Struktur 1 1 aus dem faserverstärkten Kunststoff umgibt die Spulenwicklungen 8, den Ferritkern 9 und die Sensorspulen 10 vollständig, sodass diese vor Schmutz, Staub, Spritzwasser, Feuchtigkeit, etc. gut geschützt sind. Der faserverstärkte Kunststoff ist ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Bei der Herstellung werden hierbei zwischen die Glasfaserlagen die Sensorspulen 10, die Spulenwicklungen 8 und der Ferritkern 9 eingelegt, bevor dann in einem Werkzeug unter Druck ein Harz als Matrix in einem RTM- Verfahren injiziert wird. Nach dem Aushärten des Harzes bilden die Glasfaserlagen und die Matrix zusammen die Struktur 1 1 , in die die Sensorspulen 10, die Spulenwicklungen 8 und der Ferritkern 9 eingebettet sind.
Die Struktur aus dem glasfaserverstärkten Kunststoff weist eine au ßerordentlich hohe Steifigkeit auf. Daher sind zur Gewährleistung der erforderlichen Steifigkeit der Spuleneinheit 4 keine weiteren Bauteile nötig, die Spuleneinheit 4 selber ist ausreichend steif. Die Steifigkeit der Spuleneinheit 4 kann hierbei sogar so groß dimensioniert werden, dass die Spuleneinheit 4 als tragendes Bauteil der Karosserie des Kraftfahrzeugs 2 eingesetzt werden kann. Beim induktiven Laden kann es infolge der elektromagnetischen Strahlung beziehungsweise durch sich ändernde Magnetfelder beziehungsweise elektrischer Felder beim Laden zu Unverträglichkeiten mit anderen elektronischen Komponenten des Kraftfahrzeugs beziehungsweise zu deren Fehlfunktion kommen. Daher ist die Spuleneinheit 4 so an der Fahrzeugunterseite des Kraftfahrzeugs 2 angebracht, dass die Randbereiche der Spuleneinheit 4 eine Überlappung mit einem angrenzenden Bodenblech 12 des Kraftfahrzeugs bilden. Das Bodenblech ist dabei aus einem paramagnetischen, leitenden Metall (niedrige Permeabilität) ausgeführt. Die induzierten Wirbelströme erzeugen eine Schirmwirkung. Die Überlappung ist so gestaltet, dass in Fahrzeughöhenrichtung z von unten gesehen im gesamten Bereich der Spuleneinheit 4 und in dessen Umgebung stets eine Abschirmung der magnetischen Strahlung entweder durch den Ferritkern 9 oder durch das Bodenblech 12 gegeben ist. In Fig. 6 ist gezeigt, wie der Ferritkern 9 und das angrenzende Bodenblech 12 die magnetische Strahlung M stets gut abschirmen, sodass die Strahlung keine elektrischen Baugruppen des Kraftfahrzeugs 2 stören kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Spuleneinheit (4) zur induktiven Energieübertragung, die zumindest eine Spulenwicklung (8) und einen Ferritkern (9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spulenwicklung (8) und der Ferritkern (9) von einer Struktur (1 1 ) aus einem faserverstärkten Kunststoff umgeben sind.
2. Spuleneinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (1 1 ) aus dem faserverstärkten Kunststoff die zumindest eine Spulenwicklung (8) und den Ferritkern (9) vollständig umgeben.
3. Spuleneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich in die Struktur (1 1 ) aus dem faserverstärkten Kunststoff zumindest eine Sensorspule (10) eingebettet ist.
4. Spuleneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sensorspule (10) innerhalb der zumindest einen Spulenwicklung (8) angeordnet ist.
5. Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spulenwicklung (8) und der Ferritkern (9) über einen Kunststoff schäum miteinander verbunden sind, wobei die zumindest eine Spulenwicklung (8), der Ferritkern (9) und der Kunststoffschaum von der Struktur (1 1 ) aus dem faserverstärkten Kunststoff umgeben sind.
6. Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (1 1 ) aus einem polymerfaserverstärkten, glasfaserverstärkten oder kohlestofffaserverstärkten Kunststoff besteht.
7. Kraftfahrzeug mit einer Spuleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit (4) als Sekundärspule an der Unterseite des Kraftfahrzeugs angebracht ist.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinheit (4) als ein tragendes Bauteil des Kraftfahrzeugs gestaltet ist.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Struktur aus dem faserverstärkten Kunststoff entsprechend der Hauptbelastungsrichtung der Spuleneinheit (4) ausgerichtet sind.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Spulenwicklung (8) in einer ringförmigen Rinne (13) im Ferritkern (9) angeordnet ist.
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