WO2022258367A1 - Bodenbaugruppe für eine induktive ladevorrichtung - Google Patents

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WO2022258367A1
WO2022258367A1 PCT/EP2022/064082 EP2022064082W WO2022258367A1 WO 2022258367 A1 WO2022258367 A1 WO 2022258367A1 EP 2022064082 W EP2022064082 W EP 2022064082W WO 2022258367 A1 WO2022258367 A1 WO 2022258367A1
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PCT/EP2022/064082
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Mike Böttigheimer
Thomas Himmer
Christopher Lämmle
Holger Schroth
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Mahle International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a base assembly for an inductive charging device for inductively charging a motor vehicle.
  • the motor vehicle to be loaded When the loading device is in operation, the motor vehicle to be loaded is located on a base above the floor assembly, which is why the floor assembly must be designed in such a way that it can carry the load of the motor vehicle to be loaded. Furthermore, when the charging device is in operation, heat can be generated in the base assembly due to the charging power to be provided, which can lead to an undesirable rise in temperature of the base assembly and, associated therewith, to a failure of the electrical and/or electromagnetic components.
  • the present invention therefore deals with the problem of a base assembly for an inductive charging device of the type mentioned to specify an improved or at least different embodiment which, in particular, overcomes the disadvantages known from the prior art.
  • the present invention is based on the general idea of increasing mechanical resilience and power transmission when charging an electric vehicle by means of a floor assembly according to the invention with a base plate and a core arrangement with core bodies and a flat coil supported by at least one support by using the base plate in particular as a cooling plate and the at least one support is designed as a heat-conducting element made of a material with a thermal conductivity of l > 5 W/(m K) in order to allow heat to be dissipated from, for example, the flat coil or the core arrangement via the at least one support to the cooling plate and thus heat dissipation or to improve cooling of the flat coil, the core arrangement with the ferrite plates, whereby a higher charging power can be made possible with the same conductor cross-section or the same charging power with a smaller conductor cross-section.
  • the at least one support is arranged transversely to the direction of spacing within a central area of an associated core body of the core arrangement.
  • the central area is thus defined by, for example, 80% of a diameter of the individual core bodies in the longitudinal direction and width direction, preferably 70% of the diameter of the individual core bodies in the longitudinal direction and width direction, particularly preferably 50% of the diameter of the individual core bodies in the longitudinal direction and width direction, and very particularly preferably 30% of the diameter of the individual core bodies in each case Limited lengthwise and widthwise.
  • the flat coil has a strand carrier which has at least one pressure pedestal which is arranged coaxially to an associated support and via which the strand bearer rests on an associated core body of the core arrangement.
  • This arrangement brings about a central loading of the respective core body by the pressure platform and the support arranged under the core body, as a result of which the respective core body is only subjected to pressure but not to bending. Since ferrite is very pressure-resistant, such a core body can absorb a pure pressure load very well. This eliminates the need for a further holding structure and enables direct supporting and heat-dissipating contact between the core body and the support.
  • the core arrangement has at least one such core body, which extends in the form of a plate transversely to the spacing direction and essentially has the central area in the middle and an edge area surrounding it at the edge.
  • a magnetic flux density generated there by the current flowing in the conductor of the flat coil is sufficiently low, so that an arrangement of the heat-conducting support in this area, even if it is made of metal, is not critical with regard to the impairment of the magnetic flux density .
  • the floor assembly according to the invention it is thus possible to operate it with a comparatively high charging power due to the heat-dissipating supports, so that undesirable heating, in particular overheating, which would require the charging power to be reduced, can be avoided.
  • the pressure platforms, the supports and the core body which is only subjected to pressure, can achieve a high load-carrying capacity with a simultaneously small size, since load-distributing holding structures can be omitted.
  • the floor assembly according to the invention for an inductive charging device for inductively charging a motor vehicle parked on a ground, for example an electric vehicle thus has in detail the base plate, which is designed in particular as a cooling plate and extends transversely to the distance direction extends in a plate shape.
  • the direction of the distance is the normal to the surface of the base plate and is usually vertical when installed.
  • the base assembly according to the invention also has at least one flat coil which is designed as a primary coil or field coil and which has a helically wound conductor and is at the same time spaced apart from the base plate in the direction of spacing.
  • the core assembly for guiding the magnetic flux which is spaced apart in the spacing direction from the base plate and the flat coil and is arranged between the base plate and the flat coil.
  • a lower cavity is formed between the core body and the base plate, in which cavity the at least one support is arranged, so that this at least one support preferably extends through the lower cavity in the spacing direction.
  • the ferrite plate and thus the core arrangement are supported on the base plate via the at least one support.
  • the at least one support is now designed as a thermally conductive element made of a material with a thermal conductivity of l>5 W/(m K) and at the same time arranged transversely to the direction of spacing within the central area of an associated core body, for example a ferrite plate. Viewed in the direction of spacing, the support thus lies within the central area, which spans in a plane transverse to the direction of spacing.
  • the supports serve to support the core arrangement or the flat coil arranged on it and at the same time to control the temperature of the same by connecting the flat coil or the core arrangement and its core body to the base plate, which is designed in particular as a cooling plate, in a heat-transferring manner. If the flat coil and thus also the core arrangement heat up during operation of the base assembly according to the invention, the core body and several such supports can enable uniform cooling of the core arrangement and the flat coil, resulting in the same charging power with a smaller cross-section of the conductor of the flat coil and/or or the ferrites of the core arrangement or a higher charging power can be achieved with the same cross-section of the conductor of the flat coil and/or the ferrites of the core arrangement.
  • the support in the central area of the associated core body and a pressure platform on the strand carrier arranged coaxially to the respective axis of the support, the support can also be positioned in relation to the associated core body in an area in which there are no eddy current losses or hysteresis losses, even when using metallic materials for the support can come.
  • the individual core bodies for example the ferrite plates, are spaced apart from one another transversely to the direction of spacing, with the magnetic flux density being significantly greater transversely to the direction of spacing both between the individual core bodies and in their edge region than in the respective central region of the core body.
  • this makes it possible to introduce loads, for example from vehicles driving on the floor assembly, preferably exclusively as pressure loads and not as bending loads via the pressure platforms into the core bodies and from these into the supports.
  • the floor assembly according to the invention can be arranged countersunk in a subsurface, in particular flush with the surface of the subsurface, with arrangement on the subsurface also being conceivable as an alternative, of course.
  • the at least one support expediently has a thermal resistance Rth between a connection surface to the core body and a connection surface to the base plate of Rth ⁇ 0.5 K/W, preferably Rth ⁇ 0.3 K/W, particularly preferably Rth ⁇ 0.1 K/W on.
  • the at least one support consists of a material with a thermal conductivity of l> 10 W/(m K), in particular a thermal conductivity of l> 50 W/(m K) or l> 100 W/(m Purchase.
  • the material for the respective supports can therefore be iron with a thermal conductivity l of approx. 80 W/(m K), but also aluminum with a thermal conductivity l of 235 W/(m K).
  • plastics with corresponding metal particles are used, which can provide the heat transfer or thermal conductivity of l > 5 W/(m K) required for the desired cooling effect.
  • the at least one support is at least partially made of metal, in particular aluminum.
  • the at least one support is partially made of graphite or ceramic, in particular aluminum nitride or aluminum silicide.
  • Graphite has a thermal conductivity l of 15 to 20 W/(m K), while an aluminum nitride ceramic can even have a conductivity l of 180 W/(m K).
  • aluminum nitride ceramics of this type in particular is of great interest where a lot of heat has to be dissipated but a material may not be electrically conductive under certain circumstances.
  • the base plate has at least one cooling channel for a coolant.
  • a coolant for a coolant.
  • This enables active cooling of the base plate during operation, with the heat-conducting supports also simultaneously cooling the core arrangement or the core body and the flat coil arranged above it in the installed state.
  • the actively cooled base plate in turn cools the air within the lower cavity, which means that cooling of electronics arranged there and also air cooling of the core assembly or core body arranged above the lower cavity is possible.
  • Areas on which the respective supports rest on the base plate preferably have no cooling channels in order to be able to ensure sufficient pressure stability.
  • the base plate itself is advantageously formed from a metal or metal alloy, for example aluminum, to improve heat transfer between the coolant, base plate, air and supports.
  • the arrangement of the base plate at a distance from the flat coil and the core arrangement also minimizes or at least reduces electromagnetic interaction of the base plate with the flat coil and the core arrangement.
  • a distance between the base plate and the core arrangement in the distance direction can be between several millimeters and several centimeters. Manufacturing the base plate from metal or a metal alloy also results in electromagnetic shielding of the base assembly downwards to the subsoil.
  • At least one support has a cross-section that is circular, oval, star-shaped, rectangular with or without rounded corners or spiral-shaped.
  • the preferably metallic support can be made from solid material (especially solid cylinder) or from sheet material (especially tube or cup) or from solid material with hollow chambers.
  • the cross-sectional shape can be any other shape in addition to a circle (e.g. rectangle, ellipse, etc.) and can be variable over the height, for example in order to accommodate further components (e.g. printed circuit boards for the power or control electronics, supporting elements for the ferrites, etc .) to facilitate. Lightweight structures are to be preferred.
  • the support is expediently connected with a thermal resistance RT ⁇ 500 mm 2 K/W, in particular with a thermal resistance RT ⁇ 300 mm 2 K/W and particularly preferably with a thermal resistance RT ⁇ 100 mm 2 K/W, to the associated core body in a thermally conductive manner, for example materially connected, in particular glued or soldered.
  • the at least one support has a thermal resistance Rth between a connection surface to the core body and a connection surface to the base plate of Rth ⁇ 0.5 K/W, preferably Rth ⁇ 0.3 K/W, particularly preferably Rth ⁇ 0.1 K /W on.
  • a holding structure designed as a plastic structure is expediently provided for fixing at least one core body, with the plastic structure being connected to the core body and the support via a respective form-fitting connection.
  • the form-fitting connection can be formed as a tongue and groove connection and/or by a conical head of the associated support and a conical opening formed complementary thereto on the plastic structure.
  • the conical head of the support and the associated conical opening in the plastic structure can result in a centering form fit, which makes assembly easier.
  • Chamfers in the joint area of the support or the plastic structure can also be helpful in this regard.
  • an upper edge of the plastic structure corresponds at least approximately to an upper edge of the support, or the plastic structure lies slightly below the upper edge of the support, so that it is ensured that reliable heat-transferring contact, in particular via a distributor plate (heat spreader, aluminum sheet, copper sheet, graphite foil ), which is located between the core body on the one hand and the support and the plastic structure on the other hand, contacts the support. If the bond or the If thermal contact of the distributor plate is currently released and/or the distributor plate sags/bends downwards in the lateral area, the direct retention of the distributor plate on the core body is guaranteed with the plastic structure.
  • a distributor plate heat spreader, aluminum sheet, copper sheet, graphite foil
  • the plastic structure and the support can also be connected via a positioning positive connection (e.g. tongue and groove), which is located in the area of the opening of the plastic structure or the support .is arranged in the upper part of the support.
  • a positioning positive connection e.g. tongue and groove
  • Such a distributor plate can ensure improved heat transfer and thus improved cooling of the core arrangement, it being of course clear that the distributor plate is also arranged within the central area, in particular in order to at least minimize influencing the magnetic field and thus the generation of eddy current losses.
  • the distributor plate with a thickness of ⁇ 2 mm is very flat and arranged close below the core arrangement.
  • the magnetic flux density is significantly reduced compared to the area between the individual core bodies and in their edge area, so that the use of electrically conductive materials for the distributor plate does not result in large additional losses due to eddy currents or flysteresis effects occur and the influence on the magnetic field is very small and therefore negligible.
  • the distributor plate is connected to the core arrangement via an adhesive layer with a thermal conductivity of l>0.8 W/(m K) and/or a shear modulus of G ⁇ 10 MPa. Since the adhesive layer, for example an adhesive layer, is extremely thin, a reduced one is also sufficient here Thermal conductivity l of l > 0.8 W/(m K). In order to also be able to compensate for different thermal expansion coefficients between the core bodies, for example a ferrite plate, and the distributor plate, it is advantageous to equip the adhesive layer or generally the adhesive layer with a shear modulus G ⁇ 10 MPa.
  • FIG. 1 shows a section through a base assembly according to the invention of an inductive charging device
  • FIG. 2 shows a greatly simplified representation of the inductive charging device with the base assembly and a motor vehicle
  • FIG. 3 is a bottom view of the core assembly of the base assembly;
  • Fig. 4 is a top view of the core assembly,
  • Fig. 8 is a detailed sectional view in the area of a connection of a
  • Fig. 9 is a detailed sectional view in the area of a connection of a
  • a floor assembly 1 according to the invention is used in a charging device 2 shown in FIG. 2 for inductively charging a motor vehicle 3 .
  • the floor assembly 1 interacts with an associated assembly 4 of the motor vehicle 3, for example a secondary coil 28.
  • the interaction takes place in particular through a flat coil 5 of the base assembly 1, which serves as the primary coil of the charging device 2, and the secondary coil 28 of the assembly 4 of the motor vehicle 3.
  • the motor vehicle 3 is parked on a substrate 6 for inductive charging by means of the charging device 2.
  • the floor assembly 1 is arranged sunk into the subsurface 6, but can also be arranged on it.
  • the floor assembly 1 has a base plate 8 designed in particular as a cooling plate 30 .
  • the distance direction 7 here runs parallel to a normal of the substrate 6 and in particular along the plumb direction.
  • the flat coil 5 is spaced apart from the base plate 8 in the spacing direction 7 .
  • the flat coil 5 comprises a spirally wound conductor 9, which can be made of copper, for example.
  • the base assembly 1 also includes a core arrangement 10 with at least one core body 11.
  • the core arrangement 10 is spaced apart from the flat coil 5 in the spacing direction 7.
  • the core arrangement 10 with the at least one core body 11 is arranged between the base plate 8 and the flat coil 5 .
  • the core body 11 can be formed from a soft-magnetic material, in particular from a soft-magnetic ferrite.
  • the core arrangement 10, in particular the at least one core body 11, is supported, for example, directly on a support 15 (cf. FIG. 1).
  • a holding structure 13 designed as a plastic structure 12 can also be provided for fixing the at least one core body 11 , which is designed as a ferrite plate 27 , for example.
  • the plastic structure 12 can be connected to the support 15 via a respective positive connection 19 .
  • the form-fitting connection 19 itself can be designed as a tongue and groove connection 21 (see FIG. 5), it also being conceivable, in addition or as an alternative, that the form-fitting connection 19 be formed by a conical head 36 of the associated support 15 and a conical Opening 37 is formed on the plastic structure 12.
  • the plastic structure 12 can hold several core bodies 11 (see also FIGS. 3 and 4) or several plastic structures 12 can hold several core bodies 11, with each plastic structure 12 eg holding only one associated core body 11 (see FIGS. 8, 9).
  • the plastic structure 12 can be comparatively thin-walled be manufactured if it has ribs 47 that increase the rigidity of the plastic structure 12. Alternatively, it can be made thicker and without (reinforcing) ribs 47 . Optionally, it can also be designed as a perforated panel. This saves material and weight, and the holes can be used to fasten (insert or screw in) (electronic) components that are located underneath the plastic structure 12 .
  • FIG. 3 shows a view from below of the core arrangement 10 with the holding structure 13. Only the plastic structure 12 and the core arrangement 10 as well as the core body 11, for example the ferrite plates 27, can be seen in FIG. 4 shows a top plan view of the core assembly 10 with the core bodies 11 and the plastic structure 12 being visible.
  • Fig. 5 shows a section through the floor assembly 1 in the area of a support 15.
  • the floor assembly 1 of the exemplary embodiments shown has, purely by way of example, eight core bodies 11 which are cuboid and, by way of example, identical in design.
  • the respective core body 11 is plate-shaped and extends plate-shaped in the width direction 20 and in a longitudinal direction 45 running transversely to the width direction 20 and transversely to the spacing direction 7 .
  • At least two supports 15 spaced apart from one another are connected to the plastic structure 12 .
  • the supports 15 are each formed like a column and in particular have a cylindrical shape.
  • at least one of the supports 15 is arranged in the center of the associated core body 11 in relation to an associated core body 11 , ie in the center in the width direction 20 and in the longitudinal direction 45 . Seen in the distance direction 7 within the central region 18.
  • the respective core body 11 is also associated with a single such support 15, so that the Plastic structure 12 has a total of eight supports 15 corresponding to the number of core bodies 11 .
  • the respective core body 11 preferably rests on the associated support 15 .
  • the respective support 15 has a smaller cross section than the associated core body 11.
  • the supports 15 in the exemplary embodiments shown are likewise of identical design corresponding to the identical design of the core bodies 11. However, it is also possible for individual or all core bodies 11 and/or individual or all supports 15 to have different configurations.
  • the fold structure 13 for the respective core body 11 has an opening 34 which fluidly connects the underside 29 of the core body 11 to the lower flea space 14 .
  • the air in the lower cavity 14, particularly the air flowing through the lower cavity 14 is in direct contact with the bottom 29 and can cool the core body 11 in an improved manner.
  • the plastic structure 12 has at least one associated strut 35 for the respective opening 34 for stiffening and/or mechanical stabilization of the holding structure 13 in the region of the opening 34 and the support for the support 15. In the exemplary embodiments shown, at least two such struts 35 are provided for the respective opening 34, which are spaced apart from one another.
  • the respective strut 35 extends transversely to the spacing direction 7.
  • the struts 35 of the respective opening 34 protrude from the support 15 associated with the associated core arrangement 10 .
  • the struts 35 ensure turbulence in the air flowing through the lower cavity 14 and thus improved cooling of the core body 11.
  • the respective support 15 can be solid (cf. FIG. 6a).
  • Figs. 6a and 6b show a solid round or oval cross-section.
  • FIGS. 6c, 6d float cross-sections or corresponding to FIGS. 6e-g full cross-sections with hollow chambers corresponding to FIG. 6h an overall cross-section subdivided into partial cross-sections with a cover plate are also conceivable.
  • the at least one core body 11 is arranged on the side of the holding structure 13 facing away from the base plate 8 and is positioned by the holding structure 13 in a plane running transversely to the spacing direction 7 .
  • a holding structure 13 is arranged in FIG. 1 on a heddle carrier 51 which comprises a lower heddle carrier 38 and an upper heddle carrier 39 .
  • the conductor 9 is arranged between the upper and the lower strand carrier 39, 38, the lower strand carrier 38 having at least one pressure pedestal 40, via which the strand carrier 51 is supported on an associated core body 11 of the core arrangement 10.
  • the pressure platform 40 is arranged coaxially to the support 15 with respect to an axis extending in the distance direction 7, which makes it possible to transmit loads, for example from motor vehicles 3 driving on the floor assembly 1, exclusively as pressure loads and not as bending loads in the core body 11 and from these in initiate the supports 15. Since ferrite is very stable under pressure, such a core body 11 can absorb a pure pressure load very well. As a result, a further holding structure 13 is possible, but not necessary as previously, so that direct supporting and heat-dissipating contact between the core body 11 and the support 15 is also possible.
  • the lower heddle carrier 38 is offset from the core body 11 , that is to say at a distance, so that a load is introduced into the core body 11 exclusively via the pressure platform 40 .
  • Spacer elements 46 can protrude from the lower heddle carrier 39 in the direction of the core body 11 and allow the core body 11 to be positioned transversely to the direction of spacing 7 .
  • the core body 11 also has a central area 18 and at least one edge area 22 (cf. FIGS. 1, 4, 5, 8 and 9).
  • a lower cavity 14 is provided between the holding structure 13 and the base plate 8, through which an air flow path 26 can lead and/or in which at least one electronic component is arranged.
  • the at least one support 15 extends in the spacing direction 7 through the lower cavity 14. At least one of these supports 15 is designed as a heat-conducting element 31 made of a material with a thermal conductivity l of l > 5 W/(m K) and transverse to the spacing direction 7 inside of the central region 18 of an associated core body 11 and connects it and the base plate 8 in a heat-transferring manner.
  • the contacting of the supports 15 in the associated central region 18 with the associated core body 11 also means that the magnetic field generated by the flat coil 5 and in particular a magnetic flux density is minimally influenced, so that even metallic materials can be considered for the supports 15 designed according to the invention as heat-conducting elements 31 .
  • the support 15 only partially fills the lower cavity 14, so that a flow space 16 for a fluid, in the exemplary embodiments shown for air, remains, whereby the core assembly 10 emits heat via the air to the base plate 8 and cooling of the core assembly 10 and the Improved flat coil 5 and consequently the efficiency of the base assembly 1 can be increased be able. It is thus also possible to operate the floor assembly 1 with high power, in particular several kW, and consequently to charge the motor vehicle 3 to be charged more quickly or to cause no derating at any operating point.
  • FIGS. 7a) to 7o Individual forms of the supports 15 are now shown in FIGS. 7a) to 7o).
  • the simplest is shown in Fig. 7a) as a cylinder.
  • the cylindrical shape of the support 15 is rounded off in the transition to the core body 11.
  • FIG. 7c) and 7d) describe a truncated cone shape of the support 15.
  • FIGS. 7e) to 7g) also show cylindrical shapes, each with a step, an annular bead or an annular groove. Hollow or no solid supports 15 are shown in FIGS. 7h) to 7o).
  • FIG. 8 shows a variant of the base assembly 1 in which the support 15 is thermally connected to the base plate 8 in a form-fitting manner.
  • a threaded ring 48 is connected to the base plate 8 via a thermally and mechanically effective connection 52 and is screwed to the associated support 15 .
  • connection 52 can be designed as a soldering, gluing or other suitable material connection. It is also conceivable that the threaded ring 48 is formed as an integral part of the base plate 8 by means of a bending process. The threaded ring 48 is provided with an external thread 53 . An internal thread 54 on the inner surface of the support 15 engages in the external thread 53 of the threaded ring 48 during the screw connection and thus connects the support 15 to the threaded ring 48 and thus to the base plate 8.
  • This connection can also be used to adjust the screw-in depth in the distance direction 7 to individual circumstances (eg tolerances) are adjusted and thus a tolerance-free or at least low-tolerance position of the upper surface of the support 15 can be ensured.
  • the thread between the external thread 53 of the ring nut 48 and the internal thread 54 of the support 15 can with a thermal interface material 55, such as a thermal paste or a thermal oil, to improve heat transfer.
  • a thermally conductive adhesive can also be used as the thermal interface material, which after curing represents a positional lock between the threaded ring 48 and the support 15 .
  • the support 15 can have a stepped change in cross section and a central internal thread for screwing to the threaded ring 48 . In this way, the support 15 can be fixed in the distance direction 7 to the base plate 8 and transversely thereto.
  • the structure is similar in FIG. 9, but the central internal thread 54 on the support 15 is smaller and is provided for screwing in a screw 49, via which a non-positive connection of the support 15 to the base plate 8 can take place.
  • the screw 49 penetrates the base plate 8 in such a way that a fluidic connection is created between the environment and the interior space 14 .
  • a ring seal 57 can be introduced between the support 15 and the base plate 8 coaxially with the screw 49 .
  • a thermal interface material 56 e.g.
  • a distributor plate 23 is expediently arranged between the at least one support 15 and the core arrangement 10 or the holding structure 13 .
  • Such a distributor plate 23 can ensure improved heat transfer and thus improved cooling of the core arrangement 10, it being of course clear that the distributor plate 23 is also arranged within the central region 18 in order in particular to at least minimize the effect on the magnetic field and thus the generation of eddy current losses .
  • the distribution plate 23 Since the distributor plate 23 with a thickness of ⁇ 2 mm is arranged very flat and close below the core arrangement 10, the distribution plate 23
  • the associated central area 18a can be larger and the edge area 22a associated with the distributor plate 23 smaller than the central area 18 or edge area 22 associated with the support 15, without large additional losses that cannot be tolerated due to eddy currents or hysteresis effects occurring in an electrically conductive material of the distributor plate 23 (see Fig. 10b).
  • the distributor plate 23 can be connected to the core arrangement 10 via an adhesive layer 24 made of a material with a thermal conductivity of l>0.8 W/(m K) and/or a shear modulus of G ⁇ 10 MPa. Since the adhesive layer 24, for example an adhesive layer, is extremely thin and has a large connection surface to the core arrangement 10, a reduced thermal conductivity l of l>0.8 W/(m K) is also sufficient here. In order to also be able to compensate for different thermal expansion coefficients between the core bodies 11, for example a ferrite plate 27 and the distributor plate 23, it is advantageous to equip the adhesive layer or generally the adhesive layer 24 with a shear modulus G ⁇ 10 MPa.
  • the adhesive layer 24 can of course also be provided directly between the support 15 and the core body 11 if, for example, no distributor plate 23 is provided. Likewise, an additional adhesive layer 24a can also be provided between the distributor plate 23 and the support 15 if the distributor plate 23 is present.
  • a thickness of the distributor plate 23 or the distributor layer 23a is in the range from 0.2 to 2.0 mm.
  • the at least one distributor plate 23 can also fulfill a support function in addition to enlarging the heat-transferring contact area between core body 11 and support 15 . If the distributor plate 23 is electrically conductive, an insulating layer 58 can also be provided between this and the core body 11 and/or between this and the support 15 . According to FIGS. 8 and 9, a bracket 50 is also provided, via which the core body 11 is supported. In this case, the spacer elements 46 for positioning the associated core body 11 are arranged on the console 50, in particular designed in one piece with it.
  • the distribution plate 23 can be formed as a distribution layer 23a in FIGS. 8 and 9, for example as a metal foil, as a sheet metal or as a thermal interface material.
  • the distribution layer 23a has a lateral thermal conductivity of l>20 W/(m K), preferably l>50 W/(m K), particularly preferably l>100 W/(m K)).
  • a distributor layer 23a can consist of graphite, for example, ie it can be a graphite foil. Due to the open position, such a graphite foil is characterized by an anisotropic thermal conductivity, which has 5 W/(m K) ⁇ 1 ⁇ 10 W/(m K) in the thickness direction and 1>100 W/(m K) in the lateral direction.
  • the heat can be conducted very well from the edge areas of the core body 11 to the support 15, whereby the temperature distribution in the core body 11 is homogenized during operation and the risk of thermo-mechanical failure is reduced.
  • a metal sheet made of a thermally conductive material eg aluminum, copper
  • these materials have an electrical conductivity which leads to an interaction with an alternating magnetic field, care must be taken to ensure that such an electrically conductive distribution layer 23a or such a distribution plate 23 is present in one area, namely the central area 18 or a larger central area 18a. is used in which the existing field strength is sufficiently low (e.g. ⁇ 1 mT) in order to avoid a significant influence on the magnetic field and the associated losses.
  • Such a position is given, for example, directly below the core body 11 when the outer edge 43 of the distributor layer 23a or distributor plate 23 is opposite the edge of the magnetic conductor, i.e. the core body 11 is set back sufficiently (e.g. 5 ... 25 mm).
  • the distance is to be coordinated with the strength of the stray magnetic field at the ferrite edge and can vary over the circumference within a core body 11 or possibly be omitted entirely.
  • the magnetic field lines are denoted by the reference numeral 32, which clearly shows that in the area of the supports 15, the magnetic field lines 32 run directly on or in the core body 11 and therefore not even when a metal support 15 is used be disturbed, whereby no eddy currents or hysteresis losses arise.
  • the respective edge area 22 is of different size in different directions and also with regard to different orientations of the core body 11, whereby it can be seen that the magnetic field lines 32 are already close to a lateral edge 33 of the core body 11, for example the ferrite plate 27, in or near the core body 11 run and the magnetic field decreases sharply as a result, so that the support 15 does not necessarily have to be arranged in the middle transversely to the distance direction 7 on the respective core body 11, but the central area 18 has a certain size (cf. Fig. 4) and thus an individual displacement of the Support 15 allowed.
  • an outer edge 43 of at least one distributor plate 23 can also have a chamfer 44 or be rounded.
  • the outer edge 43 of the distributor plate 23 is sharp-edged, as a result of which magnetic field lines 32 run through the outer edge 43.
  • FIG. 10a The outer edge 43 has a chamfer 44 in FIG. 10b and two chamfers 44 in FIG. 10c.
  • the outer edge is rounded, as a result of which the magnetic flux around the distributor plate 23 can be made as streamlined as possible.
  • the floor assembly 1 has a cover plate 17 . Cavities 41 are provided between the cover plate 17 and the upper heddle carrier 39, in which, for example, a circuit board 42 can be arranged.
  • the base plate 8 is designed as a cooling plate 30 through which cooling channels 25 for a coolant run. The coolant actively cools the base plate 8 during operation. The actively cooled base plate 8 cools the core arrangement 10 or the core body 11 and the flat coil 5 via the supports 15 and also the air and consequently the flat coil 5 and the core arrangement 10 via the air.
  • the base plate 8 is advantageously made of a metal or made of a metal alloy, in particular aluminum, in order to improve the heat transfer between coolant, base plate 8 and air.
  • the arrangement of the base plate 8 at a distance from the flat coil 5 and the core arrangement 10 minimizes or at least reduces a magnetic or electromagnetic interaction of the base plate 8 with the flat coil 5 and the core arrangement 10 .
  • the distance between the base plate 8 and the core body 11 can be between 20 and 80 mm.
  • the production of the base plate 8 from a metal or a metal alloy also results in electromagnetic shielding of the base assembly 1.
  • the support 15 preferably has a thermal resistance RT ⁇ 500 mm 2 K/W, in particular a thermal resistance RT ⁇ 300 mm 2 K/W and particularly preferably a thermal resistance RT ⁇ 100 mm 2 K/W, with the associated core body 11 and connected to the base plate (8) in a thermally conductive manner.
  • a thermal resistance RT ⁇ 500 mm 2 K/W in particular a thermal resistance RT ⁇ 300 mm 2 K/W and particularly preferably a thermal resistance RT ⁇ 100 mm 2 K/W, with the associated core body 11 and connected to the base plate (8) in a thermally conductive manner.
  • soldering or gluing can be used here, which enables a mechanical connection on the one hand and a heat-transferring connection on the other.
  • the at least one support 15 has a thermal resistance Rth between a connection surface to the core body 11 and a connection surface to the base plate 8 of Rth ⁇ 0.5 K/W, preferably Rth ⁇ 0.3 K/W, particularly preferably Rth ⁇ 0 .1K/W on.

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Abstract

Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenbaugruppe (1) für eine induktive Ladevorrichtung (2), - mit einer insbesondere als Kühlplatte (30) ausgebildeten Grundplatte (8), - mit einer Flachspule (5) mit einem spiralförmig gewundenen Leiter (9), - mit einer Kernanordnung (10) zur Magnetflussführung, die zumindest einen Kernkörper (11) aufweist, der einen Zentralbereich (18) und zumindest einen Randbereich (22) aufweist, - wobei zwischen zumindest einem Kernkörper (11) und der Grundplatte (8) zumindest eine Stütze (15) vorgesehen ist, die als Wärmeleitelement (31) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von λ > 5 W/(mꞏK) ausgebildet und quer zur Abstandsrichtung (7) innerhalb des Zentralbereichs (18) eines zugehörigen Kernkörpers (11) angeordnet ist, - wobei die Flachspule (5) einen Litzenträger (51) aufweist, der zumindest einen koaxial zu einer zugehörigen Stütze (15) angeordneten Druckpodest (40) aufweist, über welchen der Litzenträger (51) auf einem zugehörigen Kernkörper (11) der Kernanordnung (10) aufliegt.

Description

Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs.
Bei zumindest teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen ist ein regelmäßiges Aufladen eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs notwendig. Hierzu kann prinzipiell eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem Kraftfahrzeug und einer externen elektrischen Energiequelle, beispielsweise einem Stromanschluss, hergestellt werden. Dies erfordert jedoch eine manuelle Tätigkeit eines Benutzers.
Ferner ist es bekannt, das Kraftfahrzeug, das heißt insbesondere den elektrischen Energiespeicher induktiv aufzuladen. In einer Bodenbaugruppe ("Ground Assembly") außerhalb des Kraftfahrzeugs befindet sich eine Primärspule, die mit einer Sekundärspule ("Vehicle Assembly") im Kraftfahrzeug induktiv zusammenwirkt, um den Energiespeicher aufzuladen.
Im Betrieb der Ladevorrichtung befindet sich das zu ladende Kraftfahrzeug auf einem Untergrund über der Bodenbaugruppe, weshalb die Bodenbaugruppe derart auszulegen ist, dass sie die Last des zu ladenden Kraftfahrzeugs tragen kann. Weiter kann im Betrieb der Ladevorrichtung in der Bodenbaugruppe durch die zu erbringende Ladeleistung Wärme entstehen, die zu einem unerwünschten Temperaturanstieg der Bodenbaugruppe und damit verbunden auch zu einem Versagen der elektrischen und/oder elektromagnetischen Komponenten führen kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich deshalb mit dem Problem, für eine Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine mechanische Belastbarkeit sowie eine Leistungsübertragung beim Laden eines Elektrofahrzeugs mittels einer erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe mit einer Grundplatte sowie einer darüber über zumindest eine Stütze abgestützten Kernanordnung mit Kernkörpern und einer Flachspule dadurch zu erhöhen, dass die Grundplatte insbesondere als Kühlplatte und die zumindest eine Stütze als Wärmeleitelement aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 5 W/(m K) ausgebildet sind, um eine Wärmeableitung von beispielsweise der Flachspule bzw. der Kernanordnung über die zumindest eine Stütze an die Kühlplatte und damit eine Entwärmung bzw. eine Kühlung der Flachspule, der Kernanordnung mit den Ferritplatten zu verbessern, wodurch eine höhere Ladeleistung bei gleichem Leiterquerschnitt oder eine gleiche Ladeleistung bei geringerem Leiterquerschnitt ermöglicht werden kann. Um dabei eine mechanische Belastbarkeit zu steigern und gleichzeitig ein magnetisches Feld der Flachspule nicht oder lediglich marginal zu beeinflussen, ist die zumindest eine Stütze quer zur Abstandsrichtung innerhalb eines Zentralbereichs eines zugehörigen Kernkörpers der Kernanordnung angeordnet. Der Zentralbereich ist dadurch durch beispielsweise 80% eines Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung, vorzugsweise 70% des Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung, besonders bevorzugt 50% des Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung und ganz besonders bevorzugt 30% des Durchmessers der einzelnen Kernkörper jeweils in Längsrichtung und Breitenrichtung begrenzt. Die Flachspule besitzt einen Litzenträger, der zumindest einen koaxial zu einer zugehörigen Stütze angeordneten Druckpodest aufweist, über welchen der Litzenträger auf einem zugehörigen Kernkörper der Kernanordnung aufliegt. Diese Anordnung bewirkt eine zentrale Belastung des jeweiligen Kernkörpers durch den Druckpodest und der unter dem Kernkörper angeordneten Stütze, wodurch der jeweilige Kernkörper nur auf Druck, nicht aber auf Biegung beansprucht wird. Da Ferrit sehr druckstabil ist, kann ein solcher Kernkörper eine reine Druckbelastung sehr gut aufnehmen. Hierdurch ist eine weitere Haltestruktur entbehrlich und ein direkter abstützender und wärmeableitender Kontakt zwischen dem Kernkörper und der Stütze möglich. Die Kernanordnung weist dabei zumindest einen solchen Kernkörper auf, der sich quer zur Abstandsrichtung plattenförmig erstreckt und im Wesentlichen in der Mitte den Zentralbereich und randseitig einen diesen umgebenden Randbereich aufweist. In dem Zentralbereich des jeweiligen Kernkörpers ist eine dort durch den in dem Leiter der Flachspule fließenden Strom erzeugte magnetische Flussdichte ausreichend gering, so dass eine Anordnung der wärmeleitenden Stütze in diesem Bereich, selbst wenn diese aus Metall ist, unkritisch hinsichtlich der Beeinträchtigung der magnetischen Flussdichte ist. Mit der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe ist es somit möglich, diese aufgrund der wärmeabführenden Stützen mit einer vergleichsweise hohen Ladeleistung zu betreiben, sodass eine unerwünschte Erwärmung, insbesondere eine Überhitzung, wodurch die Ladeleistung gesenkt werden müsste, vermieden werden kann. Zugleich kann durch die Druckpodeste, die Stützen und die nur auf Druck belasteten Kernkörper eine hohe Traglastaufnahmefähigkeit bei gleichzeitig geringer Baugröße erreicht werden, da lastverteilende Haltestrukturen entfallen können.
Die erfindungsgemäße Bodenbaugruppe für eine induktive Ladevorrichtung zum induktiven Laden eines auf einem Untergrund abgestellten Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Elektrofahrzeugs, weist somit im Detail die insbesondere als Kühlplatte ausgebildete Grundplatte auf, die sich quer zur Abstandsrichtung plattenförmig erstreckt. Die Abstandsrichtung ist dabei die Flächennormale der Grundplatte und im Einbauzustand üblicherweise eine Vertikale. Die erfindungsgemäße Bodenbaugruppe weist darüber hinaus zumindest eine Flachspule auf, die als Primärspule bzw. Feldspule ausgebildet ist und die einen spiralförmig gewundenen Leiter besitzt und zugleich in Abstandsrichtung zur Grundplatte beabstandet ist. Ebenfalls vorgesehen ist die Kernanordnung zur Magnetflussführung, die in Abstandsrichtung zur Grundplatte und zur Flachspule beabstandet und zwischen der Grundplatte und der Flachspule angeordnet ist. Zwischen dem Kernkörper und der Grundplatte ist dabei ein unterer Hohlraum ausgebildet, in welchem die zumindest eine Stütze angeordnet ist, so dass sich diese zumindest eine Stütze vorzugsweise in Abstandsrichtung durch den unteren Hohlraum erstreckt. Über die zumindest eine Stütze wird die Ferritplatte und damit die Kernanordnung auf der Grundplatte abgestützt. Die zumindest eine Stütze ist nun als Wärmeleitelement aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 5 W/(m K) ausgebildet und zugleich quer zur Abstandsrichtung innerhalb des Zentralbereichs eines zugehörigen Kernkörpers, beispielsweise einer Ferritplatte, angeordnet. In Abstandsrichtung gesehen liegt somit die Stütze innerhalb des Zentralbereichs, der sich in einer Ebene quer zur Abstandsrichtung aufspannt. Die Stützen dienen der Abstützung der Kernanordnung bzw. der darauf angeordneten Flachspule und zugleich einer Temperierung derselben, indem sie die Flachspule bzw. die Kernanordnung sowie deren Kernkörperwärmeübertragend mit der insbesondere als Kühlplatte ausgebildeten Grundplatte verbindet. Erwärmt sich somit im Betrieb der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe die Flachspule und damit auch die Kernanordnung, so kann über die Kernkörper und über mehrere derartige Stützen eine gleichmäßige Kühlung der Kernanordnung sowie der Flachspule ermöglicht werden, wodurch eine gleiche Ladeleistung bei geringerem Querschnitt des Leiters der Flachspule und/oder der Ferrite der Kernanordnung oder eine höhere Ladeleistung bei gleichem Querschnitt des Leiters der Flachspule und/oder der Ferrite der Kernanordnung erreicht werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der jeweiligen Stütze im Zentralbereich des zugehörigen Kernkörpers sowie eines koaxial zur jeweiligen Achse der Stütze angeordneten Druckpodests am Litzenträger kann darüber hinaus eine Positionierung der Stütze in Bezug auf den zugehörigen Kernkörper in einem Bereich erfolgen, in dem es selbst beim Einsatz von metallischen Werkstoffen für die Stütze nicht zu Wirbelstromverlusten bzw. Hystereseverlusten kommen kann. Die einzelnen Kernkörper, beispielsweise die Ferritplatten, sind dabei quer zur Abstandsrichtung voneinander beabstandet, wobei quer zur Abstandsrichtung die magnetische Flussdichte sowohl zwischen den einzelnen Kernkörpern, als auch in deren Randbereich deutlich größer ist, als im jeweiligen Zentralbereich des Kernkörpers. Zudem ist es dadurch möglich Lasten, beispielsweise von auf der Bodenbaugruppe fahrenden Fahrzeugen, vorzugsweise ausschließlich als Drucklasten und nicht als Biegelasten über die Druckpodeste in die Kernkörper und von diesen in die Stützen einzuleiten.
Die erfindungsgemäße Bodenbaugruppe kann dabei versenkt in einem Untergrund, insbesondere oberflächenfluchtend zu diesem, angeordnet sein, wobei alternativ selbstverständlich auch Anordnung auf dem Untergrund denkbar ist.
Zweckmäßig weist die zumindest eine Stütze einen Wärmeleitwiderstand Rth zwischen einer Anbindungsfläche zum Kernkörper und einer Anbindungsfläche zur Grundplatte von Rth < 0,5 K/W, bevorzugt Rth < 0,3 K/W, besonders bevorzugt von Rth < 0,1 K/W auf.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die zumindest eine Stütze aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 10 W/(m K), insbesondere einer Wärmeleitfähigkeit von l > 50 W/(m K) oder l > 100 W/(m K), auf. Als Material für die jeweiligen Stützen kann somit beispielsweise Eisen mit einer Wärmeleitfähigkeit l von ca. 80 W/(m K), aber auch Aluminium mit einer Wärmeleitfähigkeit l von 235 W/(m K) in Frage kommen. Rein theoretisch ist dabei sogar denkbar, dass Kunststoffe mit entsprechenden Metallpartikeln zum Einsatz kommen, welche die für die gewünschte Kühlwirkung erforderliche Wärmeübertragung bzw. Wärmeleitfähigkeit von l > 5 W/(m K) bereitstellen können.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die zumindest eine Stütze zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet. Alternativ ist auch denkbar, dass die zumindest eine Stütze teilweise aus Grafit oder aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumnitrid oder Aluminiumsilizid ausgebildet ist. Grafit besitzt dabei eine Wärmeleitfähigkeit l von 15 bis 20 W/(m K), während eine Aluminiumnitridkeramik sogar eine Leitfähigkeit l von 180 W/(m K) besitzen kann. Der Einsatz insbesondere derartiger Aluminiumnitridkeramiken ist insbesondere dort von großem Interesse, wo viel Wärme abgeführt werden muss, ein Werkstoff jedoch unter Umständen jedoch nicht elektrisch leitend sein darf.
Mit der erfindungsgemäßen Positionierung ist es somit erstmals möglich, metallische Stützen sowohl zur Lastableitung als auch zur Wärmeableitung und damit zur Entwärmung bzw. Kühlung der Flachspule bzw. der Kernanordnung ohne bzw. mit nur marginalem Einfluss auf das Magnetfeld einzusetzen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Grundplatte zumindest einen Kühlkanal für ein Kühlmittel auf. Hierdurch ist eine aktive Kühlung der Grundplatte im Betrieb möglich, wobei die wärmeleitenden Stützen gleichzeitig auch eine Kühlung der im Einbauzustand darüber angeordneten Kernanordnung bzw. der Kernkörper und der Flachspule bewirken. Zudem kühlt die aktiv gekühlte Grundplatte wiederum die Luft innerhalb des unteren Hohlraumes, wodurch eine Kühlung einer dort angeordneten Elektronik sowie auch eine Luftkühlung der oberhalb des unteren Hohlraums angeordneten Kernanordnung bzw. Kernkörper möglich ist. Bereiche, auf denen die jeweiligen Stützen auf der Grundplatte aufliegen, besitzen dabei vorzugsweise keine Kühlkanäle, um eine ausreichende Druckstabilität gewährleisten zu können.
Die Grundplatte selbst ist vorteilhafterweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise Aluminium, ausgebildet, um eine Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel, Grundplatte, Luft und Stützen zu verbessern. Durch die beabstandete Anordnung der Grundplatte zur Flachspule und der Kernanordnung wird darüber hinaus eine elektromagnetische Wechselwirkung der Grundplatte mit der Flachspule und der Kernanordnung minimiert bzw. zumindest reduziert. Ein Abstand der Grundplatte zur Kernanordnung in Abstandsrichtung kann hierbei zwischen mehreren Millimetern und mehreren Zentimetern betragen. Durch die Herstellung der Grundplatte aus Metall bzw. einer Metalllegierung erfolgt zugleich eine elektromagnetische Abschirmung der Bodenbaugruppe nach unten zum Untergrund hin.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe ist zumindest eine Stütze im Querschnitt, kreisförmig, oval, sternförmig, rechteckig mit oder ohne abgerundeten Ecken oder spiralförmig ausgebildet ist. Die vorzugsweise metallische Stütze kann aus Vollmaterial (insbes. Vollzylinder) oder aus Blechmaterial (insbes. Rohr oder Becher) oder aus Vollmaterial mit Hohlkammern gefertigt werden. Ebenso kann die Querschnittsform neben einer Kreisform auch eine beliebige andere Form annehmen (z.B. Rechteck, Ellipse, etc.) und über die Höhe veränderlich sein, um z.B. die Aufnahme weiterer Komponenten (z.B. Platinen der Leistungs- oder Steuerelektronik, Tragelemente für die Ferrite, etc.) zu erleichtern. Dabei sind Leichtbaustrukturen zu bevorzugen. Durch die Gewichtsoptimierung der Stützen können sich weitere Vorteile ergeben, z.B. können Hohlkammerprofile der Stützen erheblich zur Reduktion des Gesamtgewichts beitragen. Zweckmäßig ist die Stütze mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 500 mm2K/W, insbesondere mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 300 mm2K/W und besonders bevorzugt mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 100 mm2K/W, mit dem zugehörigen Kernkörperwärmeleitend verbunden, beispielsweise stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt oder verlötet. Zusätzlich oder alternativ weist die zumindest eine Stütze einen Wärmeleitwiderstand Rth zwischen einer Anbindungsfläche zum Kernkörper und einer Anbindungsfläche zur Grundplatte von Rth < 0,5 K/W, bevorzugt Rth < 0,3 K/W, besonders bevorzugt von Rth < 0,1 K/W auf. Hierdurch kann eine deutlich verbesserte Wärmeübertragung und damit Entwärmung der Kernkörper erreicht werden.
Zweckmäßig ist eine als Kunststoffstruktur ausgebildete Haltestruktur zur Fixierung zumindest eines Kernkörpers vorgesehen, wobei die Kunststoffstruktur über eine jeweilige Formschlussverbindung mit dem Kernkörper und der Stütze verbunden ist. Dabei kann die Formschlussverbindung als Nut- und Feder- Verbindung und/oder durch einen konischen Kopf der zugehörigen Stütze und eine komplementär dazu ausgebildete konische Öffnung an der Kunststoffstruktur gebildet sein. Durch den konischen Kopf der Stütze und die zugehörige konische Öffnung in der Kunststoffstruktur, kann sich ein zentrierender Formschluss ergeben, wodurch die Montage erleichtert wird. Auch Fasen im Fügebereich der Stütze bzw. der Kunststoffstruktur können diesbezüglich hilfreich sein. Im montierten Zustand entspricht eine Oberkante der Kunststoffstruktur zumindest näherungsweise einer Oberkante der Stütze, bzw. die Kunststoffstruktur liegt geringfügig unterhalb der Oberkante der Stütze, sodass sichergestellt ist, dass ein zuverlässiger wärmeübertragender Kontakt, insbesondere auch über eine Verteilerplatte (Heatspreader, Alublech, Kupferblech, Graphitfolie), die sich zwischen dem Kernkörper einerseits und der Stütze und der Kunststoffstruktur andererseits befindet, die Stütze kontaktiert. Sollte sich die Klebung bzw. die thermische Kontaktierung der Verteilerplatte mit derzeit lösen und/oder die Verteilerplatte im seitlichen Bereich nach unten durchhängen/verbiegen, ist mit der Kunststoffstruktur der unmittelbare Verbleib der Verteilerplatte an dem Kernkörper gewährleistet.
Damit die Ausrichtung und Position der Kunststoffstruktur unveränderlich bleibt und sich diese nicht um die Achse der Stütze verdreht, können die Kunststoffstruktur und die Stütze weiterhin über eine positionierende Formschlussverbindung (z.B. Nut-und-Feder) verbunden sein, welche im Bereich der Öffnung der Kunststoffstruktur bzw. im oberen Bereich der Stütze angeordnet ist. Eine derartige Verteilerplatte kann eine verbesserte Wärmeübertragung und damit eine verbesserte Kühlung der Kernanordnung gewährleisten, wobei selbstverständlich klar ist, dass auch die Verteilerplatte innerhalb des Zentralbereichs angeordnet ist, um insbesondere eine Beeinflussung des Magnetfeldes und damit das Erzeugen von Wirbelstromverlusten zumindest zu minimieren. Zudem ist die Verteilerplatte mit einer Dicke < 2 mm sehr flach und dicht unterhalb der Kernanordnung angeordnet. Auch in diesem Bereich direkt unterhalb und mit Abstand zu den Abstandsbereichen der Kernanordnung ist die Magnetflussdichte im Vergleich zum Bereich zwischen den einzelnen Kernkörpern, als auch in deren Randbereich deutlich herabgesetzt, so dass auch durch den Einsatz elektrisch leitfähiger Materialien für die Verteilerplatte sich sowohl keine großen zusätzlichen Verluste durch Wirbelströme oder Flysterese- Effekte ergeben als auch der Einfluss auf das Magnetfeld sehr gering und somit vernachlässigbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe ist die Verteilerplatte über eine adhäsive Schicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 0,8 W/(m K) und/oder einem Schubmodul von G < 10 MPa mit der Kernanordnung verbunden. Da die adhäsive Schicht, beispielsweise eine Klebstoffschicht, äußerst dünn ist, reicht hier auch eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit l von l > 0,8 W/(m K). Um darüber hinaus unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Kernkörpern, beispielsweise einer Ferritplatte, und der Verteilerplatte ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, die Klebstoffschicht bzw. generell die adhäsive Schicht mit einem Schubmodul G < 10 MPa auszustatten.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Bodenbaugruppe einer induktiven Ladevorrichtung,
Fig. 2 eine stark vereinfachte Darstellung der induktiven Ladevorrichtung mit der Bodenbaugruppe und einem Kraftfahrzeug,
Fig. 3 eine Ansicht von unten auf die Kernanordnung der Bodenbaugruppe, Fig. 4 eine Ansicht von oben auf die Kernanordnung,
Fig. 5 einen Schnitt durch die Bodenbaugruppe im Bereich einer Stütze,
Fig. 6a-h unterschiedliche mögliche Querschnitte der Stützen,
Fig. 7a-o unterschiedliche mögliche Längsschnitte der Stützen,
Fig. 8 eine Detailschnittdarstellung im Bereich einer Anbindung einer
Stütze an die Kernanordnung mit formschlüssiger Anbindung der Stütze an die Grundplatte,
Fig. 9 eine Detailschnittdarstellung im Bereich einer Anbindung einer
Stütze an die Kernanordnung mit kraftschlüssiger Anbindung der Stütze an die Grundplatte,
Fig. 10a-d unterschiedliche Randbereiche unterschiedlicher Verteilerplatten an unterschiedlichen Kernkörpern.
Eine erfindungsgemäße Bodenbaugruppe 1, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 bis 10 gezeigt ist, kommt in einer in Fig. 2 dargestellten Ladevorrichtung 2 zum induktiven Laden eines Kraftfahrzeugs 3 zum Einsatz. Zu diesem Zweck wirkt die Bodenbaugruppe 1 mit einer zugehörigen Baugruppe 4 des Kraftfahrzeugs 3, beispielsweise einer Sekundärspule 28, zusammen. Die Wechselwirkung erfolgt insbesondere durch eine Flachspule 5 der Bodenbaugruppe 1 , welche als Primärspule der Ladevorrichtung 2 dient, und der Sekundärspule 28 der Baugruppe 4 des Kraftfahrzeugs 3. Das Kraftfahrzeug 3 ist zum induktiven Laden mittels der Ladevorrichtung 2 auf einem Untergrund 6 abgestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Bodenbaugruppe 1 versenkt im Untergrund 6 angeordnet, kann aber auch auf diesem angeordnet sein. Die Bodenbaugruppe 1 weist eine insbesondere als Kühlplatte 30 ausgebildete Grundplatte 8 auf. Die Abstandsrichtung 7 verläuft hierbei parallel zu einer Normalen des Untergrunds 6 und insbesondere entlang der Lotrichtung. Entsprechend der Figuren 1 , 5, 8 und 9 ist die Flachspule 5 in Abstandsrichtung 7 zur Grundplatte 8 beabstandet. Die Flachspule 5 umfasst einen spiralförmig gewundenen Leiter 9, der beispielsweise aus Kupfer ausgebildet sein kann. Die Bodenbaugruppe 1 umfasst ferner eine Kernanordnung 10 mit zumindest einem Kernkörper 11. Zudem ist die Kernanordnung 10 in Abstandsrichtung 7 zur Flachspule 5 beabstandet. Hierbei ist die Kernanordnung 10 mit dem zumindest einen Kernkörper 11 zwischen der Grundplatte 8 und der Flachspule 5 angeordnet. Der Kernkörper 11 kann aus einem weichmagnetischen Werkstoff insbesondere aus einem weichmagnetischen Ferrit ausgebildet sein.
Die Kernanordnung 10, insbesondere der zumindest eine Kernkörper 11 , stützt sich beispielsweise direkt auf einer Stütze 15 ab (vgl. Fig. 1). Es kann auch eine als Kunststoffstruktur 12 ausgebildete Haltestruktur 13 zur Fixierung des zumindest einen Kernkörpers 11 , der beispielsweise als Ferritplatte 27 ausgebildet ist, vorgesehen sein. Die Kunststoffstruktur 12 kann dabei über eine jeweilige Formschlussverbindung 19 mit der Stütze 15 verbunden sein. Die Formschlussverbindung 19 selbst kann als Nut- und Feder-Verbindung 21 ausgebildet sein (vgl. Fig. 5), wobei zusätzlich oder alternativ auch denkbar ist, dass die Formschlussverbindung 19 durch einen konischen Kopf 36 der zugehörigen Stütze 15 und eine komplementär dazu ausgebildete konische Öffnung 37 an der Kunststoffstruktur 12 ausgebildet ist.
Die Kunststoffstruktur 12 kann mehrere Kernkörper 11 halten (vgl. auch die Fig. 3 und 4) oder mehrere Kunststoffstrukturen 12 können mehrere Kernkörper 11 halten, wobei jede Kunststoffstruktur 12 z.B. nur einen zugeordneten Kernkörper 11 hält (vgl. Fig. 8, 9). Die Kunststoffstruktur 12 kann vergleichsweise dünnwandig gefertigt werden, sofern sie Rippen 47 aufweist, die die Steifigkeit der Kunststoffstruktur 12 erhöhen. Alternativ kann sie dickwandiger und ohne (Versteifungs-)rippen 47 ausgeführt werden. Optional kann sie auch als Lochplatte ausgeführt werden. Dies spart Material und Gewicht und die Löcher können dazu genutzt werden um (Elektronik-)Bauteile, welche sich unterhalb der Kunststoffstruktur 12 befinden, zu befestigen (einstecken oder einschrauben).
Fig. 3 zeigt eine Ansicht von unten auf die Kernanordnung 10 mit Haltestruktur 13. Dabei sind in Fig. 3 lediglich die Kunststoffstruktur 12 und die Kernanordnung 10 sowie die Kernkörper 11, beispielsweise die Ferritplatten 27, zu sehen. Fig. 4 zeigt eine Draufsicht von oben auf die Kernanordnung 10, wobei die Kernkörper 11 und die Kunststoffstruktur 12 zu sehen sind. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Bodenbaugruppe 1 im Bereich einer Stütze 15.
Wie insbesondere der Figur 3 zu entnehmen ist, weist die Bodenbaugruppe 1 der gezeigten Ausführungsbeispiele rein beispielhaft acht Kernkörper 11 auf, welche quaderförmig und beispielhaft identisch ausgebildet sind. Der jeweilige Kernkörper 11 ist plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich in Breitenrichtung 20 sowie einer quer zur Breitenrichtung 20 und quer zur Abstandsrichtung 7 verlaufenden Längsrichtung 45 plattenförmig.
Wie weiter der Figur 3 zu entnehmen ist, sind an der Kunststoffstruktur 12 zumindest zwei zueinander beabstandete Stützen 15 angebunden. Die Stützen 15 sind hierbei jeweils säulenartig ausgebildet und weisen insbesondere eine Zylinderform auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist zumindest einer der Stützen 15 mit Bezug auf einen zugehörigen Kernkörper 11 mittig des zugehörigen Kernkörpers 11 , das heißt in Breitenrichtung 20 und in Längsrichtung 45 mittig, angeordnet. In Abstandsrichtung 7 gesehen innerhalb des Zentralbereichs 18. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist ferner dem jeweiligen Kernkörper 11 eine einzige solche Stütze 15 zugeordnet, sodass die Kunststoffstruktur 12 entsprechend der Anzahl der Kernkörper 11 insgesamt acht Stützen 15 aufweist. Der jeweilige Kernkörper 11 liegt bevorzugt auf der zugehörigen Stütze 15 auf. Wie insbesondere Fig. 3 ferner zu entnehmen ist, ist die jeweilige Stütze 15 im Querschnitt kleiner als der zugehörige Kernkörper 11. Dabei sind die Stützen 15 in den gezeigten Ausführungsbeispielen entsprechend der identischen Ausbildung der Kernkörper 11 ebenfalls identisch ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass einzelne oder alle Kernkörper 11 und/oder einzelne oder alle Stützen 15 abweichende Ausbildungsformen haben.
Wie insbesondere Fig. 3 entnommen werden kann, weist die Flaltestruktur 13 für den jeweiligen Kernkörper 11 eine Öffnung 34 auf, welche die Unterseite 29 des Kernkörpers 11 fluidisch mit dem unteren Flohlraum 14 verbindet. Somit steht die Luft im unteren Hohlraum 14, insbesondere die durch den unteren Hohlraum 14 strömende Luft, direkt mit der Unterseite 29 in Kontakt und kann den Kernkörper 11 verbessert kühlen. Wie insbesondere der Figur 3 ferner entnommen werden kann, weist die Kunststoffstruktur 12 für die jeweilige Öffnung 34 zumindest eine zugehörige Strebe 35 zur Versteifung und/oder mechanischen Stabilisierung der Haltestruktur 13 im Bereich der Öffnung 34 und der Auflage für die Stütze 15 auf. In den gezeigten Ausführungsbeispielen sind für die jeweilige Öffnung 34 zumindest zwei solche Streben 35 vorgesehen, welche zueinander beabstandet sind. Die jeweilige Strebe 35 erstreckt sich hierbei quer zur Abstandsrichtung 7. In Fig. 3 sind dabei rein beispielhaft für sieben der insgesamt acht Öffnungen 34 vier Streben 35 und für eine der Öffnungen 34 zwei Streben 35 vorgesehen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen stehen hierbei die Streben 35 der jeweiligen Öffnung 34 von dem der zugehörigen Kernanordnung 10 zugehörigen Stütze 15 ab. Die Streben 35 sorgen neben der verbesserten mechanischen Stabilität der Haltestruktur 13 für eine Verwirbelung der durch den unteren Hohlraum 14 strömenden Luft und somit für eine verbesserte Kühlung der Kernkörper 11. Die jeweilige Stütze 15 kann prinzipiell massiv ausgebildet sein (vgl. Fig. 6a). Wobei die Fig. 6a und 6b einen massiven runden oder ovalen Querschnitt zeigen. Entsprechend den Fig. 6c, 6d sind auch Flohlquerschnitte oder entsprechend den Fig. 6e-g Vollquerschnitte mit Hohlkammern entsprechend der Fig. 6h ein in Teilquerschnitte unterteilter Gesamtquerschnitt mit Deckplatte denkbar.
Der zumindest eine Kernkörper 11 ist gemäß den Fig. 5, 8 und 9 auf der von der Grundplatte 8 abgewandten Seite der Haltestruktur 13 angeordnet und durch die Haltestruktur 13 in einer quer zur Abstandsrichtung 7 verlaufenden Ebene positioniert. Eine solche Haltestruktur 13 ist bei der Fig. 1 an einem Litzenträger 51 , der einen unteren Litzenträger 38 und einen oberen Litzenträger 39 umfasst, angeordnet. Der Leiter 9 ist zwischen dem oberen und dem unteren Litzenträger 39, 38 angeordnet ist, wobei der untere Litzenträger 38, zumindest ein Druckpodest 40 aufweist, über welchen sich der Litzenträger 51 auf einem zugehörigen Kernkörper 11 der Kernanordnung 10 abstützt. Das Druckpodest 40 ist dabei bezüglich einer sich in Abstandsrichtung 7 erstreckenden Achse koaxial zur Stütze 15 angeordnet, wodurch es möglich ist, Lasten, beispielsweise von auf der Bodenbaugruppe 1 fahrenden Kraftfahrzeugen 3 ausschließlich als Drucklasten und nicht als Biegelasten in die Kernkörper 11 und von diesen in die Stützen 15 einzuleiten. Da Ferrit sehr druckstabil ist, kann ein solcher Kernkörper 11 eine reine Druckbelastung sehr gut aufnehmen. Hierdurch ist eine weitere Haltestruktur 13 zwar möglich, aber nicht wie bislang erforderlich, sodass auch ein direkter abstützender und wärmeableitender Kontakt zwischen dem Kernkörper 11 und der Stütze 15 möglich wird. Um das Druckpodest 40 herum ist der untere Litzenträger 38 von dem Kernkörper 11 abgesetzt, das heißt beabstandet, sodass eine Lasteinleitung in den Kernkörper 11 ausschließlich über die Druckpodeste 40 erfolgt. Hierdurch können die mechanische Belastbarkeit und die Ladeleistung der Bodenbaugruppe 1 deutlich gesteigert werden. Vom unteren Litzenträger 39 können Abstandselemente 46 in Richtung der Kernkörper 11 abstehen, die eine Positionierung der Kernkörper 11 quer zur Abstandsrichtung 7 ermöglichen.
Der Kernkörper 11 weist ferner einen Zentralbereich 18 und zumindest einen Randbereich 22 auf (vgl. Fig.1 , 4, 5, 8 und 9). Zwischen der Haltestruktur 13 und der Grundplatte 8 ist ein unterer Hohlraum 14 vorgesehen, durch den ein Luftströmungspfad 26 führen kann und/oder in dem zumindest ein elektronisches Bauteil angeordnet ist. Die zumindest eine Stütze 15 erstreckt sich in Abstandsrichtung 7 durch den unteren Hohlraum 14. Zumindest einer dieser Stützen 15 ist dabei als Wärmeleitelement 31 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit l von l > 5 W/(m K) ausgebildet und quer zur Abstandsrichtung 7 innerhalb des Zentralbereichs 18 eines zugehörigen Kernkörpers 11 angeordnet und verbindet diesen und die Grundplatte 8 wärmeübertragend. Dies bietet den großen Vorteil, dass über die als Wärmeleitelemente 31 ausgebildeten Stützen 15 sowohl die Kernanordnung 10, die Flachspule 5 mit deren Leiter 9 als auch die Kernkörper 11 , beispielsweise die Ferritplatten 27, wärmeübertragend mit der als Kühlplatte 30 ausgebildeten Grundplatte 8 verbunden und darüber effektiv gekühlt werden können. Durch die Kontaktierung der Stützen 15 im zugehörigen Zentralbereich 18 mit dem zugehörigen Kernkörper 11 ist zudem eine Beeinflussung des durch die Flachspule 5 erzeugen Magnetfeldes und insbesondere einer magnetischen Flussdichte minimal, so dass für die erfindungsgemäß als Wärmeleitelemente 31 ausgebildeten Stützen 15 sogar metallische Werkstoffe in Betracht kommen.
Die Stütze 15 füllt den unteren Hohlraum 14 lediglich teilweise aus, sodass ein Strömungsraum 16 für ein Fluid, in den gezeigten Ausführungsbeispielen für Luft, verbleibt, wodurch die Kernanordnung 10 über die Luft Wärme an die Grundplatte 8 abgeben und eine Kühlung der Kernanordnung 10 und der Flachspule 5 verbessert und folglich die Effizienz der Bodenbaugruppe 1 erhöht werden können. Somit ist es auch möglich, die Bodenbaugruppe 1 mit hohen Leistungen von insbesondere mehreren kW zu betreiben und folglich das zu ladende Kraftfahrzeug 3 schneller zu laden bzw. kein Derating in irgendeinem Betriebspunkt zu verursachen.
In den Fig. 7a) bis 7o) sind nun einzelne Formen der Stützen 15 dargestellt. Die einfachste ist in Fig. 7a) als Zylinder gezeigt. Gemäß Fig. 7b ist die Zylinderform der Stütze 15 im Übergang zum Kernkörper 11 abgerundet. Die Fig. 7c) und 7d) beschreiben eine kegelstumpfartige Form der Stütze 15. In den Fig. 7e) bis 7g) sind ebenfalls zylinderartige Formen dargestellt mit jeweils einer Stufe, einem Ringwulst oder einer Ringnut. In den Fig. 7h) bis 7o) sind hohle bzw. keine massiven Stützen 15 gezeigt.
In Fig. 8 ist eine Variante der Bodenbaugruppe 1 gezeigt, bei der die Stütze 15 formschlüssig thermisch an die Grundplatte 8 angebunden ist. An die Grundplatte 8 ist dabei ein Gewindering 48 über eine thermisch und mechanisch effektive Verbindung 52 angebunden, der mit der zugehörigen Stütze 15 verschraubt ist.
Die Verbindung 52 kann dabei als Lötung, Klebung oder als andere geeignete stoffschlüssige Verbindung ausgeführt sein. Ebenfalls ist es denkbar, dass der Gewindering 48 über einen Biegeprozess als integraler Bestandteil an die Grundplatte 8 angeformt ist. Der Gewindering 48 ist mit einem Außengewinde 53 versehen. Ein Innengewinde 54 an der Innenoberfläche der Stütze 15 greift bei der Verschraubung in das Außengewinde 53 des Gewinderinges 48 und verbindet so die Stütze 15 mit dem Gewindering 48 und damit mit der Grundplatte 8. Über diese Verbindung kann zudem die Einschraubtiefe in Abstandsrichtung 7 an individuelle Gegebenheiten (z.B. Toleranzen) angepasst werden und somit eine toleranzfreie oder zumindest toleranzarme Position der oberen Fläche der Stütze 15 sichergestellt werden. Der Gewindegang zwischen Außengewinde 53 des Gewinderings 48 und Innengewinde 54 der Stütze 15 kann dabei mit einem thermischen Interfacematerial 55, z.B. einer Wärmeleitpaste oder einem Thermoöl, gefüllt sein, um den Wärmeübergang zu verbessern. Als thermisches Interfacematerial kann auch ein wärmeleitender Klebstoff verwendet werden, welcher nach Aushärtung eine Lagesicherung zwischen dem Gewindering 48 und der Stütze 15 darstellt. Die Stütze 15 kann eine stufige Querschnittsveränderung und ein zentrales Innengewinde zur Verschraubung mit dem Gewindering 48 aufweisen. Hierdurch kann die Stütze 15 in Abstandsrichtung 7 zur Grundplatte 8 und quer dazu fixiert werden.
In Fig. 9 ist der Aufbau ähnlich, jedoch ist das zentrale Innengewinde 54 an der Stütze 15 kleiner und zum Einschrauben einer Schraube 49 vorgesehen, über welche eine kraftschlüssige Anbindung der Stütze 15 an die Grundplatte 8 erfolgen kann. Dazu durchdringt die Schraube 49 die Grundplatte 8 derart, dass eine fluidische Verbindung zwischen Umgebung und dem Innenraum 14 entsteht. Um Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung in den Innenraum 14 zu unterbinden, kann zwischen Stütze 15 und Grundplatte 8 koaxial zur Schraube 49 eine Ringdichtung 57 eingebracht sein. Weiterhin kann zur Verbesserung des thermischen Übergangs zwischen Stütze 15 und Grundplatte 8 in den Zwischenraum zwischen Stütze 15 und Grundplatte 8 ein thermisches Interfacematerial 56, z.B. eine Wärmeleitpaste, ein Thermoöl oder eine Graphitfolie eingebracht sein.
Zweckmäßig ist zwischen der zumindest einen Stütze 15 und der Kernanordnung 10 bzw. der Haltestruktur 13 eine Verteilerplatte 23 angeordnet. Eine derartige Verteilerplatte 23 kann eine verbesserte Wärmeübertragung und damit eine verbesserte Kühlung der Kernanordnung 10 gewährleisten, wobei selbstverständlich klar ist, dass auch die Verteilerplatte 23 innerhalb des Zentralbereichs 18 angeordnet ist, um insbesondere eine Beeinflussung des Magnetfeldes und damit das Erzeugen von Wirbelstromverlusten zumindest zu minimieren. Da die Verteilerplatte 23 mit einer Dicke < 2 mm sehr flach und nah unterhalb der Kernanordnung 10 angeordnet ist, kann der zur Verteilerplatte 23 zugehörige Zentralbereich 18a größer und der zur Verteilerplatte 23 zugehörige Randbereich 22a kleiner sein als der zur Stütze 15 zugehörige Zentralbereich 18 bzw. Randbereich 22, ohne dass nicht zu tolerierende große zusätzlichen Verluste durch Wirbelströme oder Hysterese-Effekte in einem elektrisch leitfähigen Material der Verteilerplatte 23 entstehen (vgl. Fig. 10b).
Die Verteilerplatte 23 kann darüber hinaus über eine adhäsive Schicht 24 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 0,8 W/(m K) und/oder einem Schubmodul von G < 10 MPa mit der Kernanordnung 10 verbunden sein. Da die adhäsive Schicht 24, beispielsweise eine Klebstoffschicht, äußerst dünn ist und über eine große Anbindungsfläche zur Kernanordnung 10 verfügt, reicht hier auch eine reduzierte Wärmeleitfähigkeit l von l > 0,8 W/(m K). Um darüber hinaus unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Kernkörpern 11 , beispielsweise einer Ferritplatte 27 und der Verteilerplatte 23 ausgleichen zu können, ist es vorteilhaft, die Klebstoffschicht bzw. generell die adhäsive Schicht 24 mit einem Schubmodul G < 10 MPa auszustatten. Die adhäsive Schicht 24, kann selbstverständlich auch direkt zwischen der Stütze 15 und dem Kernkörper 11 vorgesehen werden, sofern beispielsweise keine Verteilerplatte 23 vorgesehen ist. Ebenso kann eine zusätzliche adhäsive Schicht 24a bei vorhandener Verteilerplatte 23 auch zwischen der Verteilerplatte 23 und der Stütze 15 vorgesehen sein.
Eine Dicke der Verteilerplatte 23 bzw. der Verteilerschicht 23a liegt im Bereich von 0,2 bis 2,0 mm. Die zumindest eine Verteilerplatte 23 kann dabei neben einer Vergrößerung der wärmeübertragenden Kontaktfläche zwischen Kernkörper 11 und Stütze 15 auch eine Abstützfunktion erfüllen. Auch kann bei elektrisch leitender Verteilerplatte 23 noch eine Isolierschicht 58 zwischen dieser und dem Kernkörper 11 und/oder zwischen dieser und der Stütze 15 vorgesehen werden. Entsprechend den Fig. 8 und 9 ist zudem eine Konsole 50 vorgesehen, über welche eine Abstützung des Kernkörpers 11 erfolgt. In diesem Fall sind die Abstandselemente 46 zur Positionierung des zugehörigen Kernkörpers 11 an der Konsole 50 angeordnet, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet. Die Verteilerplatte 23 kann in den Fig. 8 und 9 als Verteilerschicht 23a ausgebildet sein, beispielsweise als Metallfolie, als Blech oder als thermische Interface- Material.
Die Verteilerschicht 23a besitzt eine laterale Wärmeleitfähigkeit l > 20 W/(m K), bevorzugt l > 50W/(m K), besonders bevorzugt l > 100 W/(m K)). Eine solche Verteilerschicht 23a kann z.B. aus Graphit bestehen, also eine Graphitfolie sein. Eine solche Graphitfolie zeichnet sich aufgrund der Fierstellung durch eine anisotrope thermische Leitfähigkeit aus, welche in Dickenrichtung 5 W/(m K) < l < 10 W/(m K) und in lateraler Richtung l > 100 W/(m K) besitzt. Durch diese hohe laterale thermische Leitfähigkeit kann die Wärme sehr gut aus den Randbereichen des Kernkörpers 11 zur Stütze 15 geleitet werden, wodurch die Temperaturverteilung im Kernkörper 11 im Betrieb homogenisiert und das Risiko thermo-mechanischen Versagens reduziert wird. Alternativ kann auch ein Blech aus einem thermisch leitfähigen Material (z.B. Aluminium, Kupfer) verwendet werden. Da diese Materialien eine elektrische Leitfähigkeit besitzen, welche zu einer Interaktion mit einem magnetischen Wechselfeld führt, ist darauf zu achten, dass eine solche elektrisch leitfähige Verteilerschicht 23a bzw. eine solche Verteilerplatte 23 in einem Bereich, nämlich dem Zentralbereich 18 oder einem größeren Zentralbereich 18a, eingesetzt wird, in welchem die vorhandene Feldstärke ausreichend gering ist (z.B. < 1 mT), um eine signifikante Beeinflussung des magnetischen Feldes und damit verbundene Verluste zu vermeiden. Eine solche Position ist z.B. direkt unterhalb der Kernkörper 11 gegeben, wenn der Außenrand 43 der Verteilerschicht 23a bzw. Verteilerplatte 23 gegenüber dem Rand des magnetischen Leiters, das heißt dem Kernkörper 11 , ausreichend zurückgesetzt ist (z.B. 5 ... 25 mm). Der Abstand ist mit der Stärke des magnetischen Streufeldes am Ferritrand abzustimmen und kann innerhalb eines Kernkörpers 11 über den Umfang variieren oder ggf. ganz entfallen.
Gemäß den Fig. 10a bis d sind die magnetischen Feldlinien mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet, wodurch klar erkennbar ist, dass im Bereich der Stützen 15 die magnetischen Feldlinien 32 direkt am oder im Kernkörper 11 verlaufen und dadurch selbst bei der Verwendung einer metallischen Stütze 15 nicht gestört werden, wodurch keine Wirbelströme oder Hystereseverluste entstehen. Der jeweilige Randbereich 22 ist in unterschiedlichen Richtungen und auch bezüglich unterschiedlicher Orientierungen der Kernkörper 11 unterschiedlich groß, wobei erkennbar ist, dass die magnetischen Feldlinien 32 schon kurz neben einem seitlichen Rand 33 des Kernkörpers 11 , beispielsweise der Ferritplatte 27, im oder nahe am Kernkörper 11 verlaufen und das magnetische Feld dadurch stark abnimmt, so dass die Stütze 15 nicht unbedingt mittig quer zur Abstandsrichtung 7 am jeweiligen Kernkörper 11 angeordnet werden muss, sondern der Zentralbereich 18 eine gewisse Größe (vgl. Fig. 4) aufweist und dadurch eine individuelle Verschiebung der Stütze 15 erlaubt.
Da bekannt ist, dass insbesondere scharfkantige elektrische leitende und magnetische Feldlinien 32 durchdringende Geometrien besonders hohe Verluste durch Wirbelströme und Hysterese-Effekt erzeugen, kann ein Außenrand 43 zumindest einer Verteilerplatte 23 kann auch eine Fase 44 aufweisen oder abgerundet ausgebildet sein. In Fig. 10a ist der Außenrand 43 der Verteilerplatte 23 scharfkantig, wodurch magnetischen Feldlinien 32 durch den Außenrand 43 verlaufen. In Fig. 10b weist der Außenrand 43 eine Fase 44 und in Fig. 10c zwei Fasen 44 auf. In Fig. 10d ist der Außenrand abgerundet, wodurch der Magnetfluss um die Verteilerplatte 23 möglichst stromlinienförmig gestaltet werden kann. Dadurch können Verluste vermieden werden, die sich an einspringenden scharfen Kanten konzentrieren können. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Bodenbaugruppe 1 eine Deckplatte 17 auf. Zwischen der Deckplatte 17 und dem oberen Litzenträger 39 sind Hohlräume 41 vorgesehen, in denen beispielsweise eine Platine 42 angeordnet sein kann. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Grundplatte 8 als eine Kühlplatte 30 ausgebildet, durch welche Kühlkanäle 25 für ein Kühlmittel verlaufen. Das Kühlmittel kühlt im Betrieb die Grundplatte 8 aktiv. Die aktive gekühlte Grundplatte 8 kühlt über die Stützen 15 die Kernanordnung 10 bzw. die Kernkörper 11 und die Flachspule 5 und zusätzlich die Luft und folglich über die Luft wiederum die Flachspule 5 und die Kernanordnung 10. Die Grundplatte 8 ist hierbei vorteilhaft aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere Aluminium, hergestellt, um die Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel, Grundplatte 8 und Luft zu verbessern. Durch die beabstandete Anordnung der Grundplatte 8 zur Flachspule 5 und Kernanordnung 10 wird eine magnetische bzw. elektromagnetische Wechselwirkung der Grundplatte 8 mit der Flachspule 5 und der Kernanordnung 10 minimiert oder zumindest reduziert. Der Abstand der Grundplatte 8 zu Kernkörper 11 kann zwischen 20 und 80 mm liegen. Durch die Herstellung der Grundplatte 8 aus einem Metall oder einer Metalllegierung erfolgt zugleich eine elektromagnetische Abschirmung der Bodenbaugruppe 1.
Die Stütze 15 ist vorzugsweise mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 500 mm2K/W, insbesondere mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 300 mm2K/W und besonders bevorzugt mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 100 mm2K/W, mit dem zugehörigen Kernkörper 11 und der Grundplatte (8) wärmeleitend verbunden. Hierbei kann insbesondere ein Verlöten oder ein Verkleben zum Einsatz kommen, welches zum einen eine mechanische Anbindung und zum anderen eine wärmeübertragende Anbindung ermöglicht. Zusätzlich oder alternativ weist die zumindest eine Stütze 15 einen Wärmeleitwiderstand Rth zwischen einer Anbindungsfläche zum Kernkörper 11 und einer Anbindungsfläche zur Grundplatte 8 von Rth < 0,5 K/W, bevorzugt Rth < 0,3 K/W, besonders bevorzugt von Rth < 0,1 K/W auf. Mit der erfindungsgemäßen Bodenbaugruppe 1 lassen sich mehrere Vorteile erzielen:
- verbesserte Entwärmung und Belastung der Kernkörper 11 und dadurch hohe Lebensdauer und geringes Bruchrisiko, derselben,
- keine zusätzlichen aktiven Komponenten zur Verbesserung des Wärmetransportes, insbesondere keine Luftströmung,
- dünner Aufbau der thermischen Anbindung durch Verwendung wärmeleitender Stützen 15, insbesondere aus Metall,
- freier Bauraum für Elektronik-Komponenten inkl. Befestigungsmöglichkeiten für Elektronikkomponenten,
- einfacher und kostengünstiger Aufbau,
- flexibel an Leistungsklasse und Umgebungsbedingungen anpassbar,
- Funktionsintegration von Elektromagnetik - Elektronik - Thermik - Mechanik.
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Claims

Ansprüche
1. Bodenbaugruppe (1 ) für eine induktive Ladevorrichtung (2) zum induktiven
Laden eines auf einem Untergrund (6) abgestellten Kraftfahrzeugs (3),
- mit einer insbesondere als Kühlplatte (30) ausgebildeten Grundplatte (8), die sich quer zu einer Abstandsrichtung (7) plattenförmig erstreckt,
- mit zumindest einer Flachspule (5), die einen spiralförmig gewundenen Leiter (9) aufweist und in Abstandsrichtung (7) zur Grundplatte (8) beabstandet ist,
- mit einer Kernanordnung (10) zur Magnetflussführung, die in Abstandsrichtung (7) zur Grundplatte (8) und zur Flachspule (5) beabstandet und zwischen der Grundplatte (8) und dem Leiter (9) angeordnet ist,
- wobei die Kernanordnung (10) zumindest einen Kernkörper (11) aufweist, der sich quer zur Abstandsrichtung (7) plattenförmig erstreckt und einen Zentralbereich (18) und zumindest einen Randbereich (22) aufweist,
- wobei zwischen dem zumindest einen Kernkörper (11 ) und der Grundplatte (8) ein unterer Hohlraum (14) ausgebildet ist,
- wobei zwischen zumindest einem Kernkörper (11) und der Grundplatte (8) zumindest eine Stütze (15) vorgesehen ist, die sich in Abstandsrichtung (7) durch den unteren Hohlraum (14) erstreckt,
- wobei zumindest eine Stütze (15) als Wärmeleitelement (31) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 5 W/(m K) ausgebildet und quer zur Abstandsrichtung (7) innerhalb des Zentralbereichs (18) eines zugehörigen Kernkörpers (11) angeordnet ist und diesen und die Grundplatte (8) wärmeübertragend verbindet,
- wobei die Flachspule (5) einen Litzenträger (51) aufweist, der zumindest einen koaxial zu einer zugehörigen Stütze (15) angeordneten Druckpodest (40) aufweist, über welchen der Litzenträger (51) auf einem zugehörigen Kernkörper (11) der Kernanordnung (10) aufliegt.
2. Bodenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stütze (15) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit l > 10 W/(m K), vorzugsweise einer Wärmeleitfähigkeit l > 50 W/(m K), ausgebildet ist.
3. Bodenbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Grundplatte (8) zumindest einen Kühlkanal (25) für ein Kühlmittel aufweist, und/oder
- dass die Grundplatte (8) zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
4. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die zumindest eine Stütze (15) zumindest teilweise aus Grafit oder aus Keramik, insbesondere aus Aluminiumnitrid oder Aluminiumsilizid, ausgebildet ist, oder
- dass die zumindest eine Stütze (15) zumindest teilweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet ist.
5. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Stütze (15) mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 500 mm2K/W, insbesondere mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 300 mm2K/W und besonders bevorzugt mit einem Wärmedurchlasswiderstand RT < 100 mm2K/W, mit dem zugehörigen Kernkörper (11) und der Grundplatte (8) wärmeleitend verbunden ist, und/oder
- dass die zumindest eine Stütze (15) einen Wärmeleitwiderstand Rth zwischen einer Anbindungsfläche zum Kernkörper (11) und einer Anbindungsfläche zur Grundplatte (8) von Rth < 0,5 K/W, bevorzugt Rth < 0,3 K/W, besonders bevorzugt von Rth < 0,1 K/W aufweist.
6. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Kunststoffstruktur (12) ausgebildete Haltestruktur (13) zur Fixierung des zumindest einen Kernkörpers (11) vorgesehen ist, wobei die Kunststoffstruktur (12) über eine jeweilige Formschlussverbindung (19) mit der Stütze (15) verbunden ist.
7. Bodenbaugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Formschlussverbindung (19) als Nut- und Feder-Verbindung (21) ausgebildet ist, und/oder
- dass die Formschlussverbindung (19) durch einen konischen Kopf (36) der zugehörigen Stütze (15) und eine komplementär dazu ausgebildete konische Öffnung (37) an der Kunststoffstruktur (12) gebildet ist.
8. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einer Stütze (15) und dem zugehörigen Kernkörper (11) eine Verteilerplatte (23) angeordnet ist.
9. Bodenbaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (23) über eine adhäsive Schicht (24) aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von l > 0,8 W/(m K) und/oder einem Schubmodul von G < 10 MPa mit dem Kernkörper (11) verbunden ist.
10. Bodenbaugruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenrand (43) zumindest einer Verteilerplatte (23) eine Fase (44) aufweist oder abgerundet ausgebildet ist.
11. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass durch den unteren Hohlraum (14) ein Luftströmungspfad (26) führt und/oder
- dass in dem unteren Hohlraum (14) zumindest ein elektronisches Bauteil angeordnet ist.
12. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Bodenbaugruppe (1 ) auf der von der Grundplatte (8) abgewandten Seite der Flachspule (5) und in Abstandsrichtung (7) zu dieser (9) beabstandet eine Deckplatte (17) aufweist,
- dass zwischen der Flachspule (5) und der Deckplatte (17) eine Platine (42) angeordnet ist.
13. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stütze (15) im Querschnitt, kreisförmig, oval, sternförmig, rechteckig mit oder ohne abgerundeten Ecken oder spiralförmig ausgebildet ist.
14. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Stütze (15) eine Länge L in Abstandsrichtung (7) von 20 mm < L < 80 mm aufweist.
15. Bodenbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Litzenträger (51) einen unteren Litzenträger (38) und einen oberen Litzenträger (39) aufweist, wobei der Leiter (9) zwischen dem unteren und dem oberen Litzenträger (38, 39) angeordnet ist und wobei der Druckpodest (40) am unteren Litzenträger (38) angeordnet ist.
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