Title:
Spuleneinheit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
Kind Code:
A1
Abstract:

Bei einer Spuleneinheit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie, mit einer Abdeckung, einem Träger und einer zwischen der Abdeckung und dem Träger angeordneten Spule, wobei die Abdeckung im Betrieb der Vorrichtung einer anderen Spuleneinheit zugewandt und der Träger dieser abgewandt ist, ist zwischen der Abdeckung und dem Träger mindestens ein Stützkörper angeordnet, welcher die Abdeckung mechanisch auf dem Träger abstützt. Es wird zwischen der Abdeckung und dem Stützkörper durch Vorsprünge an der Abdeckung und/oder an dem Stützkörper, an welchen die Abdeckung auf dem Stützkörper aufliegt, mindestens ein Hohlraum geschaffen und/oder es wird zwischen dem Träger und dem Stützkörper durch Vorsprünge an dem Stützkörper und/oder an dem Träger, an welchen der Stützkörper auf dem Träger aufliegt, mindestens ein Hohlraum geschaffen. In einem solchen Hohlraum können Sensoren oder Elemente zur magnetischen Flussführung vor mechanischer Belastung geschützt angeordnet werden.



Inventors:
Cordes, Felix (79111, Freiburg, DE)
Endler, Niklas (79739, Schwörstadt, DE)
Application Number:
DE102016103042A
Publication Date:
08/24/2017
Filing Date:
02/22/2016
Assignee:
IPT Technology GmbH, 79588 (DE)
Foreign References:
GB2505516A2014-03-05
201202614822012-10-18
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Charrier Rapp & Liebau, 86150, Augsburg, DE
Claims:
1. Spuleneinheit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie, mit einer Abdeckung (2), einem Träger (3) und einer zwischen der Abdeckung (2) und dem Träger (3) angeordneten Spule, wobei die Abdeckung (2) im Betrieb der Vorrichtung einer anderen Spuleneinheit zugewandt und der Träger (3) dieser abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckung (2) und dem Träger (3) mindestens ein Stützkörper (4) angeordnet ist, welcher die Abdeckung (2) mechanisch auf dem Träger (3) abstützt, und dass zwischen der Abdeckung (2) und dem Stützkörper (4) durch Vorsprünge (8) an der Abdeckung (2) und/oder an dem Stützkörper (4), an welchen die Abdeckung (2) auf dem Stützkörper (4) aufliegt, mindestens ein Hohlraum (9) geschaffen wird, und/oder dass zwischen dem Träger (3) und dem Stützkörper (4) durch Vorsprünge (14) an dem Stützkörper (4) und/oder an dem Träger (3), an welchen der Stützkörper (4) auf dem Träger (3) aufliegt, mindestens ein Hohlraum (15) geschaffen wird.

2. Spuleneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Primärspuleneinheit (1) einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug ist, dass die Spule die Primärspule (17) der Ladestation ist, und dass die andere Spuleneinheit die Sekundärspuleneinheit des Elektrofahrzeugs ist.

3. Spuleneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (8; 14) einteilig mit dem Stützkörper (4) und/oder der Abdeckung (2) und/oder dem Träger (3) ausgebildet sind.

4. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von einzelnen, voneinander separaten Vorsprüngen (8; 15) vorgesehen ist.

5. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (8; 14) sich symmetrisch zu einer senkrecht zur Oberfläche der Abdeckung (2) und/oder des Stützkörpers (4) und/oder des Trägers (3) stehenden Achse erstrecken und eine parallel zur Querschnittsfläche der Spuleneinheit liegende Endfläche sowie eine abgerundete Querschnittsform ohne Ecken haben.

6. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens ein Hohlraum (9; 15) durch Vorsprünge (8; 14) sowohl zwischen der Abdeckung (2) und dem Stützkörper (4), als auch zwischen dem Stützkörper (4) und dem Träger (3) geschaffen wird, und dass zu jedem Vorsprung (8) zwischen der Abdeckung (2) und dem Stützkörper (4) an der gleichen lateralen Position ein Vorsprung (14) zwischen dem Stützkörper (4) und dem Träger (3) vorgesehen ist.

7. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (8; 14) nur an dem Stützkörper (4) ausgebildet sind.

8. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlraum (9) durch Vorsprünge (8) zwischen der Abdeckung (2) und dem Stützkörper (4) geschaffen wird, und dass in diesem Hohlraum (9) Näherungssensoren zur Detektion eines an der Abdeckung (2) anliegenden Objekts angeordnet sind.

9. Spuleneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Näherungssensoren induktive Sensoren in Form von Messspulen (10) sind, die in einer regelmäßigen Anordnung lateral über die Spuleneinheit verteilt angeordnet sind.

10. Spuleneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspulen (10) zwischen Vorsprüngen (8) und/oder jeweils einen Vorsprung (8) umgebend angeordnet sind, und dass die Messspulen (10) durch die Vorsprünge (8) in lateraler Richtung mechanisch fixiert werden.

11. Spuleneinheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lagen (10A; 10B) von Messspulen (10) übereinander angeordnet sind, und dass die Messspulen (10) einer Lage (10A) ausschließlich zwischen Vorsprüngen (8) und die Messspulen (10) der anderen Lage (10B) ausschließlich jeweils einen Vorsprung (8) umgebend angeordnet sind, und dass die zwei Lagen (10A; 10B) lateral so gegeneinander versetzt sind, dass die Messspulen (10) einer Lage (10A; 10B) von den Messpulen (10) der jeweils anderen Lage (10B; 10A) nicht abgedeckte Zwischenräume abdecken.

12. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlraum (15) durch Vorsprünge (14) zwischen dem Stützkörper (4) und dem Träger (3) geschaffen wird, und dass in diesem Hohlraum (15) Flussführungselemente (16) in Form von Platten eines Materials hoher magnetischer Permeabilität angeordnet sind.

13. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlraum (15) durch Vorsprünge (14) zwischen dem Stützkörper (4) und dem Träger (3) geschaffen wird, und dass sich von diesem Hohlraum (15) ausgehend Nuten (18) in dem Stützkörper (4) ausgebildet sind, in denen Windungen der zur Energieübertragung vorgesehenen Spule verlegt sind.

14. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein zwischen der Abdeckung (2) und dem Stützkörper (4) durch Vorsprünge (8) geschaffener Hohlraum (9) durch mindestens einen am Rand des Stützkörpers (4) und/oder der Abdeckung (2) umlaufenden Steg (5, 6) nach außen abgeschlossen wird und/oder ein zwischen dem Stützkörper (4) und dem Träger (3) durch Vorsprünge (14) geschaffener Hohlraum (15) durch mindestens einen am Rand des Stützkörpers (4) und/oder des Trägers (3) umlaufenden Steg (11, 12) nach außen abgeschlossen wird.

15. Spuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (4) einteilig ausgebildet ist und aus einem faserverstärkten Duroplast besteht.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Vorrichtungen werden insbesondere zum induktiven Laden einer in einem Elektrofahrzeug eingebauten, wiederaufladbaren Batterie eingesetzt. In diesem Fall ist an einer Ladestation eine Primärspuleneinheit vorgesehen, der zum Laden der Fahrzeugbatterie eine an dem Fahrzeug angeordnete Sekundärspuleneinheit soweit angenähert wird, dass eine induktive Energieübertragung von einer in der Primärspuleneinheit enthaltenen Primärspule zu einer in der Sekundärspuleneinheit enthaltenen Sekundärspule ermöglicht wird. Üblicherweise ist die Primärspuleneinheit einer Ladestation auf dem Boden einer Fahrzeugabstellfläche angeordnet oder in den Boden eingelassen und die Sekundärspuleneinheit ist an der Unterseite eines Elektrofahrzeugs angebracht.

Insbesondere die Primärspuleneinheit einer Ladestation kann einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt sein, wenn ein Fahrzeug beim Anfahren oder Verlassen der Ladestation versehentlich mit einem Rad auf oder über sie fährt. Dies darf nicht zu einer Beschädigung oder gar Zerstörung der Primärspuleneinheit führen. Obgleich die Sekundärspuleneinheit eines Elektrofahrzeugs potenziell weniger gefährdet ist, mechanisch belastet zu werden, ist auch dies nicht ausgeschlossen, beispielsweise beim Überfahren einer Bodenunebenheit oder eines auf einer Fahrbahn liegenden Objekts. Weder die Spule einer Spuleneinheit, noch Sensoren, die in einer Spuleneinheit zu deren Überwachung angeordnet sein können, noch Ferritkörper, die in einer Spuleneinheit üblicherweise zur magnetischen Flussführung enthalten sind, sind dazu ausgelegt, hohen mechanischen Belastungen standzuhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, elektrische und/oder magnetische Komponenten einer Spuleneinheit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie wirksam vor mechanischer Belastung zu schützen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spuleneinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer erfindungsgemäßen Spuleneinheit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie, mit einer Abdeckung, einem Träger und einer zwischen der Abdeckung und dem Träger angeordneten Spule, wobei die Abdeckung im Betrieb der Vorrichtung einer anderen Spuleneinheit zugewandt und der Träger dieser abgewandt ist, ist zwischen der Abdeckung und dem Träger mindestens ein Stützkörper angeordnet, welcher die Abdeckung mechanisch auf dem Träger abstützt. Hierzu wird zwischen der Abdeckung und dem Stützkörper durch Vorsprünge an der Abdeckung und/oder an dem Stützkörper, an welchen die Abdeckung auf dem Stützkörper aufliegt, mindestens ein Hohlraum geschaffen und/oder es wird zwischen dem Träger und dem Stützkörper durch Vorsprünge an dem Stützkörper und/oder an dem Träger, an welchen der Stützkörper auf dem Träger aufliegt, mindestens ein Hohlraum geschaffen.

In solchen Hohlräumen können an der Oberseite einer Spuleneinheit, d.h. unterhalb der Abdeckung, Sensoren zur Detektion eines leitfähigen Fremdkörpers auf der Abdeckung bzw. an der Unterseite einer Spuleneinheit, d.h. oberhalb des Trägers Elemente zur Führung des magnetischen Flusses vor mechanischer Belastung geschützt angeordnet werden. Eine mechanische Belastbarkeit der Sensoren bzw. der Flussführungselemente ist dann nicht mehr nötig. Im Vergleich zu einem dosenförmigen Gehäuse, bei dem ausschließlich vertikale Außenwände eine obere Abdeckung tragen und eine auf diese wirkende äußere Kraft nach unten auf einen Boden übertragen müssen, ermöglicht die erfindungsgemäße Verwendung eines Stützkörpers mit durch Vorsprünge geschaffenen Hohlräumen bei gleicher mechanischer Stabilität eine wesentlich kompaktere und leichtere Bauweise.

Obgleich die Erfindung auch bei anderen Vorrichtungen zur induktiven Übertragung elektrischer Energie anwendbar ist, ist ihre Anwendung auf die Primärspuleneinheit einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug von besonderem Vorteil, da eine solche einer relativ hohen mechanische Belastung durch ein Rad eines Fahrzeugs ausgesetzt sein kann.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Vorsprünge einteilig mit dem Stützkörper und/oder der Abdeckung und/oder dem Träger ausgebildet sind, da dies im Vergleich zu einer Realisierung der Vorsprünge durch Befestigung separater Teile, die grundsätzlich auch möglich wäre, die Herstellung des jeweiligen Teils, an dem Vorsprünge vorgesehen sind, vereinfacht. Bevorzugt ist eine Vielzahl von einzelnen, voneinander separaten Vorsprüngen vorgesehen, durch die ein einziger zusammenhängender Hohlraum geschaffen wird, durch den die Vorsprünge nur hindurchragen, ohne ihn in mehrere Teile zu unterteilen, da ein solcher zusammenhängender Hohlraum für die Anordnung von Sensoren und/oder Flussführungselementen maximale Entwurfsfreiheit bietet.

Die Vorsprünge erstrecken sich vorzugsweise symmetrisch zu einer senkrecht zur Oberfläche der Abdeckung und/oder des Stützkörpers und/oder des Trägers stehenden Achse und haben eine parallel zur Querschnittsfläche der Spuleneinheit liegende Endfläche. Hierdurch sind eine flächige Kraftübertragung und ein axialer Kraftfluss gewährleistet. Des weiteren haben die Vorsprünge bevorzugt eine abgerundete Querschnittsform ohne Ecken, wodurch das Auftreten von punktuellen Kraftspitzen verhindert wird.

Wenn jeweils mindestens ein Hohlraum durch Vorsprünge sowohl zwischen der Abdeckung und dem Stützkörper, als auch zwischen dem Stützkörper und dem Träger geschaffen wird, ist es besonders vorteilhaft, wenn zu jedem Vorsprung zwischen der Abdeckung und dem Stützkörper an der gleichen lateralen Position ein Vorsprung zwischen dem Stützkörper und dem Träger vorgesehen ist. Dies sorgt für einen Kraftfluss in gerader Richtung von der Abdeckung über einen ersten Vorsprung, den Hauptteil des Stützkörpers und einen zweiten, mit dem ersten fluchtenden Vorsprung zu dem Träger mit nahezu reiner Druckspannung und weitgehend ohne Biege- und Schubspannungen. Zweckmäßig ist es besonders in diesem Fall, wenn die Vorsprünge nur an dem Stützkörper ausgebildet sind, da dann nur dieser entsprechend geformt werden muss und die Abdeckung und der Träger ebene Oberflächen haben können.

Wenn mindestens ein Hohlraum durch Vorsprünge zwischen der Abdeckung und dem Stützkörper geschaffen wird, dann eignet sich dieser besonders zur Anordnung von Näherungssensoren zur Detektion eines an der Abdeckung anliegenden Objekts. Insbesondere eignen sich zur Detektion eines leitfähigen Fremdkörpers, der beim Betrieb der induktiven Energieübertragung erhitzt würde, induktive Sensoren in Form von Messspulen, die in einer regelmäßigen Anordnung lateral über die Spuleneinheit verteilt angeordnet sind. Hiermit kann die gesamte Oberfläche der Abdeckung der Spuleneinheit überwacht werden. Solche Messspulen, die insbesondere kostengünstig planar auf Leiterplatten realisiert werden können, sind mechanisch nur gering belastbar und erfordern daher eine entsprechend geschützte Anbringung an einer Spuleneinheit, welche die Erfindung gewährleistet.

Messspulen solcher Art können vorteilhaft sowohl zwischen Vorsprüngen, als auch jeweils einen Vorsprung umgebend angeordnet sein. Die letztere Anordnungsmöglichkeit ergibt sich aus der Grundform einer Spule, deren Windungen sich stets um eine Achse herum erstrecken. Dabei können die Messspulen durch die Vorsprünge in lateraler Richtung mechanisch fixiert werden. Die Vorsprünge fungieren auf diese Weise zugleich als Positionierhilfen für die Messspulen, beispielsweise indem Leiterplatten, auf denen Messspulen als Bauelemente aufgebaut oder unmittelbar in Form von spiralförmigen Leiterbahnen planar realisiert sind, mit Bohrungen und oder seitlichen Ausschnitten geeigneter Größe im Raster der Vorsprünge versehen sind, so dass sich durch eine Anordnung der Leiterplatten passend zu den Vorsprüngen bereits eine definierte laterale Anordnung der Messspulen ergibt, ohne dass hierfür irgendwelche zusätzlichen Elemente vorgesehen zu werden brauchen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwei Lagen von Messspulen übereinander angeordnet sind und die Messspulen einer Lage ausschließlich zwischen Vorsprüngen und die Messspulen der anderen Lage ausschließlich jeweils einen Vorsprung umgebend angeordnet sind. Hierdurch können die zwei Lagen lateral so gegeneinander versetzt sein, dass die Messspulen einer Lage von den Messpulen der jeweils anderen Lage nicht abgedeckte Zwischenräume abdecken, also beide Lagen zusammen die Querschnittsfläche der Spuleneinheit nahezu lückenlos abdecken.

Wenn mindestens ein Hohlraum durch Vorsprünge zwischen dem Stützkörper und dem Träger geschaffen wird, dann eignet sich dieser besonders zur Anordnung von Flussführungselementen in Form von Platten eines Materials hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise Ferrit, der wegen seiner bekannten Bruchempfindlichkeit eines Schutzes vor mechanischer Belastung bedarf. Von einem solchen Hohlraum ausgehend können zweckmäßigerweise Nuten in dem Stützkörper ausgebildet sein, in denen Windungen der zur Energieübertragung vorgesehenen Spule verlegt sind. Hierdurch kann auch die Spule wirksam vor einer mechanischen Belastung geschützt werden.

Um die einen durch Vorsprünge abgestützten Hohlraum, in dem vor mechanischer Belastung geschützte Elemente angeordnet sind, nach außen hin abzuschließen eignet sich am besten ein Steg, der am Rand des Stützkörpers und/oder der Abdeckung bzw. am Rand des Stützkörpers und/oder des Trägers umläuft, je nachdem, ob sich der Hohlraum zwischen der Abdeckung und dem Stützkörper oder zwischen diesem und dem Träger befindet. Bevorzugt ist der Stützkörper einteilig ausgebildet und besteht aus einem faserverstärkten Duroplast.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

1 eine an einer Seite geschnittene perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Primärspuleneinheit,

2 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils der Primärspuleneinheit von 1,

3 eine vereinfachte schematische Ansicht der Oberseite der Primärspuleneinheit von 1 mit einer zweilagigen Matrix von Messspulen und

4 eine vereinfachte schematische Ansicht der Unterseite der Primärspuleneinheit von 1 ohne Träger.

Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, weist eine erfindungsgemäße Primärspuleneinheit 1 einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug als mechanische Komponenten eine Abdeckung 2, einen Träger 3 und einen zwischen der Abdeckung 2 und dem Träger 3 angeordneten Stützkörper 4 auf. Die Abdeckung 2 ist im Betrieb, d.h. beim Laden eines Elektrofahrzeugs der an der Unterseite des Elektrofahrzeugs angebrachten Sekundärspuleneinheit zugewandt. Der Träger 3 liegt auf dem Boden eines Fahrzeugabstellplatzes auf oder die Primärspuleneinheit 1 ist ganz oder teilweise in den Boden eines Fahrzeugabstellplatzes eingelassen. In jedem Fall überträgt der Träger 3 das Gewicht der Primärspuleneinheit 1 sowie eine eventuell zusätzlich von oben über die Abdeckung 2 auf die Primärspuleneinheit 1 ausgeübte Kraft auf den Boden.

Die Abdeckung 2 besteht ebenso wie der Stützkörper 4 aus einem harten Kunststoffmnaterial von hoher Festigkeit, beispielsweise aus einem faserverstärkten Duroplast. Geeignete Materialien sind unter der Bezeichnung Sheet Moulding Compound (SMC) bekannt. Der Träger 3 besteht aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, um das von der Primärspuleneinheit 1 im Betrieb ausgehende starke Magnetfeld auf derjenigen Seite, welche der Sekundärspuleneinheit des Elektrofahrzeugs abgewandt ist, abzuschirmen.

Die Abdeckung 2 und der Träger 3 haben jeweils die Form einer ebenen Platte mit zueinander parallelen oberen und unteren Oberflächen. Der Stützkörper 4 hat an seiner Oberseite einen an seinem Rand umlaufenden äußeren Steg 5 und einen umlaufenden inneren Steg 6. Die Stege 5 und 6 definieren zwischen einander eine umlaufende Nut 7, die zur Aufnahme einer Klebedichtung dient, welche die Abdeckung 2 mit dem Stützkörper 4 verbindet. Über die obere Oberfläche des Stützkörpers 4 verteilt sind eine Vielzahl von einzelnen zylindrischen Vorsprüngen 8 in einer regelmäßigen Anordnung nach Art einer Matrix mit Reihen und Spalten von jeweils gleichem Abstand angeordnet, von denen in den 1 und 2 nur einige einer Reihe zu sehen sind, durch welche die Schnittebene dieser Figuren verläuft. Die oberen Endflächen der Vorsprünge 8 liegen in derselben Ebene wie diejenigen der umlaufenden Stege 5 und 6 und bilden über die obere Oberfläche des Stützkörpers 4 verteilt Auflageflächen für die Abdeckung 2 und stützen diese hierdurch mechanisch ab.

Durch die Vorsprünge 8 wird an der Oberseite des Stützkörpers 4 zwischen diesem und der Abdeckung 2 ein zusammenhängender Hohlraum 9 geschaffen. In diesem Hohlraum 9 sind eine Vielzahl von induktiven Näherungssensoren in Form von Messspulen 10 angeordnet, die dazu vorgesehen sind, das Vorhandensein eines elektrisch leitfähigen Fremdkörpers auf der äußeren Oberfläche der Abdeckung 2 zu detektieren. Dies ist notwendig, um eine Erhitzung eines solchen Fremdkörpers durch die Induktion von Wirbelströmen beim Betrieb der induktiven Energieübertragung und die davon ausgehenden Gefahren vermeiden zu können. Solche Messspulen 10 dürfen nicht mechanisch belastet werden. Durch ihre Anordnung in dem Hohlraum 9 sind sie vor einer mechanischen Belastung auch dann wirksam geschützt, wenn beispielsweise ein Elektrofahrzeug versehentlich mit einem Rad auf die Primärspuleneinheit 1 fährt und eine große Kraft auf die Abdeckung 2 ausübt, da die Abdeckung 2 durch die Vorsprünge 8 abgestützt wird und keine Kraft auf die Messspulen 10 übertragen wird.

An seiner Unterseite hat der Stützkörper 4 ebenso wie an seiner Oberseite einen an seinem Rand umlaufenden äußeren Steg 11 und einen umlaufenden inneren Steg 12. Die Stege 11 und 12 definieren zwischen einander eine umlaufende Nut 13, die zur Aufnahme einer Klebedichtung dient, welche den Träger 3 mit dem Stützkörper 4 verbindet. Über die untere Oberfläche des Stützkörpers 4 verteilt sind eine Vielzahl von einzelnen zylindrischen Vorsprüngen 14 in einer regelmäßigen Anordnung nach Art einer Matrix mit Reihen und Spalten von jeweils gleichem Abstand angeordnet, von denen in den 1 und 2 nur einige einer Reihe zu sehen sind, durch welche die Schnittebene dieser Figuren verläuft. Die unteren Endflächen der Vorsprünge 14 liegen in derselben Ebene wie diejenigen der umlaufenden Stege 11 und 12 und bilden über die untere Oberfläche des Stützkörpers 4 verteilt Auflageflächen für den Träger 3 und stützen den Stützkörper 4 hierdurch mechanisch auf dem Träger 3 ab.

Die Vorsprünge 8 an der Oberseite des Stützkörpers 4 und die Vorsprünge 14 an der Unterseite des Stützkörpers 4 sind in demselben Raster und an denselben lateralen Positionen angeordnet. Dies hat zur Folge, dass eine durch einen Vorsprung 8 an der Oberseite des Stützkörpers 4 von der Abdeckung 2 aufgenommene Kraft durch den Stützkörper 4 hindurch in gerader Richtung zu einem gegenüberliegenden Vorsprung 14 an der Unterseite des Stützkörpers 4 weitergeleitet und von diesem auf den Träger 3 übertragen wird. Der gesamte Kraftfluss verläuft in gerader Richtung von der Abdeckung 2 durch den Stützkörper 4 hindurch direkt zu dem Träger 3. Hierdurch ist auch bei einer relativ kleinen Querschnittsfläche der Vorsprünge 8 und 14 eine hohe Belastbarkeit gewährleistet, da die zu übertragende Kraft eine reine Druckkraft ist. Vorzugsweise haben die Vorsprünge 8 und 14 an der Ober- und Unterseite des Stützkörpers 4 wie bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel den gleichen Querschnitt, da sie mit einer gleichen Kraft beaufschlagt werden.

Durch die Vorsprünge 14 wird an der Unterseite des Stützkörpers 4 zwischen diesem und dem Träger 3 ein zusammenhängender Hohlraum 15 geschaffen. In diesem Hohlraum 15 sind eine Vielzahl von Flussführungselementen 16 aus einem Material hoher magnetischer Permeabilität, beispielsweise in Form von Ferritplatten angeordnet, die dazu vorgesehen sind, den bei der induktiven Energieübertragung in der Primärspuleneinheit 1 erzeugten magnetischen Fluss in lateraler Richtung zu führen. Solche Flussführungselemente 16 dürfen nicht mechanisch belastet werden. Insbesondere der Werkstoff Ferrit ist ein sehr sprödes und bruchempfindliches Material. Durch ihre Anordnung in dem Hohlraum 15 sind die Flussführungselemente 16 vor einer mechanischen Belastung auch dann wirksam geschützt, wenn beispielsweise ein Elektrofahrzeug versehentlich mit einem Rad auf die Primärspuleneinheit 1 fährt und eine große Kraft auf die Abdeckung 2 ausübt, da diese Kraft von den oberen Vorsprüngen 8 aufgenommen, durch den Stützkörper 4 hindurchgeleitet und durch die unteren Vorsprünge 14 auf den Träger 3 übertragen wird, ohne dass dabei eine Kraft auf die Flussführungselemente 16 einwirkt.

Die Primärspule 17 ist in Nuten 18 angeordnet, die von dem unteren Hohlraum 15 ausgehend in dem Stützkörper 4 ausgebildet sind. Hierdurch ist auch die Primärspule 17 wirksam gegen eine schädliche Krafteinwirkung bei einer Belastung der Abdeckung 2 geschützt, da der Stützkörper 4 die auftretende Kraft an den Nuten 18 mit den Windungen der Primärspule 17 vorbei über die unteren Vorsprünge 14 zu dem Träger 3 leitet, ohne dass diese Nuten 18 eine nennenswerte Verformung erfahren. Dies ist eine Folge des direkten Kraftflusses von den oberen Vorsprüngen 8 zu den unteren Vorsprüngen 14.

Eine vereinfachte Ansicht der Primärspuleneinheit 1 von oben ohne die Abdeckung 2 zeigt 3. Die regelmäßige zweidimensionale Anordnung der zylindrischen oberen Vorsprünge 8 nach Art einer Matrix mit gleichem Rastermaß in Reihen- und Spaltenrichtung ist darin deutlich erkennbar. Durch Kreise sind in 3 die Messspulen 10 schematisch dargestellt, wobei hier zwei vertikal übereinander angeordnete Lagen 10A und 10B von Messspulen 10 vorgesehen sind. Beispielsweise können die Messspulen 10 als Planarspulen auf Leiterplatten realisiert sein, wobei sich eine Lage 10A auf der Oberseite und die andere Lage 10B auf der Unterseite der Leiterplatte befindet. Die zwei Lagen 10A und 10B sind sowohl in Richtung der Reihen, als auch in Richtung der Spalten jeweils um die Hälfte des Rastermaßes gegeneinander versetzt. Hierdurch decken die Messspulen 10 der zweiten Lage 10B genau die zwischen den Messpulen 10 der ersten Lage 10A bestehenden Lücken ab, so dass die Querschnittsfläche der Primärspuleneinheit 1 insgesamt vollständig abgedeckt wird und auch kleine leitfähige Fremdkörper auf der Abdeckung 3 zuverlässig detektiert werden können.

Die Messspulen 10 der ersten Lage 10A sind jeweils mittig in einem Quadrat angeordnet, dessen Ecken durch vier benachbarte Vorsprünge 8 definiert werden. Die Messspulen 10 der zweiten Lage 10B sind jeweils um einen Vorsprung 8 herum so angeordnet, dass die vertikale Mittelachse des Vorsprungs 8 die Spulenachse darstellt. Auf diese Weise kann die erwünschte vollständige Abdeckung der Querschnittsfläche der Primärspuleneinheit 1 erreicht werden, ohne dass die oberen Vorsprünge 8 dabei stören würden. Hierbei fungieren die Vorsprünge 8 als mechanische Anschläge zur lateralen Fixierung der Messspulen 10, indem Leiterplatten, auf denen die Messspulen 10 als Bauelemente aufgebaut oder unmittelbar in Form von spiralförmigen Leiterbahnen planar realisiert sind, mit Bohrungen und oder seitlichen Ausschnitten geeigneter Größe im Raster der Vorsprünge 8 versehen sind. Durch den Eingriff der Vorsprünge 8 mit solchen Bohrungen und/oder Ausschnitten wird eine definierte laterale Position der Leiterplatten und damit auch der Messspulen 10 auf dem Stützkörper 4 erreicht.

Eine vereinfachte Ansicht der Primärspuleneinheit 1 von unten ohne den Träger 3 zeigt 4. Auch hier ist die regelmäßige zweidimensionale Anordnung der zylindrischen unteren Vorsprünge 14 nach Art einer Matrix mit gleichem Rastermaß in Reihen- und Spaltenrichtung deutlich erkennbar, wobei die unteren Vorsprünge 14 an denselben lateralen Positionen angeordnet sind wie die oberen Vorsprünge 8 in 3. Die Nuten 18, in denen Windungen der Primärspule 17 liegen, verlaufen in den Zwischenräumen zwischen den unteren Vorsprüngen 14. Daher liegen die Windungen teilweise nicht äquidistant zueinander, wie in 4 an der äußersten Windung erkennbar ist. Da die Primärspule 17 eine planare Form hat, haben die Nuten 18 tatsächlich die Form einer Spirale, was in 4 zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Für die Zuleitungen 19 der Primärspule 17 sind ebenso wie für die Windungen der Primärspule 17 zwischen den Vorsprüngen 14 verlaufende Nuten 18 in dem Stützkörper 4 vorgesehen, die von den Windungen nach außen zum Rand des Stützkörpers 4 führen, wobei eine der Zuleitungen wegen der Spiralform die Windungen kreuzen muss, was durch eine Vertiefung der Nut dieser Zuleitung im Kreuzungsbereich ermöglicht werden kann.

Nicht dargestellt sind in 4 die in dem unteren Hohlraum 15 verlegten Flussführungselemente 16. Diese überdecken die gesamte Querschnittsfläche der Primärspuleneinheit 1, um das von der Primärspule 17 erzeugte Magnetfeld unterhalb der Primärspule 17 in lateraler Richtung zu führen und einen Pfad geringer Reluktanz für den magnetischen Fluss bereitzustellen. Wie in 1 erkennbar ist, haben die Flussführungselemente 16 an denjenigen Stellen, an denen sich ein unterer Vorsprung 14 befindet, jeweils einen Ausschnitt oder eine Bohrung, um den Durchtritt der unteren Vorsprünge 14 durch die Schicht der Flussführungselemente 16 zu ermöglichen.

In dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel sind Vorsprünge 8 und 14 auf beiden Seiten des Stützkörpers 4 vorgesehen. Je nach Bedarf ist es aber auch möglich, solche Vorsprünge 8 oder 14 nur auf einer Seite vorzusehen, beispielsweise nur auf der Oberseite, wenn auf der Unterseite keine mechanisch empfindlichen Flussführungselemente 16 angeordnet sind, oder nur auf der Unterseite, wenn auf der Oberseite keine mechanisch empfindlichen Näherungssensoren angeordnet sind. Die andere Seite könnte in diesem Fall eine ebene Oberfläche ohne Vorsprünge 8 bzw. 14 haben. Auch könnte eine andere Anordnung der Vorsprünge 8 und/oder 14 gewählt werden. So wäre beispielsweise anstelle einer Matrixanordnung auch eine Anordnung auf konzentrischen Ringen denkbar. Insbesondere kann die Anordnung der unteren Vorsprünge 14 an die Form der Primärspule 17 angepasst werden, wobei hierdurch auch die Anordnung der oberen Vorsprünge 8 festgelegt wird, wenn Vorsprünge 8 und 14 auf beiden Seiten des Stützkörpers vorgesehen sind, da stets ein direkter gerader Kraftfluss gewährleistet sein muss.

Das hier vorgestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Primärspuleneinheit 1 einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie, doch ist die Erfindung ebenso auf eine Sekundärspuleneinheit anwendbar, wenngleich eine Primärspuleneinheit 1 einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug potenziell eher einer mechanischen Belastung ausgesetzt sein wird. Ferner wird ein Fachmann ohne weiteres erkennen, dass ein Hohlraum 9 zwischen einer Abdeckung 2 und einem Stützkörper 4 auch durch Vorsprünge an der Unterseite der Abdeckung 2 geschaffen werden könnte und dass ein Hohlraum 15 zwischen einem Stützkörper 4 und einem Träger 3 auch durch Vorsprünge an der Oberseite des Trägers 3 geschaffen werden könnte, oder dass Vorsprünge 8 und/oder 14 an einem Stützkörper 4 auch mit Vorsprüngen an einer Abdeckung 2 und/oder an einem Träger 3 kombiniert werden könnten. Gleiches gilt sinngemäß auch für den äußeren Abschluss der Hohlräume 9 und 15 durch die Stege 5 und 6 bzw. 11 und 12.

Auch die zylindrische Form der Vorsprünge 8 und 14 ist nur als beispielhaft zu verstehen. So könnten die Vorsprünge 8 und 14 beispielsweise auch einen ovalen Querschnitt haben oder sie könnten kegelstumpfförmig oder tonnenförmig sein. Solche und vergleichbare Modifikationen liegen im Ermessen des Fachmannes und sollen vom Schutz der Ansprüche umfasst werden.