Die Erfindung betrifft eine Spuleneinheit, insbesondere eine Primäreinheit und/oder eine Sekundäreinheit, für ein induktives Ladesystem.

Fahrzeuge mit Elektroantrieb verfügen typischerweise über eine Batterie (d.h. über einen elektrischen Energiespeicher), in der elektrische Energie zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs gespeichert werden kann. Die Batterie des Fahrzeugs kann mit elektrischer Energie aus einem

Stromversorgungsnetz aufgeladen werden. Zu diesem Zweck wird die Batterie mit dem Stromversorgungsnetz gekoppelt, um die elektrische Energie aus dem

Stromversorgungsnetz in die Batterie des Fahrzeugs zu übertragen. Die Kopplung kann drahtgebunden (über ein Ladekabel) und/oder drahtlos (anhand einer induktiven Kopplung zwischen einer Ladestation und dem Fahrzeug) erfolgen.

Ein Ansatz zum automatischen, kabellosen, induktiven Laden der Batterie des Fahrzeugs besteht darin, dass vom Boden zum Unterboden des Fahrzeugs über magnetische Induktion über die Unterbodenfreiheit elektrische Energie zu der Batterie übertragen wird. Dies ist beispielhaft in Fig. 1 dargestellt. Insbesondere zeigt Fig. 1 ein Fahrzeug 100 mit einem Energiespeicher 103 für elektrische

Energie (z.B. mit einer aufladbaren Batterie 103). Das Fahrzeug 100 umfasst eine Sekundärspule 121 im Fahrzeug-Unterboden, wobei die Sekundärspule 121 über einen Gleichrichter mit dem Speicher 103 für elektrische Energie verbunden ist. Der Gleichrichter ist Teil einer S ekundärelektronik 123. Die Sekundärspule 121 und die S ekundärelektronik 123 sind typischerweise über zumindest eine

(W echselstrom-) Leitung 122 elektrisch leitend miteinander verbunden und bilden zusammen eine sogenannte„Wireless Power Transfer“ (WPT) Fahrzeugeinheit 120 bzw. S ekundär einheit 120. Die Sekundärspule 121 der S ekundär einheit 120 kann über einer Primärspule 111 positioniert werden, wobei die Primärspule 111 z.B. auf dem Boden einer Garage angebracht ist. Die Primärspule 111 ist typischerweise Teil einer sogenannten WPT -Bodeneinheit 110 bzw. Primäreinheit 110. Die Primärspule 111 ist über eine (W echselstrom-) Leitung 112 mit einer Primärelektronik 113 und weiter mit einer

Stromversorgung verbunden. Die Primärel ektronik 113 kann einen Radio- Frequenz-Generator bzw. Wechselrichter umfassen, der einen AC (Altemating Current) Strom in der Primärspule 111 der WPT -Bodeneinheit 110 erzeugt, wodurch ein Magnetfeld (insbesondere ein magnetisches Ladefeld) induziert wird. Das magnetische Ladefeld kann eine Frequenz aus einem vordefinierten Ladefeld- Frequenzbereich aufweisen. Die Ladefeldfrequenz des elektromagnetischen Ladefelds kann im Bereich von 80-90kHz (insbesondere bei 85kHz) liegen.

Bei ausreichender magnetischer Kopplung zwischen Primärspule 111 der

Primäreinheit 110 und Sekundärspule 121 der S ekundäreinheit 120 (d.h. bei einem ausreichend hohen Kopplungsfaktor bzw. Kopplungsgrad) über die

Unterbodenfreiheit 130 wird durch das Magnetfeld eine entsprechende Spannung und damit auch ein Strom in der Sekundärspule 121 induziert. Der induzierte Strom in der Sekundärspule 121 der S ekundäreinheit 120 wird durch den

Gleichrichter der S ekundärelektronik 123 gleichgerichtet und im Energiespeicher

103 gespeichert. So kann elektrische Energie kabellos von einer Stromversorgung zum Energiespeicher 103 des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Der

Ladevorgang kann im Fahrzeug 100 durch ein Lade- Steuergerät der

S ekundärelektronik 123 gesteuert werden. Das Lade-Steuergerät kann zu diesem Zweck eingerichtet sein, z.B. drahtlos (etwa über WLAN), mit der Primäreinheit 110 zu kommunizieren.

Die Spule 111, 121 einer Spuleneinheit 110, 120, insbesondere einer

Primäreinheit 110 bzw. einer S ekundäreinheit 120, ist typischerweise relativ hohen magnetischen Flussdichten ausgesetzt. Als Folge daraus werden

typischerweise für eine Spule 111, 121 Litzen mit relativ dünnen Einzeldrähten verwendet, was zu relativ hohen Kosten führt. Des Weiteren werden durch eine Spule 111, 121 elektromagnetische Felder erzeugt, die andere Komponenten eines Fahrzeugs 100 beeinträchtigen können. Ferner können Defekte an einer Spule 111, 121 typischerweise nicht zuverlässig erkannt werden.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine kosteneffiziente Spuleneinheit für ein induktives Ladesystem bereitzustellen, die eine reduzierte Beeinflussung von benachbarten (elektrischen und/oder elektronischen) Komponenten aufweist und/oder die eine zuverlässige Erkennung von Defekten ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem

unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer T eilungsanmeldung oder einer N achanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können. Gemäß einem Aspekt wird eine Spuleneinheit (z.B. eine Primäreinheit oder eine S ekundäreinh eit) für ein induktives Ladesystem beschrieben. Das induktive Ladesystem kann dafür ausgebildet sein, den Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines

Straßenkraftfahrzeugs, zu laden. Die Spuleneinheit umfasst eine Spulenwicklung, die eingerichtet ist, in

Abhängigkeit von einem Spulenstrom ein Magnetfeld zu erzeugen (im Falle einer Primäreinheit), oder die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Magnetfeld einen Spulenstrom zu erzeugen (im Falle einer S ekundär einheit) . Dabei umfasst die Spulenwicklung zumindest einen Leiter, der in einer Wickelrichtung um eine Spulenachse der Spulenwicklung verläuft. Die Spulenwicklung kann z.B. eine Zirkularspule oder eine Doppel D Spule bilden. Die Spulenachse kann sich entlang einer Übertragungsstrecke der Energieübertragung von der Primärspule zu der Sekundärspule eines induktiven Ladesystems erstrecken. Der zumindest eine Leiter (z.B. eine Litze aus einer Vielzahl von Einzeldrähten) kann mehrmals in Wickelrichtung um die Spulenachse gewickelt sein.

Außerdem umfasst die Spuleneinheit einen elektrisch leitenden Schirm (z.B. einen Schirm aus Metall), der die Spulenwicklung zumindest teilweise umschließt. Insbesondere kann der Schirm die Spulenwicklung nahezu vollständig

umschließen. Dabei kann der Schirm auf der Vorderseite der Spulenwicklung angeordnet sein (wobei die Vorderseite der Übertragungsstrecke des induktiven Ladesystems zugewandt ist). Des Weiteren kann der Schirm auf der Rückseite der Spulenwicklung angeordnet sein (wobei die Rückseite von der

Übertragungsstrecke des induktiven Ladesystems abgewandt ist). Lemer kann der Schirm seitlich zwischen der Vorderseite und der Rückseite verlaufen, sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite der Spulenwicklung. Lolglich kann der Schirm eine Hülle um die Spulenwicklung bilden. Dabei ist der Schirm jedoch ausgebildet, einen Strom und/oder einen

geschlossenen Strompfad innerhalb des Schirms, der die Spulenachse entlang der Wickelrichtung umläuft, zu unterbinden. Insbesondere kann der Schirm derart ausgebildet sein, dass der Summenstrom im Schirm, der die Spulenachse entlang der Wickelrichtung vollständig umläuft, null ist. Dabei können dennoch in unterschiedlichen Bereichen des Schirms Ströme in Wickelrichtung auftreten. Diese Ströme in den unterschiedlichen Bereichen heben sich jedoch in Summe auf. Mit anderen Worten, der Schirm ist derart ausgebildet, dass kein Strom vollständig um die Spulenachse herum durch den Schirm fließen kann (und somit der Schirm selbst eine Spulenwicklung bilden würde). Insbesondere kann der Schirm zumindest eine elektrisch isolierende Unterbrechung bzw. Trennstelle umfassen, die den Schirm quer zu der Wickelrichtung unterbricht. Die zumindest eine Unterbrechung kann dabei z.B. jeweils durch einen Spalt gebildet werden, der den Schirm entlang einer Fläche bzw. Ebene, die z.B. senkrecht zu der Wickelrichtung verläuft, auftrennt. Beispielsweise kann ein Schirm aus einer Vielzahl von elektrisch leitenden Drähten aufgebaut sein (z.B. 5, 10, 20, 50, 100, 500, 1000 oder mehr Drähte), die jeweils senkrecht zur Wickelrichtung verlaufen und die jeweils gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die Drähte können dabei jeweils die Spulenwicklung senkrecht zur Wickelrichtung vollständig umlaufen. So kann eine rein elektrische Schirmung bereitgestellt werden, da durch das Magnetfeld in einem, aus senkrecht zur Wickelrichtung verlaufenden Drähten zusammengesetzten, Schirm keine (signifikanten) Schirmströme induziert werden. Durch die Verwendung einer Vielzahl von Drähten kann ein besonders

energieeffizienter Schirm bereitgestellt werden.

Durch die Bereitstellung eines Schirms kann die maximale magnetische

Flussdichte des Magnetfelds an dem Leiter der Spulenwicklung reduziert werden, ohne das Magnetfeld an der jeweils anderen Spuleneinheit des induktiven

Ladesystems wesentlich zu beeinflussen. Folglich können die Anforderungen an den für die Spulenwicklung verwendeten Leiter reduziert werden. Insbesondere können ggf. Einzeldrähte mit größeren Durchmessern verwendet werden. Somit können die Kosten einer Spuleneinheit reduziert werden. Des Weiteren kann der Schirm zur Schirmung von elektrischen Feldern verwendet werden, so dass Anforderungen an EMV Filter der Spuleneinheit reduziert werden. Ferner ermöglicht die Verwendung eines Schirms die Erkennung eines Defekts der Spulenwicklung. Der Schirm weist typischerweise ein erstes Ende auf einer ersten Seite der Unterbrechung und ein zweites Ende auf einer zweiten Seite der Unterbrechung auf. Die beiden Enden können durch einen Spalt räumlich voneinander getrennt sein. Der Spalt kann z.B. 2%, 1% oder weniger des W indungsumfangs der Spulenwicklung breit sein.

Die Unterbrechung kann derart sein, dass Strom nicht direkt über die

Unterbrechung zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende fließen kann. Des Weiteren kann die Unterbrechung derart sein, dass Strom, der auf der ersten Seite der Unterbrechung auf das erste Ende zufließt, an dem ersten Ende seine Flussrichtung umkehrt und wieder auf der ersten Seite der Unterbrechung von dem ersten Ende wegfließt. In entsprechender Weise kann auch am zweiten Ende eine Umkehr der Flussrichtung des Stroms innerhalb des Schirms erfolgen. Es kann somit zuverlässig ein die Spulenachse umlaufender Strom vermieden werden.

Der auf das erste Ende zufließende Strom kann in einem Umkehrbereich am ersten Ende in einen von dem ersten Ende wegfließenden Strom umgekehrt werden. Die Spulenwicklung kann einen bestimmten W indungsumfang aufweisen, wobei der W indungsumfang z.B. der (ggf. mittleren) Länge des Leiters einer Windung der Spulenwicklung entspricht. Der Umkehrbereich an einem Ende des Schirms kann sich über 5% oder weniger des W indungsumfangs erstrecken. Der Umkehrbereich kann eine Vielzahl von elektrisch isolierten Umkehrleitem umfassen, in denen der Strom von einer auf das erste Ende zufließenden

Flussrichtung in eine von dem ersten Ende wegfließenden Flussrichtung umgelenkt wird. Die Umkehrleiter können z.B. aus der Fläche bzw. aus dem Blech des Schirms herausgestanzt werden. Dabei kann ein Umkehrleiter einen Eingang umfassen, in den auf das erste Ende zufließender Strom in den Umkehrleiter fließt. Des Weiteren kann ein

Umkehrleiter einen Ausgang umfassen, aus dem von dem ersten Ende

wegfließender Strom aus dem Umkehrleiter fließt. Ein Umkehrleiter kann dann zwischen dem Eingang und dem Ausgang seine Erstreckungsrichtung um mehr als 90° (insbesondere um ca. 180°) verändern. Beispielsweise kann ein

Umkehrleiter zwischen dem Eingang und dem Ausgang U- oder halbkreis-förmig verlaufen. Der Strom in dem Schirm kann somit durch die Umkehrleiter umgelenkt werden.

Die Umkehrleiter können nebeneinander angeordnet sein, wobei jeweils zwei direkt benachbarte Umkehrleiter durch einen Isolationsbereich voneinander elektrisch isoliert sind. Dabei kann die Vielzahl von Umkehrleitem einen inneren Umkehrleiter umfassen, der im Vergleich zu den (insbesondere im Vergleich zu allen) anderen Umkehrleitem die kürzeste Länge aufweist. Des Weiteren kann die Vielzahl von Umkehrleitem einen äußeren Umkehrleiter umfassen, der im Vergleich zu den (insbesondere im Vergleich zu allen) anderen Umkehrleitem die längste Länge aufweist. Durch die Bereitstellung von einzelnen Umkehrleitem kann der Stromfluss im Umkehrbereich möglichst gleichmäßig verteilt werden. Insbesondere kann so vermieden werden, dass am ersten Ende des Schirms relativ hohe Stromdichten und relativ hohe ohmsche Verluste auftreten. Das zweite Ende des Schirms kann in entsprechender Weise eine Vielzahl von Umkehrleitem aufweisen.

Folglich können das erste Ende des Schirms und das zweite Ende des Schirms jeweils einen Umkehrbereich umfassen, in dem sich die Flussrichtung des Stroms umkehrt. Dabei können der Umkehrbereich des ersten Endes und der

Umkehrbereich des zweiten Endes aufeinanderliegen und durch eine

Isolationsschicht voneinander elektrisch isoliert sein. Insbesondere können der Umkehrbereich des ersten Endes und der Umkehrbereich des zweiten Endes derart aufeinanderliegen, dass die Ströme in den Umkehrbereichen auf beiden Seiten der Isolationsschiebt die gleiche Flussrichtung aufweisen. Die

aufeinanderliegenden Umkehrbereiche können sich dabei entlang der Spulenachse erstrecken oder die aufeinanderliegenden Umkehrbereiche können gebogen sein, so dass sich die aufeinanderliegenden Umkehrbereiche zumindest bereichsweise parallel zu der Spulenwicklung erstrecken. Durch das Aufeinanderlegen der Umkehrbereiche können die Stromdichten an den Enden des Schirms weiter reduziert werden. Der Schirm kann geerdet und/oder mit Masse gekoppelt sein, insbesondere um eine elektrische Abschirmung und/oder eine Fehlerdiagnose zu ermöglichen bzw. zu verbessern.

Der Schirm kann mehrere Schirmlagen umfassen, die elektrisch voneinander isoliert sind. Die Schirm lagen können dabei im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite, der Innenseite, der Rückseite und/oder der Außenseite der

Spulenwicklung verlaufen. Durch die Bereitstellung von mehreren (relativ dünnen) Schirmlagen können die Schirmverluste weiter reduziert werden. Das Magnetfeld ohne Schirm kann eine magnetische Feldlinie mit einem

Feldverlauf quer zu der Wickelrichtung aufweisen, der zumindest teilweise um die Spulenwicklung verläuft. In entsprechender Weise kann der Schirm einen Schirm verlauf quer zu der Wickelrichtung aufweisen, der zumindest teilweise um die Spulenwicklung verläuft. Der Schirmverlauf stellt dabei einen Querschnitt des Schirms quer zu der Wickelrichtung dar. Der Schirmverlauf kann oberhalb der Spulenwicklung bzw. auf der Vorderseite der Spulenwicklung eine geringere Krümmung aufweisen als der Feldverlauf. So kann eine Reduzierung der maximalen Flussdichte an dem Felder der Spulen wicklung bewirkt werden. Das Magnetfeld ohne Schirm kann in unmittelbarer Nähe zu der Spulenwicklung (insbesondere am Feiter der Spulenwicklung) eine erste maximale Flussdichte und in einem bestimmten Abstand von der Spulen wicklung (z.B. an der jeweils anderen Spuleneinheit des induktiven Ladesystems) eine zweite mittlere

Flussdichte aufweisen. Der Schirm kann derart ausgebildet sein, dass das Magnetfeld in unmittelbarer Nähe zu der Spulenwicklung eine gegenüber der ersten maximalen Flussdichte reduzierte maximale Flussdichte aufweist, und dass das Magnetfeld in dem bestimmten Abstand eine mittlere Flussdichte aufweist, die im Wesentlichen der zweiten mittleren Flussdichte entspricht. Zur

Bereitstellung eines derartigen Schirms können im Rahmen einer Simulation ein oder mehrere Parameter des Schirms (insbesondere eine Form bzw. ein

Querschnitt des Schirms, ein Material des Schirms und/oder eine Dicke des Schirms) angepasst werden.

Die Spuleneinheit kann Elektronik (z.B. mit einem Wechselrichter oder mit einem Gleichrichter) umfassen, die eingerichtet ist, den Spulenstrom für die

Spulenwicklung bereitzustellen (z.B. mittels eines Wechselrichters) oder den Spulenstrom aus der Spulenwicklung gleichzurichten (z.B. mittels eines

Gleichrichters). Die Elektronik kann eine Schirmung umfassen, die mit dem Schirm elektrisch leitend gekoppelt ist. So kann eine zuverlässige elektrische Abschirmung der gesamten Spuleneinheit bewirkt werden.

Die Spuleneinheit kann einen Isolationswächter umfassen, der eingerichtet ist, Information in Bezug auf einen Übergangswiderstand zwischen der

Spulenwicklung und dem Schirm zu erfassen. Auf Basis des

Übergangswiderstands kann dann zuverlässig ein Defekt der Spulenwicklung (z.B. infolge einer mechanischen Einwirkung) detektiert werden.

Die Spuleneinheit kann einen Spulenkern umfassen, der an einer Seite

(insbesondere an der Rückseite) der Spulenwicklung angeordnet ist. Der Schirm kann dann auf der dem Spulenkern zugewandten Seite der Spulenwicklung (d.h. auf der Rückseite der Spulenwicklung) eine andere Form aufweisen als auf der dem Spulenkern abgewandten Seite der Spulenwicklung (d.h. auf der Vorderseite der Spulenwicklung) . Insbesondere kann eine Anpassung an den Verlauf der Feldlinien des Magnetfelds auf den beiden Seiten der Spulenwicklung erfolgen.

So kann die maximale magnetische Flussdichte an dem Leiter der Spulen wicklung weiter reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein induktives Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers beschrieben. Das Ladesystem umfasst eine Primäreinheit mit einer Primärspule, die eingerichtet ist, ein Magnetfeld zur Übertragung von Energie zu erzeugen. Außerdem umfasst das Ladesystem eine Sekundär einheit mit einer Sekundärspule, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem

Magnetfeld einen Strom zum Laden des Energiespeichers zu erzeugen. Die Primäreinheit und/oder die S ekundäreinheit können gemäß der in diesem

Dokument beschrieben Spuleneinheit aufgebaut sein. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Ladevorrichtung beschrieben

(insbesondere zum Laden des Energiespeichers eines Lahrzeugs), die die in diesem Dokument beschriebene Primäreinheit umfasst.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene S ekundäreinheit umfasst.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur 1 beispielhafte Komponenten eines induktiven Ladesystems zum Laden des Energiespeichers eines Fahrzeugs;

Figuren 2a bis 2c beispielhafte Spulen für ein induktives Ladesystem;

Figur 3a beispielhafte Feldlinien bei einer Spulenwicklung ohne Schirm;

Figur 3b beispielhafte Feldlinien bei einer Spulenwicklung mit Schirm;

Figur 3c ein beispielhaftes magnetisches Feld, das von den Wirbelströmen eines Schirms bewirkt wird;

Figur 4a einen beispielhaften Schirm in einer Draufsicht (von der

Übertragungsstrecke) auf eine Spulenwicklung;

Figur 4b beispielhafte Ströme in dem Schirm einer Spulenwicklung;

Figur 4c einen beispielhaften Umkehrbereich des Schirms einer Spulenwicklung; Figur 4d beispielhafte Umkehrbereiche eines Schirms;

Figur 5a eine beispielhafte Schirmung einer Spuleneinheit; und

Figur 5b eine beispielhafte Vorrichtung zur Erkennung eines Spulendefekts

Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der

Bereitstellung einer kosteneffizienten Primäreinheit 110 und/oder Sekundär einheit 120 für ein induktives Ladesystem, durch die eine Beeinträchtigung von benachbarten (elektrischen und/oder elektronischen) Komponenten eines

Fahrzeugs 100 reduziert werden können. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 2a eine beispielhafte Primärspule 111 und eine beispielhafte Sekundärspule 121, die jeweils einen Spulenkern 200, insbesondere ein Ferrit, aufweisen. Die

Spulenkerne 200 sind jeweils flach ausgebildet, um eine möglichst geringe

Ausdehnung der Primäreinheit 110 bzw. der Sekundäreinheit 120 in z-Richtung (d.h. entlang der Unterbodenfreiheit 130 bzw. entlang der magnetischen

Übertragungsstrecke des induktiven Ladesystems) zu ermöglichen. Durch die Primärspule 111 wird ein Magnetfeld 250 (in diesem Dokument auch als Ladefeld bezeichnet) bewirkt, das in der Sekundärspule 121 einen Strom zum Laden eines Energiespeichers 103 bewirkt. Fig. 2b zeigt eine Spulen wicklung 210 (z.B. der Primärspule 111 oder der Sekundärspule 121) in einer Seitenansicht. Der Spulenkern 200 ist typischerweise in Bezug auf die Übertragungsstrecke des induktiven Ladesystems auf der Rückseite der Spulenwicklung 210 angeordnet. Die Spulenwicklung 210 weist typischerweise eine Vielzahl von Windungen eines elektrisch leitenden Leiters 211 auf. Dabei kann der Leiter 211 als Litze mit einer Vielzahl von isolierten Einzeldrähten ausgebildet sein. Die Spule 111, 121 kann zur Unterbodenfreiheit 130 bzw. zur Übertragungsstrecke hin mit einer Abdeckung 220 ab gedeckt werden. Fig. 2c zeigt eine Draufsicht der Spulenwicklung 210 und des

Spulenkerns 200 aus Richtung der Übertragungsstrecke.

Aufgrund der lokal auftretenden, relativ hohen Flussdichten des Magnetfelds 250 innerhalb des Feiters 211 der Spulenwicklung 210, werden als Feiter 211 typischerweise HF (Hochfrequenz) -Fitzen mit relativ kleinen, untereinander isolierten Einzeldrähten verwendet, um die V erdrängungseffekte, wie den Skin- Effekt, den inneren Proximity-Effekt und den äußeren Proximity-Effekt in Kombination, zu berücksichtigen. Bei einer Übertragungsffequenz von 85kHz werden typischerweise Einzeldrähte mit Durchmessern im Bereich zwischen 0,05 und 0,1 mm verwendet. Diese Durchmesser sind deutlich geringer als dies aufgrund des Skin-Effekts mit einer Eindringtiefe >0,2mm (bei Kupfer) erforderlich wäre. Wenn nur der durch den Wechselstrom bewirkte Skin-Effekt berücksichtigt werden müsste, wären somit Drahtdurchmesser von >0,4mm für die isolierten Einzeldrähte möglich.

Aufgrund der relativ hohen Flussdichten und dem dadurch bewirkten Proximity- Effekt sind jedoch Einzeldrähte mit l0-mal kleineren Durchmessern erforderlich. Um einen Leiter 211 mit einem bestimmten Querschnitt zu erzeugen, werden aufgrund der relativ hohen Flussdichten somit typischerweise ca. lOO-mal mehr Einzeldrähte verwendet, als dies aufgrund des Skin-Effekts erforderlich wäre. Die Kosten der Einzeldrähte einer HF-Litze steigen typischerweise mit sinkendem Querschnitt. Darüber hinaus steigt die Anzahl der erforderlichen Einzeldrähte für einen gegebenen Querschnitt bzw. für eine gegebene Stromdichte. Folglich führen die relativ hohen Flussdichten zu relativ hohen Kosten für den Feiter 211 und die Spulenwicklung 210 einer Spuleneinheit 110, 120.

Des Weiteren können die Spulen 111, 121 eines induktiven Fadesystems typischerweise nicht geschirmt werden und wirken daher als„Emissions- Element“ für elektromagnetische Felder. Insbesondere können an den Spulen 111, 121 keine elektrischen Felder über eine elektrisch leitende Schirmung gedämpft werden. Daher werden typischerweise aufwändige EMV-Filter in der Elektronik 113, 123 einer Spuleneinheit 110, 120 verwendet, um Störfrequenzen

zurückzuhalten. Mögliche Quellen für Störfrequenzen sind die elektronischen Schaltungen in der Elektronik 113, 123 einer Spuleneinheit 110, 120 und/oder anderweitige Störungen, die über die Zuleitungen zur Elektronik 113, 123 in das induktive Ladesystem eingekoppelt werden.

Ferner kann typischerweise an einer Spule 111, 121, insbesondere an einer Spulenwicklung 210, kein Defekt detektiert werden, insbesondere da keine Isolationsverletzung zu einem (geerdeten) Gehäuse feststellbar ist.

Fig. 3a zeigt einen beispielhaften Verlauf der Feldlinien 350 eines Magnetfelds 250 um den Leiter 211 einer Spulenwicklung 210. Wie aus Fig. 3a ersichtlich, kreuzen die Feldlinien 350 die unterschiedlichen Windungen des Leiters 211. Des Weiteren zeigt Fig. 3b einen beispielhaften, unterbrochenen Schirm 300, der die Spulenwicklung 210 umgibt. Der Schirm 300 kann die Spulenwicklung 210 nahezu vollständig umschließen. Insbesondere kann der Schirm 300 eine nahezu geschlossene Hülle um die Spulenwicklung 210 bilden. Andererseits weist der Schirm 300 an zumindest einer Stelle eine Unterbrechung 301 auf, so dass ein Stromfluss innerhalb des Schirms 300 in Wickelrichtung 331 unterbunden wird. Die Wickelrichtung 331 verläuft dabei um die Spulenachse 332 der

Spulenwicklung 210 herum. Ein derartiger Schirm 300 ermöglicht, dass weiterhin ein Magnetfeld 250 außerhalb des Schirms 300 existiert, dass aber die Feldlinien 350 des Magnetfelds 250 in unmittelbarer Nähe des Schirms 300 (sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite des Schirms 300) parallel zu der Oberfläche des Schirms 300 verlaufen. So kann, je nach Form des Schirms 300 bewirkt werden, dass die Feldlinien 350 des Magnetfelds 250 nicht den Feiter 211 kreuzen. Des Weiteren können so die Maxima der magnetischen Flussdichte reduziert werden, so dass die Kosten der Feiter 21 1 reduziert werden können.

Fig. 3c veranschaulicht die (Wirbel-) Ströme 311, 312, die in dem Schirm 300 bewirkt werden. Die Ströme 311, 312 fließen an unterschiedlichen Stellen des Schirms 300 in unterschiedliche Richtungen. Insbesondere kann der Strom 312 an den Seiten der Vorderseite bzw. der Rückseite der Spulenwicklung 210 in eine erste Richtung und der Strom 311 in einem Zentralbereich der Vorderseite bzw. der Rückseite der Spulen wicklung 210 in eine entgegengesetzte zweite Richtung fließen. Die Umkehr der Flussrichtung des Stroms, 311, 312 wird dabei durch die Unterbrechung 301 des Schirms 300 bewirkt. Durch die Ströme 311, 312 im Schirm 300 wird ein kompensierendes Magnetfeld 351 bewirkt, das sich mit dem Magnetfeld 250 der Spulenwicklung 210 überlagert, so dass sich ein effektives Magnetfeld mit den in Fig. 3b dargestellten Feldlinien 350 ergibt.

Fig. 4a zeigt eine Spulenwicklung 210 mit einem Schirm 300. Der Schirm 300 umschließt dabei die Spulenwicklung 210 nahezu vollständig. Dabei weist der Schirm 300 jedoch an zumindest einer Stelle eine Unterbrechung 301 auf, durch die ein Stromfluss entlang der Wickelrichtung 331 unterbrochen wird.

Insbesondere kann kein Strom 311, 312 direkt von der ersten Seite der

Unterbrechung 301 auf die zweite Seite der Unterbrechung 302 fließen. Durch die elektrische Unterbrechung 301 wird somit eine geschlossene Feiterschleife entlang der Wickelrichtung 311 vermieden. Als Folge der Unterbrechung 301 erfolgt an der Unterbrechung 301 eine Umkehr der Flussrichtung des Stroms 311, 312.

Fig. 4b veranschaulicht den„aufgeklappten“ bzw.„abgewickelten“ Schirm 300 mit der Unterbrechung 301. Wie in Fig. 3b dargestellte, umschließt der Schirm 300 sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite der Spulenwicklung 210. Der Schirm 300 weist somit eine Vorderseite 302 und eine Rückseite 303 auf, die in Fig. 4b nebeneinander dargestellt sind (die Bereiche des Schirms 300 für die Innenseite und die Außenseite der Spulenwicklung 210 wurden jeweils anteilig der Vorderseite 302 und der Rückseite 303 des Schirms 300 zugeordnet). Die

Vorderseite 302 des Schirms 300 weist, wie in Fig. 3c dargestellt, zwei Segmente 321, 322 auf. In entsprechender Weise weist auch die Rückseite 303 des Schirms

300 zwei Segmente 323, 324 auf. In jedem Segment 321, 322, 323, 324 erfolgt jeweils ein Stromfluss in die erste Flussrichtung (dargestellt in Fig. 3c durch einen Punkt) und in die entgegengesetzte zweite Flussrichtung (dargestellt in Fig. 3c durch ein Kreuz). Die Umkehr der Flussrichtung des Stroms 311, 312 innerhalb eines Segments 321, 322, 323, 324 erfolgt dabei jeweils an der Unterbrechung

301 des Schirms 300. Im Umkehrbereich 304 an der Unterbrechung 301 des Schirms 300 können relativ hohe Stromdichten auftreten, die wiederum zu relativ hohen ohmschen Verlusten führen können. Fig. 4c zeigt einen Umkehrbereich 304 der Rückseite 303 eines Schirms 300. Das Ende 307 des Schirms 300 vor der Unterbrechung 301 ist dabei in einzelne Umkehrleiter 305 aufgeteilt, die den Strom 312, 311 bei der Umkehr der Flussrichtung führen. Dabei sind die Umkehrleiter 305 derart ineinander verschachtelt, dass ein innenliegender erster Umkehrleiter 305 von einem längeren zweiten Umkehrleiter 305 umgeben ist, der wiederum von einem längeren dritten Umkehrleiter 305 umgehen ist, usw. bis ein äußerer Umkehrleiter 305 alle anderen Umkehrleiter 305 umgibt. Der äußere Umkehrleiter 305 grenzt dabei an die Unterbrechung 301 an. Der Abstand zur Unterbrechung 301 steigt kontinuierlich von dem äußeren Umkehrleiter 305 bis zu dem innenliegenden ersten Umkehrleiter 305 an. Wie aus den Figuren 4c und 4b ersichtlich, weisen sowohl die Rückseite 303 als auch die Vorderseite 302 jeweils zwei derartige Anordnungen von Umkehrleitem 305 auf. Als Folge einer derartigen Anordnung der Umkehrleiter 305 erfolgt eine

Aufteilung des Stroms 311, 312 im Umkehrbereich 304 auf unterschiedliche Umkehrleiter 305, so dass die maximale Stromdichte an den Enden 307 des Schirms 300 nahe der Unterbrechung 301 reduziert werden kann. Die beiden Enden 307 des Schirms 300 an der Unterbrechung 301 können, wie in Fig. 4d dargestellt, aufeinanderliegen und durch eine Isolationsschicht 308 voneinander elektrisch isoliert sein. Dabei können die beiden Enden 307 senkrecht auf der Spulenwicklung 210 parallel zu der Spulenachse 332 stehen (wie auf der linken Seite von Fig. 4d dargestellt). Alternativ können die aufeinanderliegenden, elektrisch isolierten Enden 307 zu der Spulenwicklung 210 hin gebogen werden, um den Platzbedarf des Schirms 300 an der Unterbrechung 301 zu reduzieren (wie auf der rechten Seite von Fig. 4d dargestellt).

Am Ende 307 der Schirmung 300 können somit an der Trennstelle bzw. der Unterbrechung 301 Einstanzungen vorgenommen werden, so dass einzelne Umkehrleiter bzw. Umkehrdrähte 305 entstehen, die die unterschiedlichen „Strompfade“ zu dem entsprechenden rückleitenden Strompfad führen. Die Umkehrleiter 305 können hochgebogen werden, so dass die Umkehrleiter 305 der beiden Enden 307 der Schirmung 300 an der Unterbrechung 301 elektrisch isoliert aufeinander angeordnet werden können. Der Schirm 300 kann somit mit einer Isolationsschicht 308 zusammengeschoben werden. Die stromführenden

Umkehrleiter 305 der beiden Enden 307 liegen dann unmittelbar, elektrisch isoliert aneinander, wenn die Umkehrleiter 305 der beiden Enden 307 mit jeweils gespiegelter Symmetrie hergestellt (insbesondere gestanzt) werden. Da die Stromflüsse in gegenüberliegenden Umkehrleitem 305 der beiden Enden 307 des Schirms 300 an der Unterbrechung 301 gegensinnig und gleich sind, wird der symmetrische Stromfluss unterstützt und die assoziierten Magnetfelder kompensieren sich lokal. Die gegenüber der Schirmung 300 aufstehenden Umkehrleiter 305 können auf eine oder jeweils paarweise auf unterschiedliche Seiten umgebogen werden, um einen flachen Aufbau der Spulenwicklung 210 beizubehalten.

Die Spulenwicklung 210 einer Primärspule 111 und/oder einer Sekundärspule 121 kann somit mit einem geeignet ausgelegten, elektrisch leitenden (insbesondere metallischen) Schirm 300 umwickelt werden, wobei dieser Schirm 300 längs der Wickelrichtung 331 an zumindest einer Stelle unterbrochen ist und somit keine geschlossene Windung entlang der Wickelrichtung 331 der Spulenwicklung 210 ausbildet. Der Schirm 300 kann dabei derart gestaltet werden, dass sich ein reduziertes und homogenes Magnetfeld 250 im Bereich der Spulenwicklung 210 ergibt. Des Weiteren kann der Schirm 300 derart ausgebildet sein, dass im Schirm 300 möglichst kleine Stromdichten auftreten, die flächig verteilt sind, um ohmsche Verluste zu reduzieren. Die Form und/oder die Dicke des Schirms 300 und/oder der Abstand des Schirms 300 zu der Spulenwicklung 210 können derart angepasst werden, dass möglichst geringe Stromdichten und damit Verluste im Schirm 300 auftreten. Dies kann z.B. durch die Verwendung von möglichst großen Radien erreicht werden. Des Weiteren kann dies dadurch erreicht werden, dass der Schirm 300 möglichst parallel zum ursprünglichen Feldverlauf der Feldlinien 350 verläuft.

Der Schirm 300 kann an zumindest einer Stelle geerdet werden, so dass der Schirm 300 als Abschirmung gegen die Emission von elektrischen Feldern verwendet werden kann. Fig. 5a zeigt einen geerdeten Schirm 300. Des Weiteren zeigt Fig. 5a eine Schirmung 502 für die Elektronik 113, 123 einer Spuleneinheit (z.B. einer Primäreinheit 110 bzw. einer S ekundär einheit 120) sowie eine

Schirmung 501 für eine Feitung 112, 122 zwischen einer Spule 111, 121 und der Elektronik 113, 123. Es kann somit in effizienter Weise eine vollständige

Schirmung einer Spuleneinheit 110, 120 bereitgestellt werden.

Durch einen doppel- oder mehrwandigen Schirm 300 kann der Strom 311, 312 zur Veränderung des Feldlinienverlaufs auf mehrere Schirmebenen bzw. Schirml agen verteilt werden, um die resultierenden ohmschen Schirmverluste zu reduzieren. Insbesondere kann ein Schirm 300 mehrere Schirmebenen bzw. Schirmschichten bzw. Schirmlagen aufweisen, die voneinander elektrisch isoliert sind. Jede der Schirmschichten kann dabei die Spulenwicklung 210 umschließen. Ein Schirm 300 kann somit aus mehreren isolierten Schichten bzw. Lagen aufgebaut sein, um die ohmschen Schirmverluste zu reduzieren.

Des Weiteren kann ein Schirm 300 mit einer relativ geringen Gesamtdicke verwendet werden, um die Schirmverluste zu reduzieren. Insbesondere kann die Dicke des Schirms 300 1%, 0.5% oder weniger des W indungsumfangs der Spulenwicklung 210 sein.

Die Trennstelle bzw. die Unterbrechung 301 des Schirms (längs zur

Wickelrichtung 331) kann derart gestaltet werden, dass die„Stromumkehr“ unterstützt wird. Insbesondere können die Enden 307 des Schirms 300 an der Unterbrechung 301 in einzelne Umkehrleiter 305 unterteilt werden, um eine Umkehr der Flussrichtung des Stroms 311, 312 an der Unterbrechung 301 zu bewirken. Der ideale Stromfluss im Schirm 301 kann somit durch die Trennstelle bzw. die Unterbrechung 301 nur unwesentlich beeinträchtigt werden.

Bei Verwendung eines Schirms 300 kann eine Isolationsüberwachung 510 zwischen der Spulenwicklung 210 und dem umgebenden Schirm 300 dazu verwendet werden, Beschädigungen der Isolation der Spulenwicklung 210 zu detektieren. Dies ist beispielhaft in Fig. 5b dargestellt. Insbesondere kann ein Isolationswächter 510 den Widerstand zwischen einer Spule 111, 121 und Masse messen (z.B. über Vorwiderstände 511). Ein durch einen Defekt bewirkter elektrisch leitender Kontakt zwischen der Spule 111, 121 und dem (geerdeten) Schirm 300 kann dann durch den Isolationswächter 510 detektiert werden.

Insbesondere können Beschädigungen, z.B. durch Steinschlag am Unterboden oder durch Überfahrt der Primärspule 111, durch Erkennung eines

Isolationsfehlers detektiert werden.

Eine Spule 111, 121 weist typischerweise an einer Seite der Spulenwicklung 210 einen Spulenkern 200 auf. Die Form des Schirms 300 kann in Bezug auf den einseitig angebrachten Spulenkern 200 optimiert werden. Insbesondere kann der Biegeradius des Schirms 300 an Stellen mit relativ hohen Stromdichten reduziert werden. Bei mehrwandigen Schirmen 300 kann insbesondere die Form der ein oder mehreren äußeren Schirmlagen angepasst werden.

Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann die maximale magnetische Flussdichte insbesondere am Rand einer Spulenwicklung 210 reduziert werden. Dadurch wird der Proximity-Effekt in diesen Bereichen der Spulenwicklung 210 reduziert. Als Konsequenz daraus kann bei unveränderten Verlusten ein größerer Querschnitt der Einzeldrähte bzw. Drähte in der Litze 211 der Spulenwicklung 210 verwendet werden. Des Weiteren kann die Verteilung der Einzeldrähte einer Litze 211 vereinfacht werden, da durch die beschriebenen Maßnahmen der Feldverlauf der Feldlinien 350 im Bereich der Spulenwicklung 210 eine höhere Gleichmäßigkeit aufweist. Alternativ können bei gleichen Querschnitt der Einzeldrähte die Verluste einer Spuleneinheit 110, 120 reduziert werden. Es kann somit eine Optimierung in Bezug auf Kosten und

Energieverluste erfolgen.

Wenn eine Spule 111, 121 durch einen leitenden und geerdeten Schirm 300 umgeben wird, kann dieser Schirm 300 zur Unterdrückung von elektrischen Felder verwendet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur Dämpfung von Störungen des induktiven Ladesystems durch andere Verbraucher (z.B. durch die Antriebselektronik eines Fahrzeugs 100). Die Störungen anderer Verbraucher können sich dabei durch die S ekundärelektronik 123 hindurch auf die

Sekundärspule 121 aufprägen. Dies kann auch bei einem inaktiven induktiven Ladesystem während der Fahrt eines Fahrzeugs 100 erfolgen. Die beschriebene Ummantelung der Sekundärspule 121 kann dann andere Maßnahmen wie z.B. EMV-Filter und/oder Abschalteinrichtungen ersetzten oder zumindest reduzieren. Des Weiteren wird durch die Ummantelung der Sekundärspule 121 mit einem leitenden, geerdeten Schirm 300 die Emission von hochfrequenten elektrischen Störfeldem, die z.B. durch die Gleichrichterelektronik der S ekundär einh eit 120 erzeugt werden, reduziert.

Durch die Verwendung eines Schirms 300 wird die Impedanz der umwickelten Spule 111, 121 reduziert. Dabei kann der Schirm 300 derart ausgebildet sein, dass sich der magnetische Fluss in unmittelbarer Nähe der Spulenwicklung 210 reduziert, aber in weiterer Entfernung (insbesondere an der jeweils anderen Spule 111, 121) im Wesentlichen unverändert bleibt. Dies hat den positiven Effekt, dass sich die Induktivität der betrachteten Spule 111, 121 stärker reduziert, als die verkoppelte Induktivität (Koppelfaktor). So kann eine bestimmte Leistung mit einem reduzierten primären Spulenstrom übertragen werden. Dies führt zu reduzierten Blindleistungen und damit zu reduzierten Anforderungen an die Elektronik 113, 123 und an die Spulen 111, 121 einer Spuleneinheit 110, 120.

Des Weiteren ermöglichen es die beschriebenen Maßnahmen, in effizienter und zuverlässiger Weise eine Beschädigung einer Spule 111, 121 zu detektieren, da bei Beschädigung der Spule 111, 121 mit hoher W ahrscheinlichkeit über den Schirm 300 eine Verletzung des Isolationswiderstands bewirkt wird.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.