用于感應(yīng)式傳輸電能的線圈單元和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的線圈單元、根據(jù)權(quán)利要求20的前序部分的用于感應(yīng)式傳輸電能的裝置以及根據(jù)權(quán)利要求22的前序部分的線圈單元的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在將感應(yīng)式能量傳輸?shù)娇蓜?dòng)的負(fù)載、特別是電動(dòng)車如汽車、公共汽車或者貨車以及火車的領(lǐng)域中已知的是，安裝在電動(dòng)車中的電池通過(guò)在車輛底部上設(shè)置的次級(jí)線圈由位置固定安裝的初級(jí)線圈充電。
[0003]文獻(xiàn)DE 693 13 151 T2公開(kāi)這樣的用于電動(dòng)車電池充電的電池充電系統(tǒng)。然而用戶在那里必須手動(dòng)地將初級(jí)線圈結(jié)構(gòu)與車輛上的次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)相連接。其缺點(diǎn)在于，用戶必須下車并且費(fèi)事地及復(fù)雜地使得初級(jí)線圈結(jié)構(gòu)與次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)相連接。
[0004]然而正是在部分或完全電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的公共汽車和道路車輛的領(lǐng)域中存在的期望在于，簡(jiǎn)單并快速地自動(dòng)地沒(méi)有費(fèi)事操作地給車輛電池充電。為此，初級(jí)線圈通常設(shè)置在車道上或者下沉地設(shè)置在車道中，并且車輛如此駛過(guò)初級(jí)線圈，使得次級(jí)線圈盡可能準(zhǔn)確地在初級(jí)線圈之上定位。緊接著僅僅必須激活充電過(guò)程，從而在地面中設(shè)置的初級(jí)線圈可以將電能傳輸給在車輛底部上位于初級(jí)線圈附近的次級(jí)線圈。特別是在公共汽車中期望的是，該公共汽車在短時(shí)停靠在公共汽車站期間在乘客上下車期間快速并自動(dòng)充電，而無(wú)需公共汽車駕駛員下車并麻煩地將初級(jí)線圈和次級(jí)線圈相互對(duì)準(zhǔn)。
[0005]在乘用車的情況下這可以有利地在車庫(kù)中或在停車場(chǎng)上停車期間發(fā)生。而且在那里期望的是，充電應(yīng)盡可能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，以便也能實(shí)現(xiàn)對(duì)于經(jīng)常不太通曉技術(shù)的車輛使用者而言簡(jiǎn)單和不危險(xiǎn)的充電。
[0006]但是因?yàn)檎堑缆奋囕v強(qiáng)制地需要足夠的離地距離，所以在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間的高度間隔通常相對(duì)大，例如在15與20厘米之間。由于該大的間隔，該間隔對(duì)于感應(yīng)式傳輸裝置是一個(gè)大的氣隙并因此是磁阻，所以為了感應(yīng)式地由初級(jí)線圈傳輸電能到次級(jí)線圈而必須調(diào)節(jié)相對(duì)高的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0007]已知裝置經(jīng)常設(shè)定，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈可以通過(guò)附加的升高或下降機(jī)構(gòu)相互盡可能接近，以便可以應(yīng)用盡可能低的場(chǎng)強(qiáng)。然而這會(huì)導(dǎo)致高的技術(shù)和構(gòu)造成本，尤其是由此進(jìn)一步提高車重。優(yōu)選地特別是次級(jí)線圈應(yīng)不可動(dòng)地設(shè)置在車輛上，從而承受線圈的大的間隔。
[0008]試驗(yàn)表明:由于在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈之間大的間隔和由此決定的必要的高磁場(chǎng)強(qiáng)度而產(chǎn)生相對(duì)強(qiáng)的漏磁場(chǎng)。這一方面降低能量傳輸?shù)男什⑶伊硪环矫嬉苍诳臻g上遠(yuǎn)離地在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之外產(chǎn)生非常高的場(chǎng)強(qiáng)。由于電磁兼容性并且為了避免人員在初級(jí)線圈單元區(qū)域中的危險(xiǎn)，通常期望的是，在車輛旁邊的區(qū)域中的磁通量密度不超過(guò)6.25 μ Tesla0然而該要求不能借助于常規(guī)初級(jí)線圈單元和車輛上的次級(jí)線圈被遵循。
[0009]文獻(xiàn)US 2010/0 007 215 Al公開(kāi)了一種無(wú)接觸的具有線圈的傳輸系統(tǒng)，該線圈設(shè)置在由軟磁材料制成的磁通量引導(dǎo)單元上。該線圈此外通過(guò)由軟磁材料制成的環(huán)形漏磁場(chǎng)屏蔽件包圍，該漏磁場(chǎng)屏蔽件貼靠在磁通量引導(dǎo)單元上。
[0010]文獻(xiàn)DE 10 2011 107 620 Al公開(kāi)了一種電動(dòng)道路車輛中的線圈裝置。為了磁通量引導(dǎo)在那里應(yīng)用亞鐵板，線圈繞組位于該亞鐵板上。
[0011]文獻(xiàn)DE 10 2010 050 935 Al公開(kāi)了一種用于無(wú)接觸傳輸電能的裝置，其中一個(gè)線圈放置在由多個(gè)亞鐵板組成的亞鐵裝置上。
[0012]文獻(xiàn)US 5 656 983 A公開(kāi)了一種感應(yīng)式耦合器，其具有兩個(gè)盤形亞鐵芯，該盤形亞鐵芯具有用于線圈繞組的內(nèi)圓柱體和外圓環(huán)形的壁。亞鐵芯的相互指向的端側(cè)被涂以導(dǎo)磁良好的材料的薄的保護(hù)層。由此一方面保護(hù)端側(cè)免于外部機(jī)械作用，而另一方面實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)磁性。
[0013]文獻(xiàn)DE 10 2005 051 462 Al公開(kāi)了一種具有初級(jí)部分和次級(jí)部分的感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)傳輸裝置，其中初級(jí)部分具有初級(jí)線圈和初級(jí)核芯，而次級(jí)部分具有次級(jí)線圈和次級(jí)核芯。初級(jí)核芯或次級(jí)核芯具有一個(gè)部段，該部段包括至少兩個(gè)至少部分地相互疊置的磁的、特別是軟磁的層。
[0014]文獻(xiàn)DE10 2011 054 541 Al 和 DE 20 2011 051 649 Ul 公開(kāi)了一種具有線圈的用于感應(yīng)式傳輸電能的裝置以及板形的用于引導(dǎo)在裝置運(yùn)行中出現(xiàn)的磁通量的磁通量引導(dǎo)單元，該磁通量引導(dǎo)單元包括至少一個(gè)由多個(gè)單個(gè)元件組成的鐵磁體。
[0015]文獻(xiàn)US 8 008 888 B2公開(kāi)一種電動(dòng)車輛和用于車輛的供電裝置，其中在那里由導(dǎo)磁差的材料制成的反射壁沿功率傳輸?shù)姆较蚍瓷浯磐俊?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]因此本發(fā)明的目的在于，克服上述缺點(diǎn)并且提供一種開(kāi)始所述的線圈單元、一種開(kāi)始所述的用于感應(yīng)式傳輸電能的裝置以及這樣的線圈單元的應(yīng)用，它們具有低的和空間上小的漏磁場(chǎng)并且遵循對(duì)于最大在車輛外期望的磁通量密度邊界值的期望預(yù)定。再者應(yīng)改善感應(yīng)式能量傳輸?shù)杰囕v的效率。
[0017]本發(fā)明通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的線圈單元、具有權(quán)利要求20的特征的用于感應(yīng)式傳輸電能的裝置以及具有權(quán)利要求22的特征的線圈單元的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)所述目的。本發(fā)明的有利的設(shè)計(jì)方案和適宜的進(jìn)一步改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中給出。
[0018]按照本發(fā)明，開(kāi)始所述的線圈單元的特征在于，線圈和/或磁通量引導(dǎo)單元由漏磁場(chǎng)屏蔽件包圍。由此，線圈之外的漏磁通量可以顯著減小并且遵循對(duì)于磁通量密度的預(yù)定邊界值。在此，漏磁場(chǎng)屏蔽件與磁通量引導(dǎo)單元和線圈隔開(kāi)側(cè)向間隔地設(shè)置，也就是如在上述圖2、4、6、8和10至15中所示的線圈和磁通量引導(dǎo)的俯視圖中，并且因此通過(guò)氣隙或?qū)Т挪罨蛏踔敛粚?dǎo)磁的材料與磁通量引導(dǎo)單元和線圈磁隔離。通過(guò)漏磁場(chǎng)屏蔽件與磁通量引導(dǎo)單元和線圈的隔離改善了漏磁場(chǎng)的屏蔽，因?yàn)槁┐艌?chǎng)屏蔽件由此不用于主磁通量的引導(dǎo)。而且漏磁場(chǎng)屏蔽件與線圈和/或磁通量引導(dǎo)單元的間隔可以沿不同方向是不同大小的，特別是當(dāng)線圈僅僅部分突出于磁通量引導(dǎo)單元時(shí)。
[0019]優(yōu)選地，漏磁場(chǎng)屏蔽件可以在線圈的線圈繞組的繞組平面中或者與該繞組平面平行地包圍線圈和/或磁通量引導(dǎo)單元，由此可以實(shí)現(xiàn)正是對(duì)于電動(dòng)車或其充電站有利的扁平結(jié)構(gòu)。線圈可以為此有利地是具有并排或相互部分重疊設(shè)置的線圈繞組的扁平線圈。同樣地，磁通量引導(dǎo)單元和/或漏磁場(chǎng)屏蔽件可以完全或至少部分扁平地構(gòu)成，以便獲得平面的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，磁通量引導(dǎo)單元和/或漏磁場(chǎng)屏蔽件可以由鐵磁材料或亞鐵磁材料或所述兩種材料的組合制成，以便實(shí)現(xiàn)磁通量良好的引導(dǎo)。
[0020]在一個(gè)制造技術(shù)、運(yùn)輸技術(shù)和裝配技術(shù)上有利的實(shí)施方案中，線圈、磁通量引導(dǎo)單元和漏磁場(chǎng)屏蔽件可以相互固定連接，特別是相互澆鑄、壓入/壓緊或螺紋連接或以上述連接方式的組合進(jìn)行連接。
[0021]優(yōu)選地，線圈是具有一個(gè)線圈繞組的單相線圈、具有兩個(gè)線圈繞組的雙D線圈、具有三個(gè)線圈繞組的三相線圈或者繞磁通量引導(dǎo)單元纏繞的電磁線圈/螺線管線圈。由此在同時(shí)扁平的結(jié)構(gòu)形式下能實(shí)現(xiàn)良好的感應(yīng)式能量傳輸。優(yōu)選地，線圈繞組的外部區(qū)域可以側(cè)向地突出于磁通量引導(dǎo)單元，從而可以節(jié)省重量和成本。
[0022]在一個(gè)有利的實(shí)施方案中，漏磁場(chǎng)屏蔽件可以具有至少一個(gè)框或環(huán)，該框或環(huán)與線圈隔開(kāi)側(cè)向間隔地設(shè)置。在此有利地，側(cè)向間隔可以為沿間隔方向相互對(duì)置的外線圈繞組的線圈寬度的至少六分之一。更優(yōu)選地，漏磁場(chǎng)屏蔽件的寬度可以為沿間隔方向相互對(duì)置的外線圈繞組的線圈寬度的至少四分之一、優(yōu)選三分之一。由此可以良好地減少線圈之外的漏磁通量。優(yōu)選地，漏磁場(chǎng)屏蔽件在此可以與線圈的繞組的繞組軸線或外周同軸地設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)漏磁通量均勻的分布以及不會(huì)不利地影響主磁通量。
[0023]在一個(gè)優(yōu)選的改進(jìn)方案中，漏磁場(chǎng)屏蔽件可以由多個(gè)單個(gè)子部件組成，特別是由導(dǎo)磁良好的材料的條和/或板組成。由此可以簡(jiǎn)化制造和裝配，因?yàn)檩^小的條和板不太容易折斷并且可簡(jiǎn)單處理。為了以在部件之間小的氣隙獲得良好的磁通量，單個(gè)子部件可以相互齊平地設(shè)置和/或保持。
[0024]在制造技術(shù)上有利地，該線圈單元可以具有容納部，該容納部具有凹槽，所述凹槽用于在制造線圈單元之前、特別是在與線圈和磁通量引導(dǎo)單元澆鑄、壓入或螺紋連接或其他連接之前固定漏磁場(chǎng)屏蔽件。此外在此，容納部可以具有用于在制造線圈單元之前、特別是在與線圈和漏磁場(chǎng)屏蔽件澆鑄、壓入或螺紋連接或其他連接之前容納和固定磁通量引導(dǎo)單元的凹槽。
[0025]在一個(gè)有利的實(shí)施方案中，容納部可以由對(duì)于線圈的磁場(chǎng)可穿透的材料、特別是塑料制成，以便不影響磁通量。備選地，容納部可以至少部分地特別是在相應(yīng)于線圈單元的基板的部分上由屏蔽磁場(chǎng)的材料、特別是鋁制成，以便阻止磁場(chǎng)進(jìn)入到車輛的底部區(qū)域中。
[0026]優(yōu)選地，凹槽可以正是如此深，使得所述凹槽至少部分容納漏磁場(chǎng)屏蔽件，從而容納部保持相對(duì)平。備選地，凹槽可以如此深，使得所述凹槽完全容納漏磁場(chǎng)屏蔽件，從而漏磁場(chǎng)