CN101522460A - 带有接收器线圈的、用于无接触地传递电能的接收单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有接收器线圈的、用于无接触地传递电能的接收单元。所述接收器线圈具有多个用于汇聚场力线的、由带有高磁导率的材料制成的导磁元件(16a、16b)。导磁元件(16a、16b)构成一个连在一起的成型件，该成型件构成在一个基体(18)内，并且与所述基体一起组合成一个完全预制的结构单元。所述成型件的制造适当地通过浇铸实现，其中基体(18)用作为铸型。

Description

带有接收器线圈的、用于无接触地传递电能的接收单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中所述类型的接收单元和一种按权利要求10的前序部分的用于其制造的方法。
背景技术
所述类型的接收单元是已知的(DE 10 2004 056 439 A1)。它们尤其在磁悬浮列车中用于无接触地感应地将电能从车道传递到列车上。为了所述的目的，在车道上设有至少一个连接到电压源上的构成为发射线圈的初级导体，并且在列车上设有至少一个次级接收器线圈。所述接收器线圈优选构成为接收单元的组成部分，并且与该接收单元一起固定在一个具有支承磁铁的磁铁背箱上，该磁铁背箱本身通过车架弓(Gestellbügel)与列车的底盘或车厢连接。
为了改进初级导体与接收器线圈之间的磁耦合，并且为了避免涡流损失，接收器线圈在其远离初级导体的一侧上设有用于汇聚由初级导体产生的磁场线的器件。所述器件包含以条和连接其端部的连接元件的形式的导磁元件(Fluβleitelement)，所述条和连接元件由一种带有高磁导率和高电阻的材料、优选由一种铁素体、尤其是一种软铁素体(Weichferrit)制成。条和连接元件通过粘接或其他方式连接成一个能贴靠到接收器线圈上的栅架。
由一种材料(如铁素体等)制成的导磁元件的制造通过压制和紧接着烧结由所述材料制成的粉末实现。由此获得的导磁元件较脆、机械敏感和难以加工。此外将导磁元件接合成一个栅架带来高的人工成本。
发明内容
以此为出发点，本发明所要解决的技术问题是，简化接收单元的制造，并且克服由导磁元件的脆性产生的缺点。
权利要求1和10的特征部分的特征用于实现所述目的。
本发明带有的优点是，获得包含导磁元件的结构单元，该结构单元可用简单的方式完全预制，更确切地说可选地带有或不带有配属的接收器线圈。因为各个导磁元件通过浇铸过程互相连接并且定位在一个基体内，所以不再出现到目前为止与由铁素体等制成的导磁元件相关的困难。
本发明的其他有利的特征由从属权利要求给出。
附图说明
下面结合实施例的附图详细解释本发明。其中：
图1示意显示通常的磁悬浮列车在设有长定子的车道区域内的部分剖面图；
图2显示接收单元一部分的示意的透视的且强烈放大的视图；
图3示意显示按图2的接收器线圈和初级导体的横截面图；
图4显示可用于制造接收单元的按本发明的基体的透视图；
图5至6显示沿着图4的线V-V和VI-VI的放大的剖视图；
图7显示在放上接收器线圈和浇入导磁材料后的按图6的基体的剖视图；
图8示意显示产生可在制造接收单元时使用的按本发明的结构单元的分解的透视图。
具体实施方式
图1示意地示出磁悬浮列车1的横截面图，该磁悬浮列车以通常的方式可移动地装在一条沿着路线的纵向延伸的车道上，该车道包含由钢和/或混凝土制成的支座2和装在所述支座上的车道板3。磁悬浮列车1的驱动借助于长定子电机实现，该长定子电机具有固定在车道板3下面的、沿着所述车道板的纵向彼此接连的定子叠片4。长定子电机真正的励磁场通过至少一个设有支承磁铁的磁铁结构产生，该磁铁结构具有面向定子叠片4的在图1中向下敞开的槽的磁极。支承磁铁5在磁悬浮列车1运行时在支承磁铁5与定子叠片4之间保持一个预先确定的缝隙，这样它不仅提供励磁场，而且满足支承和悬浮的功能。此外包含支承磁铁5的磁铁结构装在磁铁背箱6内，该磁铁背箱通过设置在侧面的车架弓固定在磁悬浮列车1上。
沿着车道设有一个构成为发射线圈的初级导体7，该初级导体优选包含去往的和返回的导线段7a、7b，并且适当地在车道的整个长度上延伸。两个导线段7a、7b例如借助于一由绝缘体构成的支架8固定在支座2上。此外，初级导体7接在一个只示意地示出的优选高频的例如200A的电流源9上。
在磁悬浮列车1上装配有一个带有接收器线圈10的接收单元。所述接收单元优选构成为使它不环绕初级导体7，而是隔开一小段距离地与该初级导体对置。接收器线圈10优选包括多个平行的导体，所述导体相对于初级导体7设置，以便这些导体可以被由该初级导体或导线段7a、7b产生的磁力线穿过，并且由初级导体7提供的大约200A的电流可以在这些导体的未示出的连接端上被输出耦合。接收器线圈10的两个未示出的连接端以已知的方式例如与一个变压器连接，该变压器是一种通常的供电单元的组成部分，该供电单元给磁悬浮列车1供给对于其运行必需的电能。在此清楚的是，当磁悬浮列车1在两个纵面上设有支承磁铁5时，适当地在支座2两侧上设置相应的初级导体7，并且沿着磁悬浮列车1的纵向设有许多接收单元，如为了其运行是必需的或者由于冗余原因是希望的。
接收器线圈10优选与必要的接触元件例如插塞连接器一起制造为预制的组件，并且装在磁铁背箱6上。特别适当的是，将接收器线圈10装在护板11上或内，该护板固定在磁铁背箱6的面向初级导体7的背面上。
接收器线圈10优选按一种所谓的分层绕组的类型构成。如图2所示，它包含在一个平面内的多个层。各个层优选由一个带有圆形或正方形横截面的导体制成，并且具有互相平行的且沿着磁铁结构延伸的基本上直线的第一和第二纵段10a、10b及将其端部连接起来的绕组头10c。纵段10a、10b平行于初级导体7的导线段7a、7b延伸，并且用于产生电压。在此第一纵段10a配属于初级导体7的导线段7a，并且第二纵段10b配属于导线段7b，以便导线段7a、7b相应大致设置在由配属的纵段10a、10b构成的层部分的中间，尤其如图3所示。与此相对，接收器线圈10的导体在绕组头10c的区域内基本上垂直于导线段7a或7b延伸。
此外，为了提高初级导体7与接收器线圈10之间的磁耦合并且为了避免涡流损失，接收单元在接收器线圈10的远离初级导体7的一侧上具有用于汇聚由初级导体7产生的场强的器件，如示意地在图3中通过磁场线14a、14b所示。所述器件包含导磁元件，所述导磁元件由带有高磁导率和高电阻率的材料制成。一种特别优选的用于所述目的的材料是铁素体，尤其软铁素体，然而该铁素体由于其由铁磁粉末通过压制和紧接着的烧结的制造是相对脆的、机械敏感的并且从而是难以加工的。因此导磁元件到目前为止由许多相对小的材料条和连接元件组成，所述材料条和连接元件通过粘接或其他方式互相连接成栅架。
在一种同样由图2和3可见的结构中，例如在接收器线圈10的远离导线段7a的一侧上设有多个第一材料条15a，所述材料条基本上垂直于导线段7a并且平行于由纵段10a构成的绕组平面地设置。在接收器线圈10的远离导线段7b的一侧上在相应的结构中设有多个第二材料条15b，所述第二材料条适当地在与第一材料条15a相同的同一平面内。两种材料条15a、15b具有略大于由纵段10a、10b构成的层部分的高度的长度，而它们不以互相面对的端部交叠。各个材料条15a、15b相应是栅型的，并且用预选的距离互相平行地设置。
第一材料条15a的端部通过第一连接元件16a互相连接，所述第一连接元件基本上平行于导线段7a设置。相应地，第二材料条15b的端部通过第二连接元件16b连接。因此产生按栅架的类型构成的结构元件，所述结构元件固定在磁铁背箱6上。
不仅材料条15a、15b而且连接元件16a和16b优选由铁素体构成。此外它们适当紧紧地在纵段10a、10b后面设置成使它们汇聚由导线段7a、7b产生的场力线14a或14b，如在图3中示意地示出。在此在图3中假设，导线段7a此时沿着从图平面出来的方向，并且导线段7a此时沿着进入到图平面内的方向被电流流过。由于材料条15a、15b的高磁导率，场力线14a、14b紧挨在导线段10a、10b后面闭合，如在图3中示意地由箭头示出，由此强烈地提高磁耦合。同时避免产生较大的涡流损失，因为材料条15a、15b和连接元件16a、16b由于其高磁导率而磁性地屏蔽磁铁背箱6的在它们后面的部分。最后连接元件16a、16b应使磁通量尽可能均匀地分布在栅架结构内。因此材料条15a、15b和连接元件16a、16b的长度优选选择成使得聚集或汇聚尽可能多的场力线14a、14b。
连接元件16a、16b优选固定在材料条15a、15b的面向导线段7a、7b的侧面上。因此产生的优点是，它们同接收器线圈10的纵段10、10b基本上在同一平面内，尤其如图3所示。因此对于它们不产生附加的空间需求，当它们在磁性方面足够的厚度大约等于纵段10a、10b的厚度时尤其如此。
所述类型的接收单元由文献DE 10 2004 056 439 A1已知，在此为了避免附加的重复通过引用将该文献作为本公开文件的内容。
为了简化制造，由条15a、15b和连接元件16a、16b构成的栅架按本发明从一个基体18(图4)出发，该基体在应该存在导磁元件的地方到处设有以槽等形式的凹坑，并且从而可以看作为排列的辅助措施。保留在凹坑之间的连接片这样构成，以使其表面至少部分地也可以用作为接收器线圈10的放置面。此外，导磁元件不是由单独的条和连接元件，而是由一个连在一起的设置在凹坑内的成型件构成，该成型件与基体18一起组合成一个完全预制的结构单元。
如图4至6所示，基体18在本实施例中由一块原始为平行平面的板制成，该板如接收器线圈10一样具有基本上矩形的外轮廓，并且从而具有两个长的互相平行设置的纵面18a和两个短的与此垂直设置的同样基本上平行的端面18b。此外，基体18通过一个平行于纵面18a延伸的中间筋19分成基本上相对于该中间筋镜面对称地构成的两半。
为了构成条15a、15b(图2)，基体18的每一半从其在图4至6中处于上面的横侧面开始设有多个第一凹坑20，所述第一凹坑的下边界或底部在图6和7中用虚线示出。凹坑20延伸到基体18的一第一平面21，并且一方面垂直于纵面18a和中间筋19，另一方面互相平行地设置。所述凹坑20的数量和大小等于需要制造的条15a和15b的数量和大小。
保留在凹坑20之间的连接片22按图5和6在其与纵面18a和中间筋19邻接的端部上设有第二凹坑23，所述第二凹坑同样延伸到第一平面21上，并且从而与第一凹坑20连接。
在一个到目前为止被认为是最好的且在图4至7中示出的实施例中，降低连接片22的在构成第二凹坑23后余下的且面向纵面18a的部分22a(图6)的高度，以便部分22a只延伸到一第二平面24，该平面与第一平面21隔开一段距离，该距离等于需要制造的条15a和15b的厚度。由此产生第三凹坑25，所述第三凹坑用于接纳接收器线圈10的纵段10a、10b。凹坑25横向于基体18的纵面18a从第二凹坑23一直延伸到连接片22的台阶22b，并且沿着所述延伸方向具有下述长度，该长度等于需要放入的接收器线圈10的宽度，所述接收器线圈的纵段10a、10b在图7中可见。
连接片22的未降低其高度的部分22c的表面在基体18的一第三平面26上。基体18的四周延伸的边缘段27以及中间筋19的表面也在所述平面26上，该平面与第二平面24隔开一段距离，该距离基本上等于接收器线圈10的厚度。
基体18在每个与端面18b邻接的区域内设有另外的一直延伸到第二平面24的凹坑28(图4)。所述凹坑28的大小构成为使它们可以接纳接收器线圈10的绕组头10c(图2)。此外，选择接收器线圈10的不同层的高度以使该接收器线圈在其被放置到凹坑25和28的上表面或底部上之后与第三平面26齐平地封闭，如图7所示。
接收单元的制造适当地用在图8中示出的方式如下实现：
首先通过对一块平行平面的板进行例如切削加工、尤其是进行不同的铣削步骤，使基体18设有由图4至6可见的凹坑20、23、25和28和连接片22。因此凹坑25和28便构成用于接纳接收器线圈10的空间。确定所述空间的尺寸，以使接收器线圈10在放入到基体18内时用其内轮廓10d一方面与台阶22b贴靠(图7)并从而沿着基体18的横向定位，另一方面碰到中间筋19的自由端上并从而沿基体18的纵向定向。所述状态在图8的最下面示出。换句话说，台阶22b和中间筋19的端部构成用于将接收器线圈10精确定位在基体18内的止挡和定位件。
在基体18的两半内的相应最后的在图4中设有附图标记22a的连接片在本实施例中没有凹坑23，以便所述连接片22a在凹坑23区域内一直延伸到第三平面26，并且只具有用于放入接收器线圈10的凹坑25。
在一接下去的方法步骤中，此时将接收器线圈10放入到基体18内，如图7和8所示。接收器线圈10在此贴靠在台阶22b上，以便凹坑23保持自由。
在继续的方法步骤中，准备一种液态混合物，该混合物包含一种可硬化的浇铸树脂和一种粉末，该粉末由一种带有高磁导率的材料构成。为此尤其使用一种由铁素体优选由一种软铁素体构成的粉末。制造所述的混合物当然也可以在制造基体18前和/或在将接收器线圈10放入该基本内之前已经进行。
做好的优选包含一种带有硬化剂的多组分浇铸树脂的混合物此时借助于未示出的浇铸嘴浇铸到未由接收器线圈10占据的凹坑23内。为此，可选地也可以使用在凹坑23的长度上连贯的流槽。浇铸树脂在浇铸过程中不仅进入到凹坑23内，而且进入在所述凹坑之间延伸的、部分地在接收器线圈10下面的凹坑20内，并且将其完全填满。基体18在此用作为铸型。通过提高的连接片22a防止浇铸树脂流出到凹坑28内。
当浇铸树脂液面到达第三平面26(图7)时，结束浇铸过程。因此浇铸树脂可以在存在于连接片22的部分22c之间的区域内上升直到平面26，如在图3中通过虚线29所示。但是这不影响作为导磁元件的条15a、15b的功能。
所述方法的优点在于，产生一种按栅架类型的成型体，该成型体包括由图2和3可见的条15a、15b和连接元件16a、16b，不同之处在于所述条和连接元件一体地制造，并且构成一个一体的连在一起的栅架，该栅架在基体18内下沉地设置。因此特别的用于将条15a、15b和连接元件16a、16b连接的措施不是必需的。此外有利的是，接收器线圈10也已经装入到基体18内，并且通过浇铸过程牢固地埋在该基体内。因此基体18、接收器线圈10和导磁元件15a、15b、16a、16b构成一个完整预装配的或可完整预装配的接收和结构单元，该接收和结构单元可以作为整体与磁铁背箱6的护板11(图1)连接或者可以集成到该护板内。
在使用借助于图5至8描述的浇铸方法时可以有利地将导磁元件15a、15b(图2)构成为在接收器线圈10的长度上连贯的板。在所述情况中，可以完全取消连接片22(图5至7)，并且凹坑20沿着基体18的纵向连贯地构成。因此例如在第一步骤中基体18的整个下部的空间直到平面24(图6)将用浇铸树脂混合物填满，然后放入接收器线圈10，并且最后用浇铸树脂混合物填充在图7中由导磁元件16a和16b占据的空间。
基体18优选由塑料尤其是泡沫材料例如聚氨酯，并且特别有利地由带有减震作用的泡沫材料制成。但是取代切削加工也可能的是，在使用相应模具的情况下作为整体通过浇铸、发泡或压制制造基体18。
本发明不局限于所述的实施例，该实施例可以用多种多样的方式变型。这尤其适用于导磁元件的由图2和3可见的栅架形结构，因为所述导磁元件也可以按其他适当的图案设置，并且大于或小于所述形式地构成。此外需要时可能的是，基体18只设有导磁元件15a、15b、16a、16b，并且在浇铸导磁元件时用挤压体填满凹坑25，该挤压体按照接收器线圈10地构成，以便从而防止浇铸树脂侵入到凹坑25内。当基体18通过浇铸、压制等制造时，可以使用相同的方式进行，以便在此保留用于接收器线圈10的凹坑25和28。因此接收器线圈10在此后的方法步骤中装入到由基体18和导磁元件15a、15b、16a、16b构成的结构单元内。完整的接收单元在所述情况中构成为两件式的。此外清楚的是，接收器线圈10在合适的位置上设有未示出的连接触点，并且也可以完全取消凹坑28，当希望将绕组头10c类似于DE102004 056 439 A1向后弯曲时尤其如此。最后不言而喻，不同特征也可以在不同于所述和所示的组合中使用。

Claims (20)

1.带有接收器线圈(10)的、用于无接触地传递电能的接收单元，其中接收器线圈(10)配设有多个用于汇聚场力线(14a、14b)的导磁元件(15a、15b、16a、16b)，所述导磁元件由一种带有与空气相比较高的磁导率的材料制成，其特征在于：所述接收单元具有一个带有用于接纳导磁元件(15a、15b、16a、16b)的凹坑(20、23)的基体(18)，并且导磁元件(15a、15b、16a、16b)由一个连在一起的设置在凹坑(20、23)内的成型件构成，该成型件与基体(18)一起组合成一个完全预制的结构单元。
2.根据权利要求1所述的接收单元，其特征在于：基体(18)设有用于接收器线圈(10)的止挡和定位件(19、22b)。
3.根据权利要求1或2所述的接收单元，其特征在于：基体(18)在凹坑(20、23)之间设有用于放置接收器线圈(10)的连接片(22)。
4.根据权利要求1至3之一所述的接收单元，其特征在于：基体(18)由塑料制成。
5.根据权利要求4所述的接收单元，其特征在于：基体(18)由泡沫材料制成。
6.根据权利要求1至5之一所述的接收单元，其特征在于：接收器线圈(10)具有两个隔开距离地设置的纵段(10a、10b)和将所述纵段连接的绕组头(10c)。
7.根据权利要求6所述的接收单元，其特征在于：基体(18)具有用于接纳接收器线圈(10)的空间(25、28)，该空间包含用于放置接收器线圈(10)的纵段(10a、10b)的连接片(22)，并且包含在基体(18)内的设置在导磁元件(15a、15b、16a、16b)侧面的凹坑(28)。
8.根据权利要求1至7之一所述的接收单元，其特征在于：导磁元件(15a、15b、16a、16b)由包含铁素体的材料制成。
9.根据权利要求6至8之一所述的接收单元，其特征在于：导磁元件包含横向于接收器线圈(10)的纵段(10a、10b)延伸的条(15a、15b)和平行于纵段(10a、10b)延伸的将条(15a、15b)互相连接的连接元件(16a、16b)。
10.设有接收器线圈(10)的用于无接触地传递电能的接收单元的制造方法，其中接收器线圈(10)配设有多个用于汇聚场强的导磁元件(15a、15b、16a、16b)，所述导磁元件由一种带有与空气相比较高的磁导率的材料制成，其特征在于：通过给用作成型件的基体(18)设有用于接纳导磁元件(15a、15b、16a、16b)的凹坑(20、23)，将导磁元件(15a、15b、16a、16b)构成在该基体(18)内；由浇铸树脂和高磁导率材料的粉末制造液态混合物，然后将该液态混合物浇铸到凹坑(20、23)内，以构成导磁元件(15a、15b、16a、16b)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：基体(18)在凹坑(20、23)之间设有用于放置接收器线圈(10)的连接片(22)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：在浇铸后硬化混合物或者使该混合物硬化。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于：连接片(22)设有用于贴靠接收器线圈(10)的台阶(22b)。
14.根据权利要求10至13之一所述的方法，其特征在于：基体(18)由塑料制成。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：基体(18)由泡沫材料制成。
16.根据权利要求10至15之一所述的方法，其特征在于：凹坑(20、23)通过构成基体(18)的板的切削加工制成。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于：基体(18)在构成为基体(18)的阴模的模具内通过浇铸、发泡或压制而制成。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于：基体(18)设有用于接纳接收器线圈(10)的空间(25、28)。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于：所述空间(25、28)通过将挤压体放入到模具内而制成。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于：在浇入混合物之前将接收器线圈(10)放入到基体(18)内。
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