CN104715879A - 磁通量的引导 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于引导磁通量的铁氧体装置(10，20)，其具有至少两个棱柱形设计的铁氧体部段(12，14，22)，该铁氧体部段横向于要引导的磁通量的方向地构成用于要引导的磁通量的横截面，并且其彼此相邻地布置，以使得相邻布置的铁氧体部段(12，14，22)的两个表面横向于要引导的磁通量的方向地相对置并且构成气隙(18，24，28)，从而在磁通量的方向上在铁氧体装置(10，20)的内部形成气隙长度。根据本发明，铁氧体部段(12，14，22)布置使得在横截面的任意位置上的气隙长度经过铁氧体装置(10，20)的横截面是等长的。

Description

磁通量的引导

技术领域

本发明涉及一种用于引导磁通量的铁氧体装置，其具有至少两个棱柱形设计的铁氧体部段，该铁氧体部段横向于要引导的磁通量的方向地构成要引导的磁通量的横截面，并且其彼此相邻地布置，以使得相邻布置的铁氧体部段的两个表面横向于要引导的磁通量的方向地相对置并且构成气隙，从而在磁通量的方向上在铁氧体装置内部形成气隙长度。此外，本发明涉及一种用于制造用于引导磁通量的铁氧体装置的方法，其中，至少两个棱柱形设计的铁氧体部段横向于要引导的磁通量的方向地构成要引导的磁通量的横截面，该铁氧体部段彼此相邻地布置以使得相邻布置的铁氧体部段的两个表面横向于要引导的磁通量的方向地相对置，并且两个表面构成具有在磁通量的方向上在铁氧体装置内部的气隙长度的气隙。此外，本发明涉及一种具有电绕组的绕组装置，电绕组具有由电导体组成的线圈。此外，本发明涉及一种能电驱动的车辆，具有：包括电机的驱动设备；用于在车辆的行驶运行中为电机提供电能的电蓄能器；和用于将电能供应给蓄能器的充电装置，其中充电装置包括绕组装置用于与能源进行无线能量技术耦合。最后，本发明还涉及一种用于能电驱动的车辆的充电站，具有用于电能源的接口、变流器和与所述变流器连接以用于与能电驱动的所述车辆的充电装置进行无线能量技术耦合的绕组装置，以便为所述车辆供应能量。

背景技术

铁氧体是导电不佳或者不导电的铁磁的陶瓷的材料，例如由像赤铁矿、磁铁矿的氧化铁、另外的金属氧化物、它们的组合或者类似物的组成。根据组成，铁氧体能够是硬磁性的或者软磁性的。在使用磁交变场的情况下，在能量转换器中、或者说在能量耦合中使用铁氧体。其通常在绕组装置中用作磁轭。由于其导电性小，因此其特别地适用于在具有高频率的磁交变场中使用。

此外，在充电装置、特别是其绕组装置的情况下使用铁氧体装置，该绕组装置设置用于与充电装置、特别是能电驱动的车辆进行无线能量技术耦合，由此其借助于磁交变场保持能量传输。

用于与能源进行无线能量技术耦合的充电装置在原理上是已知的，从而为此不需要额外的文件证明。电设备、例如能电驱动的车辆具有充电装置，因此能够将能量供应得该设备、特别是车辆，为了实施特定运动的目的，在设备或者车辆的蓄能器中提供和/或储存该能量。通常借助于充电站提供能量，该能量站在其自身方面连接在电能源上、例如公用能量供应网上、发电机和/或类似物上，由此其相应地涉及到电能。

一种将能量从充电站供应给能电驱动的车辆的充电装置的可能性在于，借助于车辆和充电站之间的电缆建立电连接。此外已知的是，根据另一种可能性建立无线能量技术耦合，其避免了借助于电缆的昂贵的机械连接。为了该目的，通常在充电站侧和车辆侧分别设置绕组装置，它们以能量传输为目的地相互对置地布置，并且能够在使用磁交变场的情况下实现能量技术耦合。

这种充电站用于在充电运行期间为能电驱动的车辆供能，以使得能电驱动的车辆能够执行其特定的功能，特别是在行驶运行期间。能电驱动的车辆需要用于行驶运行的能量。

具有用于借助于磁交变场无线传输能量的充电装置的这种车辆同样在原理上是已知的，从而为此也不需要额外的文件证明。能电驱动的车辆具有充电装置，因此能够将能量供应给能电驱动的车辆，为了实施特定运行、即行驶运行为的目的，其优选地储存在车辆的蓄能器中。通常借助于充电站提供能量，该能量站在其自身方面与电能源连接。在接收电能源的电能的情况下，充电站生成磁交变场。车辆的充电装置包括磁交变场，提取能量并且在车辆侧提供电能，特别地，以便为车辆的电蓄能器和/或驱动设备的电机供应电能。

既在车辆侧、又在充电站侧分别设置绕组装置，其经由磁交变场相互无线地能量技术地耦合。为了能够借助于绕组装置实现尽可能高的能量技术耦合的效率，通常既在车辆侧、又在充电站侧设置铁氧体装置形式的磁轭。由此能够以所期望的方式引导磁通量，并且实现能量技术耦合的高效率。

在特别地在能电驱动的车辆领域中应用的绕组装置中，例如在作为螺线管的设计方案中，此外通过铁氧体装置确定绕组组件的尺寸。努力使绕组装置的尺寸设计得尽可能的小，所示出的是，减小铁氧体装置的横截面能够导致局部过热。这损害了绕组装置以及与其连接的其他装置的功能和安全性。

发明内容

因此，本发明的目的在于，给出一种铁氧体装置、一种其制造方法、一种绕组装置、一种充电站以及一种能电驱动的车辆，这些具有改善了的特征。

作为解决方案，利用本发明提出一种根据独立权利要求1的铁氧体装置以及一种根据另一个独立权利要求7的用于制造铁氧体装置的方法。在绕组装置方面，本发明提出一种根据另一个独立权利要求10的绕组装置。此外，利用本发明提出一种根据独立权利要求11的能电驱动的车辆。最后，本发明利用独立权利要求12提出一种充电站。

本发明以这样的认知为基础，即特别当绕组装置提供无线能量技术耦合、也称为电感传输系统时，特别当绕组装置作为螺线管实现的时，与绕组的其他实施方式相比，在铁氧体装置中能够出现增高的磁通量密度。由于技术上的要求和/或可实现性，这样的铁氧体装置、特别在螺线管的情况下通常是部段式的，并且该铁氧体装置不是只由唯一的、而是由多个铁氧体部件或者铁氧体部段组成。

作为通常是非常易碎的陶瓷元件，在大尺寸时有破裂危险，特别地，例如在能电驱动的车辆的行驶运行中能够引起铁氧体装置的振动和冲击。除了这个原因，铁氧体装置通常由预设数量的铁氧体部段分块地构成，这些铁氧体部段相应地相互布置用于取得所期望的、预设的磁通量的通量集中。

这表明，从一个到另一个铁氧体部段的磁通量的传输通过通常不可避免的气隙来影响，其中铁氧体装置中的通量引导也会自我影响。通过气隙，在要引导的磁通量的横截面上的磁通量密度的分布能够变得非常不均匀。此外，这也能够通过变化的气隙长度在要引导的磁通量的方向上在横截面上造成或者增强。如果在磁通量方向上不均匀地构成相邻铁氧体部段之间的过渡或者气隙，那么会出现在铁氧体装置的横截面上的磁通量的不均匀的分布。由此得出关于加载唯一的铁氧体部段的不均匀性以及因此的铁氧体装置内部的局部的温度升高。

在铁氧体装置的足够大的横截面中，横截面足够用于补偿可能出现的不均匀性。这意味着，在其自己的横截面中足够大地选择铁氧体部段的尺寸，以用于引导磁通量。出于这个原因，特别地，铁氧体部段的厚度对于选择来说是足够大的。然而，这阻挠了铁氧体部段的厚度变紧凑、特别是减小。

为了能够减小铁氧体装置的尺寸，特别提出，减小横向于磁通量的方向的铁氧体装置横截面。然而由此，在铁氧体装置的情况下会出现开头所述的问题。

本发明提供了一个可能性方案，其避免或者减小了前述的问题。特别地，本发明能够实现的是，减少要引导的磁通量的横截面。在此，本发明基于这样的认知来建立，即相对于气隙的磁阻来说，铁氧体部段内部的磁通量的磁阻是非常小的。

因为铁氧体装置是由多个更小的铁氧体部段组合在一起，所以在磁通量的方向上的相邻的铁氧体部段的过渡位置处，磁阻基于气隙而增加。在现有技术中，在该位置处容许经过横截面的磁通量密度的不均匀性。在铁氧体部段的横截面减小、特别是厚度减小时，这能够导致铁氧体部段的局部过热。在现有技术中，这限制了引导磁通量的铁氧体装置的横截面的减小。

利用本发明公开的一个可行性方案：减少经过铁氧体装置的横截面的不合适的磁通量密度分布，其中，前述问题、特别是关于变热的问题能够被显著的减少。由此能够实现的是，总体上更好地充分利用铁氧体装置，其中，能够实现自由地减小横截面、例如铁氧体部段的厚度和因此的绕组装置的结构高度。

本发明由此实现该情况：不仅以任意的方式布置铁氧体部段，还这样布置当前是棱柱形的铁氧体部段，即经过铁氧体装置的横截面，气隙长度在横截面的任意位置上基本上是等长的。由此能够实现的是，尽可能地减小气隙决定的不均匀性，从而能够为经过横截面的磁通量提供基本上均匀的磁阻。由此，磁通量密度的经过横截面基本上均匀的通量分布进行调整。因此，本发明使用这样的认知，即这个或这些气隙的几何形状基本上共同确定了经过了横截面的磁通量的分布或者梯度。横截面优选地是通过要引导的磁通量的铁氧体装置提供的沿着其延伸的面，其设计为垂直于要引导的磁通量的方向。

特别地，铁氧体部段构造为棱柱形状的几何体，并且优选地全部具有相同的几何形状。棱柱是几何体，其具有多边形作为基面，并且其侧边棱基本上是平行的和等长的。通过形成平坦的基面的四边形沿着不在该平面中的直线的平行移动，能够在空间中生成棱柱。因此，棱柱是特别的多面体。铁氧体部段的一个优选的设计方案是具有矩形基面、特别是方形的棱柱。

特别有利的是，铁氧体部段具有大于1、优选地大于10、特别地大于100的相对磁导率。在铁氧体装置的情况下，能够将铁氧体部段布置在一个水平面中。铁氧体部段例如制成为烧结体，并且具有高份额的氧化铁、磁铁矿、其他的能磁化的氧化物和/或类似物。

优选地，铁氧体部段布置在其中的平面以及铁氧体部段自身无法弯曲。

本发明的一个特别实用的设计方案在于，铁氧体部段的面向气隙的表面基本上特别是平的，即不具有弯曲部。由此能够实现的是，相邻的铁氧体部段的、形成气隙的相对置的表面基本上是相互平行取向的。由此以特别简单的方式确保：在气隙的任意位置上基本上都存在有相等的气隙长度。因此，气隙的相应的局部磁阻对于基本上经过横截面的磁通量来说局部恒定，从而能够尽可能地避免磁通量的、基于气隙的变化磁阻的通量集中。

此外当然能够提出，相邻的铁氧体部段的面向气隙的表面具有在表面上的对应一致的轮廓，因此以这种方式能够确保，经过气隙的横截面在任意位置上基本上能够实现相同的气隙长度。在此，气隙长度指向磁通量的相应的局部方向。

本发明的一个改进方案在于，气隙具有限定了气隙长度的间距保持件。相应地，铁氧体部段借助于间距保持件定位和/或取向。因此，优选地由非铁磁或者铁氧体磁原料构成的间距保持件用作用于定位相邻的铁氧体部段的规则，从而能够实现具有所期望的特征的气隙。

可替换地，当然也能够提出，相邻的铁氧体的表面直接相互邻接，并且仅通过相邻的铁氧体部段的相互邻接的表面的表面粗糙度生成气隙。因此，横向于要引导的磁通量的方向，彼此相邻布置的铁氧体部段的表面直接相互邻接。因此，能够实现气隙的非常小的磁阻。因此，能够减小经过要引导的磁通量的横截面的气隙长度的偏差或者将其保持的较小。

根据一个改进方案提出，铁氧体装置具有多个铁氧体部段，其中，至少两个铁氧体部段分别横向于磁通量的方向彼此相邻地布置，其中，在要引导的磁通量的方向上经过所述横截面的相应气隙长度的总和分别相同。特别地，该设计方案适用于的情况是，基于对要引导的磁通量的横截面要求和能支配的空间的外部边界条件，铁氧体部段的布局所要求的是，因此在要引导的磁通量的横截面的不同位置处有不同数量的气隙。在要引导的磁通量的共同路段，在横截面上的气隙长度分别是基本上恒定的，由此在这种情况下也能够基本上实现经过要引导的磁通量的横截面的磁通量密度的均匀性。

前述设计方案特别有利地表明了，具有不同数量的气隙的区域在铁氧体装置的整体延伸上相互地间隔开，即，铁氧体部段以比两个在磁通量的方向上相邻的铁氧体间的气隙更大的间距横向于磁通量的方向地间隔开。由此能够实现的是，磁通量不会被排斥到具有较小数量的气隙的区域中，并且因此经由铁氧体装置的延伸方向局部地基于相邻的气隙在气隙的旁边生成磁通量密度集中。

此外，利用本发明提出了，铁氧体部段的至少一个面向气隙的表面具有小于1μm、特别地小于200nm的粗糙度。由此能够实现的是，特别是在相邻的铁氧体部段的平行相对置的、形成气隙的表面的情况下，气隙长度基本上是等长的。该设计方案特别有利地表明，相邻的铁氧体部段的相对置的表面直接彼此相邻。通过较小的粗糙度，能够减小经过要引导的磁通量的横截面的气隙长度中的变化，由此同样能够减小对要引导的磁通量的影响。粗糙度能够根据DIN 4760或者类似物来确定和/或说明。

此外，在方法技术上提出的是，磨光铁氧体部段的至少一个对应于气隙的表面。特别地，应当磨光铁氧体部段的每个对应于气隙的表面。由此，能够实现较小的表面粗糙度和/或基本上能忽略的表面弯曲。两种方法所允许的是，既自身地、又共同地改善经过要引导的磁通量的横截面的磁通量密度的分布。

此外，利用本发明提出一种具有电绕组的绕组装置，电绕组具有由电导体组成的线圈，其中，绕组装置包括根据本发明的铁氧体装置。由此，能够利用绕组装置实现本发明的铁氧体装置的优点。绕组用于在无线能量技术耦合的运行的范畴内与磁交变场相互影响。在绕组的接口处，能够借助于电导体，取决于绕组和磁交变场的相互影响来提供电压。

最后，利用本发明提出一种能电驱动的车辆，其特征在于，其绕组装置具有根据本发明的铁氧体装置。由此能够实现的是，绕组装置能够在其尺寸方面减小，因此，能够在车辆的情况下节省结构空间和重量。此外，还能够利用本发明实现铁氧体装置的前面已经叙述的优点。利用绕组装置能够实现的是，将能量供应给能电驱动的车辆，即经由与磁交变场的无线能量技术耦合，该磁交变场与绕组装置相互影响。这种磁交变场能够由合适设计的充电站提供。

最后，利用本发明还提出了一种用于能电驱动的车辆的充电站，其中，充电站的绕组装置具有根据本发明的铁氧体装置。由此，充电站能够在现有尺寸的情况下生成更高的功率密度或者通量密度，从而能够改善无线能量技术耦合的效率或者工作能力。

附图说明

根据附图能够得到下述实施例的另外的优点和特性。在附图中相同的部件和功能用同样的标号标注。实施例仅用于解释本发明，并且不应当限制于此。

在此：

图1示出具有铁氧体部件的铁氧体装置，其中，在经过要引导的磁通量的横截面上，在磁通量的方向上存在有不同数量的在铁氧体装置的延伸方向上的气隙；并且

图2示出具有根据本发明的铁氧体部段的铁氧体装置。

具体实施方式

图1示出了具有铁氧体部段12，14的铁氧体装置10，其中铁氧体部段12，14构造为矩形的棱柱，其具有大概4mm的厚度。铁氧体部段12具有4和6cm的边长，而铁氧体部段14具有4和8cm的边长。

在根据图1的铁氧体装置10中，铁氧体部段12在一个平面内利用其6cm长的长侧直接彼此相邻地布置。在图1的铁氧体装置10中这样布置四个铁氧体部段12，即其以其长侧相互邻接，并且以这种方式形成三个气隙18，其横向于要引导的磁通量的通量方向16地取向。与此相邻地布置两个铁氧体部段14，其4cm长的短侧在通量方向16上相互邻接，并且构成气隙24。此外，由此组成的布局紧邻铁氧体部段12，从而使气隙24和中间的气隙28形成共同的气隙。

在实际运行中，通量分布基于气隙18，24地自身设定，其导致了在铁氧体部段14中的增高的磁通量密度。因此，由于磁通量的影响而在铁氧体部段14中存在有增高的功率损耗。因此导致了在铁氧体部段14的范围中的局部变热或者过热。这是由此形成的，即仅基于唯一的气隙24，在铁氧体14的区域中的磁通量16的方向上的磁阻仅是铁氧体部段12中的磁阻的1/3。磁阻在当前大多数通过多个磁阻来确定。与此相反，铁氧体部段12的区域中的磁阻基本上通过三个气隙18形成，其在磁通量的角度上也是依次连接的。由此在磁通量方面，一方面由铁氧体部段14并且另一方面由铁氧体部段12组成并联电路。根据相应的磁阻，磁通量因此基于较小的磁阻尽可能地分布在铁氧体部段14的区域上，由此，在铁氧体部段14中导致了相应的高功率损耗。与此相对，对铁氧体部段12加载了相对较小地磁通量，从而与铁氧体部段14相比，铁氧体部段12中的功率损耗基本上是更小的。此外，铁氧体部段12在其可能性方面并非优化地负载，反而铁氧体部段14是过载的。

图2示现在示出根据本发明的铁氧体装置20的设计方案，铁氧体装置由棱柱形的铁氧体部段22组成，它们全部具有3mm的厚度，并且具有3以及2cm的边长。因此，铁氧体部段22设计为矩形的，并且在一个平面内以方格形式来布置。由此，在铁氧体部段22的相邻表面之间形成了气隙28，其基本上是均匀的和相同的。由此，对于经过铁氧体装置20的由铁氧体部段22形成的横截面的磁通量来说，在其在通量方向16上的延伸上存在数量分别恒定的气隙28，从而形成了对于磁阻的同样均匀的分布。由此得以保障的是，在通量方向16上的磁通量基本上均匀地在气隙28上分布，并且因此均匀地给铁氧体部段22加载磁通量。在这种布局中，不取决于横向于在相邻的铁氧体部段22之间的通量方向16的气隙。

通过本发明实现的是，磁通量均匀地分布在铁氧体部段22上，从而功率损耗也基本上均匀地在整个铁氧体部段22上分布。由此能够实现的是，能够减小铁氧体部段22的厚度，从而能够总体上减小具有这样的铁氧体装置20的绕组装置的结构高度。

另一个根据图1的本发明的设计方案在于，气隙18的气隙长度的总和与气隙24的气隙长度相同。对此，相应地布置铁氧体部段12，14。此外，横向于通量方向16地设置另外的气隙26，其横向于通量方向16的气隙长度超过气隙24的在气隙16的方向上的气隙长度的大概10倍。由此实现的是，引导通过铁氧体部段12的磁通量在第一个和最后的气隙18的区域中不能够被局部地排斥到相应的铁氧体部段14中，并且因此能够导致通量密度需求的局部不均匀性。

在根据图2的实施例中提出，铁氧体部段22的彼此相邻布置的表面是磨光的，并且具有小于200nm的表面粗糙度。

总体上表明的优势在于，通过本发明能够基本上使在要引导的磁通量的横截面中的磁通量密度的梯度均匀，从而减少由于磁通量的通量密度集中出现的局部过热，如果该过热不能甚至完全避免的话。

根据附图描述的实施例仅用于解释本发明，并且不应当限制与此。

显而易见地，根据需要，专业人员能设计相应的变体，而不脱离本发明的核心思想。特别地，能够根据需求地以任意的方式相互组合各个特征。此外，当然能够通过相应的方法步骤实现装置特性，并且反之亦然。

Claims (12)

1.一种用于引导磁通量的铁氧体装置(10，20)，具有至少两个棱柱形设计的铁氧体部段(12，14，22)，所述铁氧体部段横向于要引导的所述磁通量的方向地构成用于要引导的所述磁通量的横截面，并且所述铁氧体部段彼此相邻地布置，以使得相邻布置的所述铁氧体部段(12，14，22)的两个表面横向于要引导的所述磁通量的方向地相对置并且构成气隙(18，24，28)，从而在所述磁通量的方向上在所述铁氧体装置(10，20)内部的形成气隙长度，其特征在于，所述铁氧体部段(12，14，22)布置使得在所述横截面的任意位置上的所述气隙长度经过所述铁氧体装置(10，20)的所述横截面是等长的。

2.根据权利要求1所述的铁氧体装置，其特征在于，所述气隙(18，24，28)具有限定了所述气隙长度的间距保持件。

3.根据权利要求1或2所述的铁氧体装置，其特征在于，表面彼此相邻布置的所述铁氧体部段(12，14，22)横向于要引导的所述磁通量的方向地直接相互邻接。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的铁氧体装置，其特征在于，有多个铁氧体部段(12，14)，其中，各至少两个铁氧体部段(12，14)横向于所述磁通量的方向地彼此相邻布置，其中，在要引导的所述磁通量的方向上经过所述横截面的相应的所述气隙长度的总和分别相同。

5.根据权利要求4所述的铁氧体装置，其特征在于，所述铁氧体部段(12，14)横向于要引导的所述磁通量的方向地以大于所述气隙(18)的间距间隔开。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的铁氧体装置，其特征在于，所述铁氧体部段(12，14，22)的至少一个面向所述气隙(18，24，28)的表面具有小于1μm、特别是小于200nm的粗糙度。

7.一种用于制造用于引导磁通量的铁氧体装置(10，20)的方法，其中，至少两个棱柱形设计的铁氧体部段(12，14，22)横向于要引导的所述磁通量的方向地构成要引导的所述磁通量的横截面，所述铁氧体部段彼此相邻地布置以使得相邻布置的所述铁氧体部段(12，14，22)的两个表面横向于要引导的所述磁通量的方向地相对置，并且所述两个表面构成具有气隙(18，24，28)，所述气隙具有在所述磁通量的方向上在所述铁氧体装置(10，20)内部的气隙长度，其特征在于，所述铁氧体部段(12，14，22)布置使得在所述横截面的任意位置上的所述气隙长度经过所述铁氧体装置(10，20)的所述横截面是等长的。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述铁氧体部段(12，14，22)借助于间距保持件定位和/或取向。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，磨光所述铁氧体部段(12，14，22)的至少一个对应于所述气隙的表面。

10.一种具有电绕组以及根据权利要求1至6中任一项所述的铁氧体装置(10，20)的绕组装置，所述电绕组具有由电导体组成的线圈。

11.一种能电驱动的车辆，所述车辆具有：包括电机的驱动设备；用于在所述车辆的行驶运行中为所述电机提供电能的电蓄能器；和用于将电能供应给所述蓄能器的充电装置，其中所述充电装置包括绕组装置用于与能源进行无线能量技术耦合，其特征在于，所述绕组装置具有根据权利要求1至6中任一项所述的铁氧体装置(10，20)。

12.一种用于能电驱动的车辆的充电站，具有用于电能源的接口、变流器和与所述变流器连接以与能电驱动的所述车辆的充电装置进行无线能量技术耦合的绕组装置，以便为所述车辆供应能量，其特征在于，所述绕组装置具有根据权利要求1至6中的任一项所述的铁氧体装置(10，20)。