CN105122399A - 用于通过四极子感应式地传输能量的次级侧的线圈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在初级侧的线圈装置和次级侧的线圈装置(A1，A2)之间传输能量的感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述次级侧的线圈装置(A1)具有线圈(SS1，SS2，SS3、SS4)，所述线圈形成所述线圈装置(A1)的四个在一个平面中彼此并排设置的线圈区域(BES1，BES2，BES3、BES4)，其中每个线圈(SS1，SS2，SS3、SS4)与至少一个电容器(CS1-4)共同形成振荡电路(RESS)。

Description

用于通过四极子感应式地传输能量的次级侧的线圈装置
技术领域
本发明涉及一种用于在初级侧的线圈装置和次级侧的线圈装置之间传输能量的感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置。
背景技术
用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置已知是多样化的。例如使用简单的圆形平坦的线圈或者两个平坦的彼此并排设置在一个平面中的矩形的线圈以用于在次级侧上进行能量传输。
发明内容
本发明的目的是，提供一种次级侧的线圈装置，所述次级侧的线圈装置能够与不同的初级侧的线圈装置以高的效率共同作用。
根据本发明，该目的通过一种次级侧的线圈装置实现，所述线圈装置具有如下线圈，所述线圈形成四个在一个平面中彼此并排设置的线圈区域，其中每个线圈与至少一个电容器共同形成振荡电路。通过有利地设置四个彼此并排设置的线圈区域而可行的是：次级侧的线圈装置能够与不同地构成的初级的线圈装置共同作用。因此，根据本发明的次级侧的线圈装置能够与初级的线圈装置共同作用，所述初级的线圈装置具有仅一个、两个或四个线圈区域。
在各个形成线圈区域的线圈或者其绕组中，根据初级侧的相关联的线圈区域的相位能够感生同相的电流或者也能够感生具有不同相位的电流。这些电流能够经由整流器转换为平滑的输出电压。
四个线圈区域彼此并排地位于坐标系的四个象限中，所述坐标系由线圈本身展开。
用于感应性的能量传输系统的次级侧的线圈装置能够具有矩形的、尤其是方形的、环形的、尤其是圆形的、或者椭圆的外轮廓。其它的、尤其是具有多于四个角的形状同样是可行的。
根据本发明的次级侧的线圈装置要么能够通过平的铁氧体装置上的平坦的线圈形成要么能够是螺线管装置。
在铁氧体装置、尤其铁氧体板上使用平坦的绕组时，线圈区域要么通过四个分开的圆形绕组包围或形成，要么所述线圈区域通过多个平坦的线圈形成，所述平坦的线圈局部地叠加，其中每个线圈区域有利地由两个线圈的区域包围或围边。对线圈区域的完全包围或围边在此由这两个分别形成相应的线圈区域的线圈共同进行。
在此，每个线圈有利地覆盖两个彼此并排的线圈区域或者两个彼此对角设置的线圈区域。
有利地，四个平坦的线圈矩形地构成，其中两个线圈分别形成一个线圈对，并且线圈对彼此旋转90°并且彼此相叠地设置。形成线圈对的线圈能够有利地分别通过唯一的、尤其具有中央抽头的绕组形成。这简化了线圈装置的结构。
在根据本发明的次级侧的线圈装置中，线圈对的线圈有利地串联连接，其中中央抽头阻抗通过其第一极与这两个串联连接的线圈的连接点电连接并且通过其另一个极与分压器的中央点/中央抽头、整流器的正极或负极电连接。根据本发明设置附加的阻抗引起：在朝向最佳的水平定向移位时提高串联连接的初级侧的和/或次级侧的线圈的串联振荡电路中的电感，由此进行振荡电路的谐振频率匹配于系统频率。
如果次级侧的线圈装置通过螺线管装置形成，那么形成线圈的绕组贴靠在铁氧体板的平的侧上以及窄的端侧上。形成线圈的绕组在此能够分别具有中央抽头，使得绕组形成串联连接的线圈。用于交叉的绕组的绕组股将铁氧体板划分为形成线圈区域的区域。
附图说明
下面根据附图详细阐述本发明。
附图示出：
图1示出根据本发明的具有四个位于一个平面中的线圈区域的线圈装置；
图2示出与初级的圆形的线圈装置共同作用的具有四个线圈区域的次级线圈装置；
图3示出由四个平坦的矩形线圈构成的、与初级线圈装置共同作用的次级线圈装置，所述初级线圈装置具有四个线圈区域，所述线圈区域具有不同相位的磁通量；
图4和5示出与由两个矩形线圈构成的初级线圈装置共同作用的具有四个线圈区域的次级线圈装置；
图6示出由四个半圆形的且叠加的线圈构成的次级线圈装置；
图7示出由四个三角形的且叠加的线圈构成的次级线圈装置；
图8示出由两个形成8字形的线圈构成的次级线圈装置的特殊形状，所述线圈彼此正交地设置并且形成四个线圈区域；
图9示出具有初级侧的和次级侧的线圈装置的感应式的能量传输设备；
图10和图11示出与布设成轨道的三相的初级导体共同作用的次级侧的线圈装置；
图12示出次级线圈装置作为螺线管的一个可行的实施方式；
图13示出根据图9的初级线圈装置与次级螺线管线圈装置；
图14示出用于感应式的能量传输系统的初级侧的电路；
图15示出用于感应式的能量传输系统的次级侧的电路。
具体实施方式
图1示出根据本发明的线圈装置A1，所述线圈装置具有四个位于一个平面中的线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4。线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4设置在象限I至IV中以更好地理解本发明。显然也可行的是，各个线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4具有彼此不同的形状和大小。线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4通过线圈展开，所述线圈在图1中未示出，因为线圈形状和线圈数量能够不同的构成。
根据所使用的初级侧的线圈装置A2的类型，设定在各个对线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4围边的线圈中的电流的相位。
图2示出根据本发明的与初级线圈装置A2共同作用的次级线圈装置A1，所述初级线圈装置具有四个线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4，所述初级线圈装置具有圆形的线圈SPP。线圈装置A1和A2优选具有相同的外部轮廓。然而，线圈装置A1和A2的形状和大小彼此不同是可行的。在从初级侧的线圈装置A2至次级侧的线圈装置A1的能量传输中，根据线圈装置A1、A2彼此间的水平位置，在各个线圈SS1-4中设定具有不同的相位的电流。
图3示出由四个矩形线圈SS1至SS4构成的次级线圈装置A1。线圈SS1和SS2形成第一线圈对SPS1并且线圈SS3至SS4形成第二线圈对。在线圈中设定的电流I1-4的相位φI1决定性地取决于初级侧的线圈装置A2的结构。在图3中在右侧示出具有四个线圈区域BEP1-4的初级线圈装置A2，其中各个线圈区域BEP1-4中的磁通量密度B1-4为45°、135°、225°和315°。该磁通量密度也穿流次级线圈装置A1的线圈区域BES1-4，由此在线圈SS1-4中产生具有相应相位的电流I1-4。根据线圈装置A1和A2彼此间水平的定向，电流I1-4的相位φI1-4彼此改变。
图4和5示出与初级线圈装置A2共同作用的次级线圈装置A1，所述次级线圈装置能够与在图3中示出的线圈装置相同地构成，所述初级线圈装置由两个矩形线圈SP1和SP2构成，所述矩形线圈以推挽模式运行。线圈区域BES1-4构成为，使得两个彼此并排设置的线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4分别与初级侧的线圈SP1和SP2共同作用或者在能量传输期间设置在所述初级侧的线圈之上。初级线圈SP1和SP2中的磁通量Bi进入分别相关联的线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4中并且引起次级侧的线圈SS1-4中具有相对应的相位的电流I1-4。
在次级线圈装置A1关于初级侧的线圈装置A2的图4中示出的相对定向的情况下，具有线圈SP1的线圈区域BES1和BES4和具有线圈SP2的线圈区域BES2和BES3相对应。线圈区域BES1和BES4和线圈区域BES2和BES3的磁通量密度的相位彼此移位180°，由此在线圈SS1-4中设定线圈电流I1-4彼此间的对应的相位φI1-4。
在次级线圈装置A1关于初级侧的线圈装置A2的图5中示出的相对定向的情况下，具有线圈SP1的线圈区域BES1和BES4和具有线圈SP2的线圈区域BES2和BES3相对应。
图6示出由四个叠加的线圈SS1-4构成的次级线圈装置A1。这些线圈以彼此叠加设置的方式形成线圈区域BES1-4。在结构方面相对于在图3中示出的实施方式的唯一区别在于：线圈SS1-4非矩形地构成，而是半圆形地构成。
图7示出由四个叠加的线圈SS1-4构成的次级线圈装置A1。这些线圈以彼此叠加设置的方式形成线圈区域BES1-4。在结构方面相对于在图3中示出的实施方式的唯一区别在于：线圈SS1-4非矩形地构成，而是三角形地构成。坐标系与其象限I至IV相对于之前所描述的实施方式倾斜45°，如在图7在右侧以虚线示出的那样。
图8示出由两个8字形的线圈SS1和SS2构成的次级线圈装置A1的特殊形状，所述线圈分别形成两个矩形的线圈区域BES1、BES2和BES3和BES4，所述线圈区域彼此对角地设置从而形成四个彼此邻接的线圈区域。
图9示出具有初级侧的和次级侧的线圈装置A1、A2的感应式的能量传输设备。平坦的绕组与铁氧体板F1、F2共同形成线圈装置A1、A2的线圈。初级侧的线圈SP1-4矩形地构成并且对应于在图3中示出和描述的实施方式来彼此设置，使得所述初级侧的线圈共同形成线圈区域BEP1、BEP2、BEP3和BEP4。次级侧的线圈装置A1的线圈接线AN1穿过铁氧体板F1的中央中的留空部向上引出。
在图10和11中示出，根据本发明的次级侧的线圈装置A1也可与布设成轨道的多相的初级装置使用。各个线圈区域BES1-4在此由具有0°和180°相位的、分别在右侧示出的磁流穿过。
图12示出次级线圈装置作为螺线管A1的一个可行的实施方式。线圈装置A1具有铁氧体板FE，所述铁氧体板具有窄的端侧Fa-d以及平的上侧FO和平的下侧FU。绕组W1、W2围绕铁氧体板FE缠绕，所述绕组彼此对角地设置并且在上侧FO上在铁氧体板FE的中央K中交叉。绕组W1、W2形成线圈SS1,2。绕组W1和W2通过其股WS11、WS12、WS21、WS22展开线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4。通过进入线圈区域BES1、BES2、BES3和BES4中的磁通量密度，在线圈SS1,2中产生相应的电流，所述磁通量密度来自如在图13中所描述和示出的初级侧的装置。
图13示出在图12中示出的次级螺线管线圈装置A1的初级线圈装置。初级线圈装置A2对应于根据图3的线圈装置构成。
图14示出初级侧的电路的结构，所述电路通过两个受控的桥式逆变器1馈电。初级侧的线圈SP1和SP2与振荡电路电容器CP1和CP2串联连接并且与这些振荡电路电容器共同形成谐振电路RESP。借助于开关T1-4设定线圈电流I1和I2。同样，线圈SP3和SP4与振荡电路电容器CP3和CP4串联连接并且与这些振荡电路电容器共同形成另外的谐振电路RESP。借助于开关T1-4设定线圈电流I3和I4。
中央阻抗LPM分别通过其一个极与连接点VP连接并且通过其另一个极与电容性的分压器CGL1、CGL2的中央抽头MTP连接，并且用于在初级侧的振荡电路RESP的总阻抗改变时调整谐振频率。总阻抗尤其能够通过初级侧的和次级侧的线圈装置A1、A2之间的水平移位产生。
图15示出次级侧的装置A1的电路结构。线圈SS1和SS2与振荡电路电容器CS1和CS2串联连接并且与这些振荡电路电容器共同形成谐振电路RESS。这两个振荡电路彼此串联，其中振荡电路的串联电路连接到连接在下游的第一桥式整流器2的交流电压端子上。输出侧的平滑电容器CGL1、CGL2形成电容性的分压器。同样，线圈SS3和SS4与振荡电路电容器CS3和CS4串联连接并且与这些振荡电路电容器共同形成另外的谐振电路RESS。这两个振荡电路RESS同样彼此串联连接，其中振荡电路的串联电路连接到连接在下游的第二桥式整流器2的交流电压端子上。输出侧的平滑电容器CGL1、CGL2同样形成电容性的分压器。如果由于线圈装置A1、A2从最佳的位置中水平地移位而引起次级侧的振荡电路的总阻抗改变，那么借助于附加的阻抗LSM，将振荡电路RESS的谐振频率自动地均衡到系统频率上，因为电流彼此间的相位改变。附加的阻抗在此通过其一个极与线圈SS1和SS2或SS3和SS4的连接点连接并且通过其另一极与电容性的分压器CGL1、CGL2的中央抽头连接。

Claims (16)

1.一种用于在初级侧的线圈装置和次级侧的线圈装置(A1，A2)之间传输能量的感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述次级侧的线圈装置(A1)具有如下线圈(SS1，SS2，SS3、SS4)，这些线圈形成所述线圈装置(A1)的四个在一个平面中彼此并排设置的线圈区域(BES1，BES2，BES3、BES4)，其中每个线圈(SS1，SS2，SS3、SS4)与至少一个电容器(CS1-4)共同形成振荡电路(RESS)。
2.根据权利要求1所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，各线圈(SSi)分别与至少两个另外的线圈(SSj)局部地叠加并且与所述另外的线圈形成两个、尤其在空间上彼此并排设置的线圈区域(BEi，BEj)。
3.根据权利要求1或2所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，四个所述线圈区域(BES1，BES2，BES3、BES4)中的每一个设置在一个象限(I，II，III，IV)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，每个线圈(SSj)覆盖仅一个或者两个线圈区域(BEi，BEj)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，每个线圈(SSj)覆盖两个彼此并排的线圈区域(BEi，BEj)或者两个彼此对角地设置的线圈区域(BEi，BEj)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，在所述线圈(SSj)中设定的电流经由至少一个整流器(GL)来整流。
7.根据上述权利要求中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，四个所述线圈(SS1，SS2，SS3、SS4)矩形地构成，其中各两个线圈(SS1，SS2；SS3，SS4)形成线圈对(SSP1，SSP2)，其中所述线圈对彼此间旋转90°并且彼此叠加地设置。
8.根据上述权利要求中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述线圈装置(A1，A2)具有矩形的、尤其方形的、环形的、尤其圆形的、或者椭圆形的外轮廓。
9.根据上述权利要求中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述次级侧的线圈装置(A1)除了四个所述线圈(SS1，SS2，SS3，SS4)外还具有至少一个另外的线圈(SPZU)，所述另外的线圈与至少一个、尤其所有的四个彼此并排设置的线圈区域(BES1，BES2，BES3、BES4)叠加地设置。
10.根据上述权利要求中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，线圈对(SSP1，SSP2)的所述线圈(SS1，SS2，SS3、SS4)分别串联连接，其中，中央抽头阻抗(LSM)通过其第一个极与这两个串联连接的线圈(SS1，SS2；SS3，SS4)的连接点(VS)电连接并且通过其另一个极与分压器的中央点/中央抽头(MTS)、所述整流器的(2)的正极或负极(4)电连接。
11.根据上述权利要求中任一项所述的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述线圈(SS1，SS2，SS3，SS4)通过平坦的绕组形成。
12.根据上述权利要求中任一项所述的次级侧的线圈装置，其特征在于，形成所述线圈对(SSP1，SSP2)的所述线圈(SS1，SS2，SS3，SS4)通过各一个唯一的绕组、尤其具有中央抽头的绕组形成。
13.根据上述权利要求中任一项所述的用于感应式的能量传输系统的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述线圈(SS1，SS2，SS3，SS4)围绕铁氧体板(FE)设置、尤其缠绕所述铁氧体板，其中所述线圈(SS1，SS2，SS3，SS4)至少在所述铁氧体板(FE)的一个平的侧(FO)上彼此正交地设置和/或至少在所述铁氧体板(FE)的所述平的侧(FO)上、尤其在其中央交叉。
14.根据权利要求13所述的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述次级侧的线圈装置(A1)是螺线管装置，其中所述线圈(SS1，SS2，SS3，SS4)通过所述绕组(W1，W2)形成，所述绕组贴靠在所述铁氧体(FE)的所述平的侧(FO，FU)上以及窄的端侧(Fa，Fb，Fc，Fd)上。
15.根据权利要求13或14所述的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述绕组(W1，W2)连接到两个整流器上。
16.根据权利要求20所述的次级侧的线圈装置，其特征在于，所述绕组股(WS11，WS12，WS21，WS22)彼此间由交叉点(K)将所述铁氧体板(FE)划分为如下区域，这些区域形成所述线圈区域(BEP1，BEP2，BEP3，BEP4)。
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