CN105247634A - 用于感应功率传输的线圈设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实现用于感应功率传输的线圈设备（100），具有用于在线圈设备（100）的传输侧（106）处发出和/或接收电磁场（112）的电磁线圈（102），并且具有壳体壁（104），所述壳体壁在传输侧（106）处遮盖所述线圈（102），并且对于电磁场（112）是可穿透的。此外，所述线圈设备（100）包括壳体介质（108），所述壳体介质（108）被壳体壁（104）包围为使得当在壳体壁（104）中形成穿通孔（110）时，壳体介质（108）穿过穿通孔（110）。可替代地设置壳体真空，所述壳体真空被壳体壁包围为使得当在壳体壁中形成穿通孔时，大气空气穿过所述穿通孔。在另外的观点下，提供具有这样的线圈设备的车辆和用于感应功率传输的方法。所述方法包括以下步骤：提供用于发出和/或接收电磁场（112）的电磁线圈（102）；在传输侧（106）处利用壳体壁（104）覆盖线圈（102），所述壳体壁（104）对于电磁场（112）是可穿透的；通过壳体壁（104）包围具有相对于大气空气（118）改变的内压的流体（116）；感测内压；判断内压是否达到能预先给定的内压阈值；并且如果内压达到内压阈值，则输出信号。

Description

用于感应功率传输的线圈设备和方法

技术领域

本发明涉及用于感应功率传输的方法和线圈设备。此外本发明涉及具有这样的线圈设备的车辆。

背景技术

尽管可应用于用于感应功率传输的任意的线圈设备，但是在不限制一般性的情况下以用于无接触地、感应地对以电的方式运行的车辆的电池充电的线圈设备为例描述本发明。

如今作为原型或者在测试车队中被试验的电动车装备有这样的线圈设备，所述线圈设备包括一个或多个装入绝缘的塑料壳体中的电磁线圈，并且通常被安置在车辆底盘处或者被嵌入到所述车辆底盘中，使得所述线圈设备在车辆底盘处是处于最深的部分。这能够实现：一旦车辆被停放在充电点上，就以合适的方式立即启动充电过程，所述充电点装备有布置在地面处的对应的其他线圈设备。

但是当在人行道边沿或者差的路段上行驶时，在传统结构类型的公路行驶车辆情况下应该经常考虑到着陆（Aufsetzen）或沿底座刮擦。这样的着陆导致车辆底盘的处于最深的部分处的损伤。在具有线圈设备的绝缘的损伤的机械损坏情况下，在触碰时应考虑到通过未充分绝缘的电压的电击。相同情况适用于布置在地面上的线圈设备，所述线圈设备例如位于车库或者停车场的地面上，或者被嵌入到所述地面中，并且可能通过驶过或者在上面刮伤而被损伤。因此值得期望的是，在应用用于感应功率传输的线圈设备时避免具有电击的电气事故的危险。

发明内容

因此设置用于感应功率传输的线圈设备，具有用于在线圈设备的传输侧发出和/或接收电磁场的电磁线圈，以及具有壳体壁，所述壳体壁在传输侧处遮盖线圈，并且对于电磁场是可穿透的。所述线圈设备还可以包括多个线圈，并且也按照其他方面被设计用于感应功率传输。线圈设备具有壳体介质，所述壳体介质被壳体壁包围为使得当在壳体壁中形成穿通孔时，壳体介质穿过穿通孔。所述壳体介质利用通过穿通孔的穿透因此离开空间，在所述空间中所述壳体介质被壳体壁包围。所述壳体介质可以是适当的化学物质或者适当的混合物，其中壳体介质的类型和包围的条件如此彼此被协调，使得在形成穿通孔时发生壳体介质的溢出，例如通过扩散，通过在形成穿通孔自身期间震动或者通过现存的或者后来产生的压力差。

在另一观点下，提供用于感应功率传输的方法。所述方法包括以下步骤：提供用于发出和/或接收电磁场的电磁线圈；在传输侧处利用壳体壁覆盖线圈，所述壳体壁对于电磁场是可穿透的；通过壳体壁包围具有相对于大气空气改变的内压的流体；感测内压；判断内压是否达到能预先给定的内压阈值；并且如果内压达到内压阈值，则输出信号。

发明优点

本发明线圈设备使得能够，利用被使用用于感应功率传输的线圈即使在机械损伤时也从传输侧可靠地避免电气事故。因为壳体壁在传输侧处遮盖线圈，所以所述壳体壁首先在正常运行中阻止通过用户直接地碰触线圈的带电压的部分。即使在例如通过对线圈设备的机械冲击引起的较小的损伤情况下（所述冲击能够不穿通壳体壁），使用者通过在传输侧处提供对线圈的仍旧完全遮住的壳壁而保持免遭电气事故。最后，在损伤如此巨大以致于可能发生线圈的暴露的情况下，必然也在位于线圈和从传输侧以机械方式产生影响的对象之间的壳壁中形成穿通孔，使得按照本发明所述壳体介质穿过穿通孔。这使得能够通过适当地观察壳体介质来确定损伤的存在，而不必精确地定位损伤自身，使得例如通过关断，可以立刻结束感应功率传输并且可以避免通过暴露的带电压的部分引起的持续的危害。

按照线圈设备的优选的改进方案，所述壳体介质具有颜料。这使得线圈设备的使用者能够根据溢出的颜料以特别简单的方式通过单纯肉眼观察觉察所述线圈设备的损伤，以便接着可以采取安全措施、例如关断线圈设备或者修理，其中在所述损伤情况下壳体壁被穿通。颜料优选地被构造为彩色粉末，所述彩色粉末能特别容易地被觉察，因为所述彩色粉末在穿透穿通孔后快速地在大的面上分布。

按照优选的改进方案，所述壳体介质具有带有相对于大气空气提高的内压的流体。例如处于压力下的流体可以被构造为空气、其他气体或者液体。如果穿通孔被形成，则流体向外穿过穿通孔，这导致在由壳壁包围的空间中的特别可靠地例如借助于压力计能确定的内压下降。优选地，所述流体包括液体或/和凝胶。这利用最小的穿通孔能够实现特别可靠的损伤确定自身，因为由于液体和凝胶的在很大程度上的不可压缩性，通过穿通孔流出的流体的最小的量也导致内压的急剧的、能容易地确定的下降。

按照优选的改进方案，所述线圈设备此外包括内压传感器，所述内压传感器感测内压；和信号单元，如果内压低于能预先给定的内压阈值，则所述信号单元输出信号。这使得能够根据潜在危害的损伤的存在连续地自动化地监控线圈设备，使得在合适的应用中获得特别高的安全性。

在对此可替代的观点下，本发明提供线圈设备，在所述线圈设备情况下替代壳体介质，其中所述壳体介质被壳体壁包围为使得当在壳体壁中形成穿通孔时所述壳体介质穿过穿通孔，壳体真空被使用，所述壳体真空被壳体壁包围为使得当在壳体壁中形成穿通孔时大气空气穿过穿通孔。如果内压超过能预先给定的内压阈值，则在此信号单元不同地被配置用以输出信号。“壳体真空”不仅可以被理解为理想的真空，而且广义来说还理解为壳体介质，所述壳体介质包括具有相对于大气压降低的内压的流体、尤其空气或者其他气体或者气体混合物。

按照优选的改进方案，所述线圈设备此外包括外压传感器，所述外压传感器感测大气的外压。在此信号单元包括阈值确定单元，所述阈值确定单元根据外压确定内压阈值。这使得能够避免由于大气压的波动而引起的错误的信号，并且因此实现特别高的安全性，而不需要与大气压过度不同的内压和相应的结构耗费、诸如壳壁的过度的厚度。

按照优选的改进方案，壳体壁包括内壁和外壁，所述内壁和外壁在传输侧处遮盖线圈。也即，壳壁在传输侧处双壁地被实施。这一方面使得能够配置具有非常小的体积的壳体介质的线圈设备，这按照使用的壳体介质在线圈设备的总重量和材料成本方面是有利的。此外，因为线圈自身处于由壳体介质填充的空间之外，所以使线圈的维护和检查变得容易。按照可替代的改进方案，壳体壁围绕线圈，这使得能够节约壁材料，因为壳壁的双壁实施是不需要的。

在另一观点下，本发明提供具有电存储器的车辆，所述车辆包括用于以感应方式向电存储器传输功率的这样的线圈设备。优选地，所述线圈设备被布置在车辆的底盘处，其中传输侧指向下。这使得能够关于处于地面处或者处于地面中的其他线圈设备特别深地将线圈设备布置在地面上方用于高效的功率传输，而不增加电气事故的危险。此外，壳体壁优选地向下以及朝侧面地遮盖线圈。由此对电气事故的防止延伸到不仅从下而且从侧面对线圈设备的有威胁的机械损伤。

附图说明

图1A示出按照本发明的实施方式的线圈设备的示意性横截面图；

图1B示出来自图1的处于损伤状态的线圈设备的示意性横截面图；

图2-3示出按照两个不同的实施方式的线圈设备的示意性横截面图；

图4示出按照实施方式的车辆的示意性侧视图；和

图5示出按照实施方式的用于感应功率传输的方法的流程图。

只要未明确地提及其他，相同的附图标记在图中涉及相同的或者等效的元件。

具体实施方式

图1A以示意性横截面图示出水平地被布置在地面119上的、用于借助于电磁场112向未示出的另一线圈设备以感应的方式传输功率的线圈设备100，所述另一线圈设备能布置在线圈设备100的被称为传输侧106的上侧，并且例如可以被安装在要停放在线圈设备100上方的、未示出的电动车处。所述线圈设备100包括线圈102以及环绕线圈102的、具有同样圆柱形的壁104的壳体，所述线圈的线匝总共地以平的圆柱体的形式被缠绕，所述圆柱体的对称轴101处于图平面中。

线圈设备100的壳体的壁104环绕地双壁地利用由不导电的材料组成的内壁104''和外壁104''实施，其中为了在线圈设备的背离传输侧的下侧处支撑内壁104'，间隔物107被插入在内壁104'和外壁104''之间。用于将电功率馈入到线圈102中的双芯引线103通过间隔物107之一引向外部。位于内壁104'之内的、线圈102所处于的空间用适当的介质填充、例如油、保护气体或者用空气，所述空气可以例如通过间隔物107与大气118的外界空气连接或者可以相对于所述外界空气被密封。

位于壳体的内壁104'和外壁104''之间的空间相对于大气118密闭地被封闭，并且由壳体介质108填满，所述壳体介质108除了在大气压下的空气外还包括显眼色彩的彩色粉末114形式的颜料。所述彩色粉末114被选择为使得所述彩色粉末114在外壁104''损伤的情况下在可能的释放时快速地在若干cm或者dm的半径上散布，并且可容易地觉察地留下痕迹。在可替代的实施方式中，壳体介质可以在超压下被包围在内壁104'和外壁104''之间。

图1B示出在从上方、也即从传输侧106的机械暴力的影响后处于受损伤的状态下的来自图1的线圈设备。通过所述暴力影响在壳壁104中已经形成小的穿通孔110，所述穿通孔110通过在外壁104''中的孔和内壁104'中更小一些的孔延伸直至置于内壁104'内的空间，使得位于其中的线圈102部分地被暴露。由于在暴力影响期间的震动，位于外壁104''和内壁104'之间的壳体介质108通过穿通孔110进入置于外壁104''之外的大气118中，并且在壳体介质108中包含的彩色粉末114在外壁104''的外侧处以几厘米的半径分布。在壳体介质处于相对于大气118的超压下的实施方式情况下，超压促进壳体介质108向外的穿透并且因此促进彩色粉末114的分布。由于所述彩色粉末的显眼的色彩，所述彩色粉末114作为彩色的斑点对于线圈设备100的用户是可容易地觉察的，这使得用户能够防止有威胁的电气事故，其方式是，所述用户关断通过引线103对电功率的输送并且促使线圈设备100被修理或者更换。

图2示出按照另一实施方式的线圈设备100，所述线圈设备100以在地面119中完全下沉的方式布置，使得壳体壁104在传输侧106处与地面119的表面齐平地端接。与来自图1A-B的实施方式不同地，壳体壁104被实施为单壁，所述单壁密闭地围绕内部空间，线圈102被布置在所述内部空间中。在由壳体壁104围绕的内部空间中存在着壳体真空109，其中该概念不被限制于理想的真空，而是一般地表示内部空间由具有相对于大气118减小的内压P_i的空气或者其他气体或者气体混合物填充。在本实施方式中，内压P_i示例性地为100hPa。引线103密闭地密封地被引导通过壳体壁104。

本实施方式的线圈设备100此外在由壳体壁104围绕的内部空间中包括内压传感器120，所述内压传感器120感测内压p_i并且在其输出端处提供相应的压力信号；与内压传感器120的输出端连接的信号单元122，所述信号单元122按照从压力传感器接收的压力信号将内压p_i与提前在其中所存储的例如550hPa的阈值p_th比较，并且在其输出端处提供与比较结果相应的信号132；警报装置134和开关装置123，所述警报装置和开关装置两者连接到信号单元122的输出端上。所述警报装置134在本实施方式中示例性被构造为报警灯，所述报警灯在可替代的实施方式中可以通过另外的报警装置、如声辐射器等替代或者补充。所述开关装置123在本实施方式中示例性地被构造为具有布置在引线103中的开关触点133的继电器，所述继电器在可替代的实施方式中可以例如通过半导体开关元件替代。

在线圈设备100的无干扰的运行中，开关触点133闭合，使得线圈102通过引线103被供应电功率，并且产生朝向传输侧106延伸的电磁场112。所述内压传感器120连续地将在壳体壁104之内存在着的内压值p_i=100hPa用信号通知给信号单元122，所述信号单元122确定，内压p_i处于内压阈值p_th=550hPa之下，并且相应地不在其输出端处发出信号。只要开关装置123未获得信号单元122的信号，所述开关装置123就使开关触点133闭合，使得线圈设备100继续产生电磁场112用于感应功率传输。

在线圈设备100的机械破坏的情况下，其中在壳体壁104中形成穿通孔（未示出），来自大气118（其例如处于1000hPa典型压力下）的空气流入到由壳体壁104围绕的内部空间中，由此内压p_i与大气压相适应。所述内压传感器120将内压p_i=1000hPa用信号通知给信号单元122，所述信号单元122确定，内压p_i已经达到或者超过内压阈值p_th=550hPa，并且将相应的信号132输出给开关装置123和报警装置134。根据所述信号132，开关装置123关断向线圈102的电功率输送，而报警装置134发出报警光用于告知用户。

在可替代的实施方式中，内压p_i可以被设定为高于大气压。例如内压可以为p_i=2000hPa并且具有1500hPa的内压阈值p_th如在本实施方式中那样可以被确定为在所设定的内压p_i和1000hPa的典型大气压之间的平均值，其中所述信号单元122被构造用于如果内压p_i已经到达或者低于内压阈值p_th，则发出信号。

图3示出按照另一实施方式的线圈设备100，所述线圈设备100以在地面119中下沉大约直至一半结构高度的方式布置。在本实施方式情况下，壳壁104在下沉在地面119中的壁片段中被实施为单壁，而在位于地面119之上的侧壁片段和传输侧106的片段处被实施为双壁的。位于内壁104'和外壁104''之间的空间用作为壳体介质108的液体填充，所述液体处于相对于大气118的典型压力提高的内压p_i下。例如在充入壳体介质108情况下设定的内压为p_i=3000hPa。所述内压传感器120被布置在内壁104'和外壁104''之间的壳体介质108中，而与内压传感器120连接的信号单元122与线圈102一起位于在大气压下由空气填充的线圈空间105中，所述线圈空间105由内壁104'和壳体壁104的实施为单壁的片段围绕。

与图2的实施方式不同地，本实施方式的线圈设备100具有伸到线圈设备100的外侧的、用于感测在大气118中存在着的外压p_o的外压传感器121以及布置在线圈空间105中的、用于根据外压p_o确定内压阈值p_th的阈值确定单元124，出于该目的外压传感器121的输出端与阈值确定单元124的输入端连接，并且阈值确定单元124的输出端与信号单元122的输入端连接。在可替代的实施方式中，线圈空间105可以通过适当的压力平衡孔与大气118连接，其中在该情况下，外压传感器121可以被布置在线圈空间105中。同样地所述壳体介质108可以可替代地被构造为凝胶或者气体或者气体混合物、诸如空气，并且为了附加的安全性包含彩色粉末或者其他颜料。

在线圈设备100的无干扰的运行中，外压传感器121连续地测定在大气118中的气压p_o，并且将所述气压p_o用信号通知给阈值确定单元124。所述阈值确定单元124根据外压p-_o确定内压阈值p_th，其方式是，所述阈值确定单元124例如由外压p_o和提前在信号单元中存储的标准内压p_s构成平均值，所述标准内压p_s对应于壳体介质108的在线圈设备100的无损的状态中设定的内压p_i。

图4示出车辆200的示意性侧视图，所述车辆具有由能充电的电池206作为电存储器馈电的、用于驱动车辆200的电动机202。所述电池206通过用于给电池206充电的引线103与安置在车辆底盘204处的线圈设备100连接。所述线圈设备100包含用于从在该情况下指向下的传输侧106以感应的方式进行功率接收的线圈102。如在图3中的线圈设备那样，车辆200的线圈设备100在传输侧106处并且在侧向上由双壁式壳体壁104遮盖，在所述壳体壁104内有处于超压下的凝胶108作为壳体介质。

图4示出处于以下情形中的车辆200，即在所述情形下所述车辆停放在安置在地面119上的另一线圈设备100'之上，所述另一线圈设备100'通过在地面119中伸展的供应引线103'与电网连接。另一线圈设备100'可以同样地按照本发明的实施方式构成。

在充电运行中，另一线圈设备100'借助于通过供应引线103'输送的电网功率产生电磁交变场112，所述交变场112还透过安置在车辆底盘204处的线圈设备100的线圈102。因此在线圈102中感应出电压，所述电压引起流过线圈102和引线103的用于给电池206充电的充电电流。线圈设备100的信号单元122监控内压p_i，其方式是，所述信号单元将所述内压p_i与预先给定的阈值比较，并且在低于时发出信号132，所述信号132使在车辆200的仪表板处的报警灯134发光。

图5示出用于感应功率传输的方法的流程图。在方法开始时，在步骤300中提供线圈用于与另一线圈共同作用地以感应的方式传输功率。在步骤302中所述线圈在传输侧处通过壳体壁遮盖，在所述传输侧处在感应功率传输期间应当布置所述另一线圈。

在步骤304中，处于预先给定的内压下的流体作为壳体介质被布置在由壳体壁围绕的空间中，所述空间可以一起围绕线圈或者可以单独地在壳体壁之内被构造。预先给定的内压处于对于有意的应用应预期大气压的波动的范围之上。在步骤308中，暂时在环绕的大气中存在着的外压借助于外压传感器被检测。在步骤310中，处于预先给定的内压和检测到的外压之间的内压阈值例如通过由预先给定的内压和在步骤308中检测的外压构成平均值被确定。

在步骤305中，开始感应功率传输，其方式是，在由在步骤302中用壳体壁覆盖的传输侧处布置另一线圈，并且利用线圈之一产生电磁交变场，所述电磁交变场透过所述另外的线圈，以便在所述另外的线圈中感应电压。在步骤306中，借助于布置在壳体介质中的内压传感器检测在那里暂时存在着的内压。在分支步骤312中判断，在步骤306中检测的内压是否处于在步骤310中确定的内压阈值之上。如果这是这种情况，则该方法向回跳转到步骤306。然而如果在分支步骤312中确定出，内压从在步骤304中包围壳体介质以来大体上降低，使得所述内压达到内压阈值或者已经低于所述内压阈值，例如由于壳体壁的损伤，则该方法跳转到步骤314，在该步骤314中所述线圈被切换为无电压的，以便中断感应功率传输。在步骤316中输出例如声学的或者光学的报警信号，以便使用户获悉意外事故。

在本方法的修改过的实施方式中，在步骤304中所述壳体介质以预先给定的内压被包围，所述内压处于对于有意的应用应预期大气压的波动的范围之下。在这样地修改过的实施方式中，如果在步骤306中检测的内压处于在步骤310中确定的内压阈值之下，则该方法在分支步骤312中向回跳转到步骤306，并且如果检测的内压大体上上升，使得所述内压已经达到内压阈值或者已经超过所述内压阈值，则跳转到步骤314。

Claims (15)

1.用于感应功率传输的线圈设备（100），具有：

用于在线圈设备（100）的传输侧（106）处发出和/或接收电磁场（112）的电磁线圈（102）；

壳体壁（104），所述壳体壁（104）在传输侧（106）处遮盖线圈（102），并且对于电磁场（112）是可穿透的；和

壳体介质（108），所述壳体介质（108）由壳体壁（104）包围为使得当在壳体壁（104）中形成穿通孔（110）时所述壳体介质（108）穿过穿通孔（110）。

2.按照权利要求1所述的线圈设备（100），其中所述壳体介质（108）具有颜料、尤其彩色粉末（112）。

3.按照权利要求1或2所述的线圈设备（100），其中所述壳体介质（108）包含具有相对于大气空气（118）提高的内压（p_I）的流体（116）。

4.按照权利要求3所述的线圈设备（100），其中所述流体（116）具有液体或/和凝胶。

5.按照权利要求3或4所述的线圈设备（100），此外包括:

内压传感器（120），所述内压传感器（120）感测所述内压（P_I）；和

信号单元（122），如果所述内压（P_I）低于能预先给定的内压阈值（p_th），则所述信号单元（122）输出信号（132、133）。

6.用于感应功率传输的线圈设备（100），具有：

用于在线圈设备（100）的传输侧（106）处发出和/或接收电磁场（112）的电磁线圈（102）；

壳体壁（104），所述壳体壁（104）在传输侧（106）处遮盖线圈（102），并且对于电磁场（112）是可穿透的；

壳体真空（109），所述壳体真空（109）由壳体壁（104）包围为使得当在壳体壁（104）中形成穿通孔（110）时大气空气（118）穿过穿通孔（110）；

内压传感器（120），所述内压传感器（120）感测壳体真空（109）的内压（p_I）；和

信号单元（122），如果所述内压（p_I）超出能预先给定的内压阈值（p_th），则所述信号单元（122）输出信号（132、133）。

7.按照权利要求5或6所述的线圈设备（100），此外包括外压传感器（121），所述外压传感器感测大气（118）的外压（p_o），其中所述信号单元（122）包括阈值确定单元（124），所述阈值确定单元（124）根据外压（P_o）确定内压阈值（p_th）。

8.按照上述权利要求之一所述的线圈设备（100），其中所述壳体壁（104）包括内壁（104'）和外壁（104''），所述内壁（104'）和外壁（104''）在传输侧（106）处遮盖线圈（102）。

9.按照上述权利要求之一所述的线圈设备（100），其中所述壳体壁（104）围绕线圈（102）。

10.车辆（200），具有电存储器（206）和按照上述权利要求之一所述的用于向电存储器（206）以感应方式传输功率的线圈设备（100）。

11.按照权利要求10所述的车辆（200），其中所述线圈设备被布置在车辆（200）的底盘（204）处，并且传输侧（106）指向下。

12.按照权利要求11所述的车辆（200），其中所述壳体壁（104）向下并且朝侧面地遮盖线圈（102）。

13.用于感应功率传输的方法，具有以下步骤：

提供（300）用于发出和/或接收电磁场（112）的电磁线圈（102）；

在传输侧（106）处利用壳体壁（104）覆盖（302）线圈（102），所述壳体壁（104）对于电磁场（112）是可穿透的；

通过所述壳体壁（104）包围（304）具有相对于大气空气（118）改变的内压（p_I）的流体（116）；

感测（306）内压（P_I）；

判断（312）所述内压（P-_I）是否达到能预先给定的内压阈值（p_th）；并且

如果所述内压（p_I）达到所述内压阈值（p_th），则输出（316）信号（132、133）。

14.按照权利要求13所述的方法，此外具有以下步骤：

感测（308）大气（118）的外压（P_o）；并且

根据外压（p_o）确定（310）所述内压阈值（p_th）。

15.按照权利要求13至14之一所述的方法，此外具有步骤：如果所述内压（p_I）达到所述内压阈值（p_th），则关断（314）线圈（102）。