CN106605151A - 感应式能量传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种感应式能量传输系统(100)，该感应式能量传输系统具有：与有效电压源(UEx)可连接的初级线圈(10)，其中，所述初级线圈(10)与第一电容器(15)连接，其中，所述第一电容器(15)与所述能量传输系统(100)的局部地电势(16)连接；与所述初级线圈(10)感应式耦合的次级线圈(20)；其特征在于，在所述初级线圈(10)与所述能量传输系统(100)的局部地电势(16)之间布置有第二电容器(50)。
Description
技术领域
本发明涉及一种感应式能量传输系统。本发明还涉及一种用于制造感应式能量传输系统的方法。
背景技术
对于感应式能量传输，在初级线圈与次级线圈之间原则上视情况而定设置空间隔离。所述空间隔离主要对无接触的感应式能量传输过程的或充电的定位自由度负责。然而，所提及的空间隔离主要不利于电磁兼容性(EMV)。这主要归因于具有初级线圈和次级线圈的变压器的开放式结构类型。这应与传统的变压器相反地理解，所述传统变压器是良好封装的并且其初级线圈和次级线圈彼此尽可能紧靠地布置。
通过这种开放式结构类型，得出以下根据图1所阐述的问题。图1示出所提及的传统“开放式结构类型”在EMV测试场景期间的原理性的、情况合适的等效电路图。可以看出初级侧谐振回路，该初级侧谐振回路通过初级线圈10——该初级线圈的绕组实现谐振电感——和第一电容器15——该电容器实现谐振电容——形成。第一电容器15连接到感应式能量传输系统100的局部地电势16。通过进行激励的有效电压源(Nutzspannungsquelle)UEx给初级侧的谐振回路馈电。进行激励的有效电压源UEx为感应式能量传输系统100提供电有效信号。有效电压源UEx由干扰电压源US叠加，该干扰电压源代表感应式能量传输系统100的所有干扰信号。干扰信号在本发明的范畴内主要理解为共模干扰(英语：Common ModeNoise)。一般情况下，干扰信号既理解为共模干扰也理解为差模干扰(英语：DifferentialMode Noise)。
两个线圈10和20电路技术地分别也构成电极。由此，通过初级线圈和次级线圈10、20，两个电极对置，在两个电极之间布置有寄生耦合电容11。寄生耦合电容11主要由于线圈10、20的两个壳体的壁厚而是低的，其中，耦合电容11的常见的值处在大约5pF至大约25pF之间。线圈10、20的两个电极分别相对于地构成寄生接地电容12、13。接地电容12、13的通常的值处在大约20pF至大约40pF之间的范围内。
感应式能量传输系统100的次级侧具有电子负载，该电子负载通过与次级线圈20并联的电阻60代表。负载例如可以是欧姆用电器(例如灯泡)或——如在感应式充电设备中通常的那样——蓄电池。此外，整个次级装置具有另一个接地电容14，该接地电容与负载60并且与地电势连接。
图1中还可以看出无线电测量接收器的测量电阻40，对于EMV测量需要该电阻。在此，测量电阻优选构造为50Ohm终端电阻。在测量电阻40上下降的电压用UM标记并且代表在无线电测量接收器上的电磁干扰。
从图1的电路装置中因此可以看出，上面提及的共模干扰可以造成位移电流，该位移电流通过接地电容12、13、14流至地。这借助经过接地电容12、13、14的三个闭合的、虚线示出的回路表明。在地上，位移电流流过无线电测量接收器再回到干扰电压源US。因此，图1的等效电路图以直观的方式说明通过接地电容12、13、14的干扰耦合路径。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种经改善的感应式能量传输系统。
根据第一方面，该任务通过一种感应式能量传输系统解决，该感应式能量传输系统具有：
-与电有效电压源可连接的初级线圈，其中，初级线圈与第一电容器连接，其中，第一电容器与能量传输系统的局部地电势连接；
-与初级线圈感应式耦合的次级线圈；其特征在于，在初级线圈与能量传输系统的局部地电势之间构造有第二电容器。
以这种方式，电路技术地实现旁路电容器，通过该旁路电容器前面所提及的干扰几乎不再能够测量，因为为干扰实现另一条路径。结果是，由此实现非常有效的抑制干扰方法，该抑制干扰方法能够有利地实现感应式能量传输系统的符合标准的构型。
根据第二方面，该任务通过一种用于制造感应式能量传输系统的方法解决，该方法具有以下步骤：
-提供初级线圈；
-将初级线圈与第一电容器连接；
-将第一电容器与能量传输系统的局部地电势连接；
-提供次级线圈；
-提供第二电容器的第二电极，其中，将第二电容器的第二电极与所述局部地电势连接。
本发明还提出感应式能量传输系统的和方法的有利的扩展方案。
感应式能量传输系统的一种有利的扩展方案的特征在于，通过初级线圈构造第二电容器的第一电极并且将第二电容器的第二电极与地电势连接。由此，可以以简单的方式技术地实现抑制干扰的旁路电容器。
感应式能量传输系统的另一种有利的扩展方案的特征在于，第二电容器的第二电极分层地构造，其中，导电层在对置的表面上由各一个绝缘层覆盖。由此可以以有利的方式提高第二电极的耐电击穿性。
感应式能量传输系统的另一种有利的扩展方案的特征在于，第二电容器的导电层由碳材料纤维网状地构造。以这种方式，提供具有良好去干扰作用的导电层。
感应式能量传输系统的另一种有利的扩展方案的特征在于，导电层编织地或压制地构造。由此为导电层的技术实施提供替代的可能性。对于旁路电容器由此支持多样的设计自由度。
感应式能量传输系统的另一种有利的扩展方案设置，导电层借助导电加强元件与局部地电势连接。由此，可以有利地实现对导电层的机械加强并且可以实现导电层与局部地电势的电接通的可能性。
感应式能量传输系统的另一种有利的扩展方案设置，第二电容器具有感应式能量传输系统的寄生接地电容的至少大约两倍、优选大约三倍至大约五倍、还更优选大约六倍至大约十倍的电容值。以这种方式实现旁路电容器的有利的技术电容值。
附图说明
以下用其他优点和特征根据多个附图详细描述本发明。在此，所有所描述的特征与其在说明书和附图中的示出无关地或与其在专利权利要求中的引用关系无关地构成本发明的主题。附图尤其设想用于表明本发明主要的原理。
在附图中示出：
图1传统的感应式能力传输系统的原理性的方框图；
图2根据本发明的感应式能量传输系统的一种实施方式；
图3旁路电容器的第二电极的实现可能性的简化示图；
图4根据本发明的方法的一种实施方式的原理性流程图。
具体实施方式
根据本发明设置，作为有效的抑制干扰措施，将旁路电容器以第二电容器50的形式加入至初级回路中，以便以这种方式，将干扰保持在初级电路内。第二电容器50将干扰直接引回至干扰电压源US并且因此有效地防止不希望的、间接的干扰耦合路径。为了借助第二电容器50实现值得一提的旁路作用，第二电容器的电容应该是整个装置的由寄生接地电容12、13、14构成的接地电容的优选大约两倍，更优选大约三倍至大约五倍，特别优选大约六倍至大约十倍。
在图2中，引入旁路电容器后的干扰的电流路径原理性地示出为虚线示出的、闭合的回路。结果，电流路径构成通过有效电压源UEx、干扰电压源US、初级线圈10和第二电容器50的闭合路径。因此，电流路径基本上不再通过测量电阻40，由此可测量的干扰可以显著地减少。
为了实现旁路电容器，在通过初级线圈10的绕组(Wicklung)构造旁路电容器的第一电极之后，第二电极50a的技术实现是必需的。为此设置，在初级线圈10的紧邻处安装有导电层90。还重要的是，尽可能最大地构造旁路电容器的电容，其中，可以影响所提及的电容的两个主要因素表现为电极面积的最大化和两个电极彼此的间距的最小化。
图3极其简化地示出第二电容器50的第二电极50a的原理性的技术实施方式。优选设置，叠置地布置两层绝缘膜，在所述两层绝缘膜之间布置导电的石墨层或碳层。因此，这种分层布置构成第二电极50a，所述第二电极与第一电容器15的局部接地连接端导电地连接。在与初级线圈10的初级电极的组合中，以这种方式实现去干扰的旁路电容器。
原理性地，对于电极50a的导电层90，可以使用所有导电的材料，除了金属的、尤其铁磁性的材料，因为所述材料会产生不希望的涡流和磁滞损耗。
在系列试验中已经发现，对于第二电容器50的优化的去干扰作用，作为导电层90，以石墨层或碳层形式的导电层或电极提供最好的结果。在此，石墨层可以有利地通过涂漆构造。特别有利地，石墨层实施为碳纤维织物或类似毛毡的纤维织物，其中，导电层90可以编织为纤维网状的(vliesartig)碳材料或毛毡状(filzartig)地压制构造。将旁路电容器的以这种方式构造的第二电极50a与固定参考点——通常感应式能量传输系统100的第一电容器15的局部地电势16——导电地连接。
为了在机械方面加强导电层90，可以使用导电的加强环91，所述加强环由铝或铜构成并且设置用于导电层90的机械加强或用于电极50a到地电势16上的改善的电接通。
图4原理性地示出根据本发明的方法的一种实施方式的流程。
在第一步骤200中，提供初级线圈10。
在第二步骤210中，将初级线圈10与第一电容器15连接。
在第三步骤220中，将第一电容器15与能量传输系统100的局部地电势16连接。
在第四步骤230中，提供次级线圈20。
最后在第五步骤240中，提供第二电容器50的第二电极50a，其中，将第二电容器50的第二电极50a与局部地电势16连接。
有利地可以在所有技术系统中使用感应式能量传输系统100，在所述系统中执行无接触的感应式充电，例如在电动牙刷中、电动汽车等中。
总而言之，用本发明提供改善的感应式能量传输系统，所述系统以有利的方式将电磁干扰主要再送回干扰源并且由此优化感应式能量传输系统的效率。
本领域技术人员在不偏离本发明的核心的情况下进一步不实现或也仅部分地实现本发明描述的实施方式。
Claims (10)
1.一种感应式能量传输系统(100)，该感应式能量传输系统具有：
与电有效电压源(UEx)可连接的初级线圈(10)，其中，所述初级线圈(10)与第一电容器(15)连接，其中，所述第一电容器(15)与所述能量传输系统(100)的局部地电势(16)连接；
与所述初级线圈(10)感应式耦合的次级线圈(20)；
其特征在于，在所述初级线圈(10)与所述能量传输系统(100)的局部地电势(16)之间构造有第二电容器(50)。
2.根据权利要求1所述的感应式能量传输系统(100)，其特征在于，所述第二电容器(50)的第一电极通过所述初级线圈(10)构造并且所述第二电容器(50)的第二电极(50a)与所述局部地电势(16)连接。
3.根据权利要求1或2所述的感应式能量传输系统(100)，其特征在于，所述第二电容器(50)的第二电极(50a)分层地构造，其中，导电层(90)在对置的表面上由各一个绝缘层(70，80)覆盖。
4.根据权利要求3所述的感应式能量传输系统(100)，其特征在于，所述第二电容器(50)的导电层(90)由碳材料纤维网状地构造。
5.根据权利要求3或4所述的感应式能量传输系统(100)，其特征在于，所述导电层(90)编织地或压制地构造。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的感应式能量传输系统(100)，其特征在于，所述导电层(90)借助导电加强元件(91)与所述局部地电势(16)连接。
7.根据上述权利要求中任一项所述的感应式能量传输系统(100)，其特征在于，所述第二电容器(50)具有所述感应式能量传输系统(100)的寄生接地电容(12，13，14)的至少大约两倍、优选大约三倍至大约五倍、还更优选大约六倍至大约十倍的电容值。
8.一种用于制造感应式能量传输系统(100)的方法，所述方法具有以下步骤：
提供初级线圈(10)；
将所述初级线圈(10)与第一电容器(15)连接；
将所述第一电容器(15)与所述能量传输系统(100)的局部地电势(16)连接；
提供次级线圈(20)；
提供第二电容器(50)的第二电极(50a)，其中，将所述第二电容器(50)的第二电极(50a)与所述局部地电势(16)连接。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，分层地用导电层(90)和所述导电层(90)的对置的表面上各一个绝缘层(70，80)构造所述第二电极(50a)。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述导电层(90)构造为由碳材料构成的纤维网状的编织物。
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