CN107635822B - 具有包括无接触碳纤维的壳体结构的感应充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为机动车感应充电的感应充电系统，包括感应线圈(16)和用于感应线圈(16)的壳体结构(20、21、22)，该壳体结构具有包括碳纤维(31、41)的支撑元件(30、40)，所述碳纤维这样嵌入基体材料(32)中，使得一个支撑元件(30、40)的各个碳纤维(31、41)中的基本上所有碳纤维无接触地设置在支撑元件(30、40)中或者各个碳纤维(31、41)组合成最大直径为0.1mm的碳纤维束并且基本上所有碳纤维束无接触地设置在支撑元件(30、40)中。本发明还涉及一种包括这种感应充电系统的机动车。

Description

具有包括无接触碳纤维的壳体结构的感应充电系统
技术领域
本发明涉及一种用于为机动车感应充电的感应充电系统，该感应充电系统包括感应线圈和用于感应线圈的壳体结构。
背景技术
DE 102010050935 A1公开了一种线圈单元，在其中线圈绕组和铁氧体磁芯注入灌封材料中。
这种感应充电系统用于为机动车的蓄电池、如锂离子蓄电池进行无接触式充电。为了充电，设有次级线圈的机动车在较长时间上位于作为充电装置的初级线圈上方，初级线圈发射变化的磁场。
图1示例性示出设置在地面(如道路、停车场、车库)上或中的初级线圈单元1和设置在车辆2底部上的次级线圈单元3。在初级线圈单元和次级线圈单元之间存有气隙。气隙一方面应尽可能小，以便实现感应充电系统的高效率并且另一方面也应当够大，以便不构成对于车辆2的障碍或避免在被车辆驶过时损坏。
图2略详细示出图1的感应充电系统。在初级线圈单元1和次级线圈单元3中相应设有初级线圈4和次级线圈5，它们分别围绕一个竖轴线缠绕并且在竖直方向上尽可能扁平地构造，从而线圈绕组在水平线中延伸。初级线圈4与次级线圈5基本上相同地构造，但垂直镜像对称，在此初级线圈4通常大于次级线圈5。为了引导磁场线，设有铁氧体磁芯6。为了保护初级线圈4和次级线圈5，所述线圈分别嵌入由磁中性材料制成的灌封材料7中。由此次级线圈3被保护免受石块撞击以及车辆2着地(如在街道边石上)。初级线圈4的上侧必须被保护以防在车辆(如轿车、卡车)驶过时被损坏或被压入石块。
图3示出感应线圈、如初级线圈4和次级线圈5的剖视俯视图。线圈例如可基本上方形或圆形地缠绕。
图4示出在感应充电系统运行时的场线分布。初级线圈4产生磁场，其磁场线在图4中示出。一些场线既通过初级线圈4又通过次级线圈5，而其它场线仅通过初级线圈4。仅通过初级线圈4的场线的份额应保持尽可能低，以确保良好的效率。这例如通过设计引导场线的铁氧体磁芯6来实现。另一方面应注意，前面已经提到的保护感应线圈所需的感应线圈壳体不会对感应充电系统的效率产生不利影响。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于感应式能量传输的感应充电系统，其提供防止机械损伤的良好保护并且在此尽可能少地对效率产生不利影响。所述任务通过一种感应充电系统来解决。
根据本发明的一种实施例，提出一种用于为机动车感应充电的感应充电系统，包括感应线圈和用于感应线圈的壳体结构，该壳体结构具有包括碳纤维的支撑元件，所述碳纤维这样嵌入基体材料中，使得一个支撑元件的各个碳纤维中的基本上所有碳纤维无接触地设置在支撑元件中或者各个碳纤维组合成最大直径为0.1mm的碳纤维束并且基本上所有碳纤维束无接触地设置在支撑元件中。术语“基本上所有”应解释为，即使支撑元件中的很少量碳纤维或束基于公差或制造缺陷相接触，也仍应被理解为在保护范围内。优选“基本上所有”表示在一个支撑元件内90％以上的碳纤维或碳纤维束。更优选“基本上所有”表示在一个支撑元件内95％以上的碳纤维或碳纤维束。由于碳纤维互不接触，因此不形成磁涡流。基于这种设置能够使用到目前为止不适合的碳纤维作为用于包围感应线圈的材料。碳纤维的优点在于其稳定性和低重量。
根据本发明的另一种实施例，基体材料是不导电材料。
根据本发明的另一种实施例，基体材料是树脂、漆或塑料。
根据本发明的另一种实施例，壳体结构包括底部元件，感应线圈设置在该底部元件上，所述底部元件具有板形式的一个支撑元件或者支杆形式的多个支撑元件。
根据本发明的另一种实施例，壳体结构包括间隔结构，该间隔结构将底部元件固定在车辆底部上，间隔结构包括板形式的一个支撑元件或支杆形式的多个支撑元件。
根据本发明的另一种实施例，壳体结构还包括隔板，感应线圈设置在底部元件和隔板之间，所述隔板包括板形式的一个支撑元件或支杆形式的多个支撑元件。
根据本发明的另一种实施例，一个支撑元件的碳纤维基本上全部单向定向。
根据本发明的另一种实施例，一个支撑元件的碳纤维设置成多层的，在一个层内的碳纤维基本上全部单向定向。
根据本发明的另一种实施例，两个相邻层的碳纤维旋转90°定向。
根据本发明的另一种实施例，各个碳纤维或碳纤维束为了保持间距而缠绕有不导电的丝线。例如丝线可附加于基体材料设置。
此外，本发明提供一种包括这种感应充电系统的车辆。
附图说明
下面参考附图说明本发明的优选实施例。附图如下：
图1示出现有技术中的感应充电系统；
图2更详细地示出图1的感应充电系统；
图3示出图1的感应充电系统的感应线圈的剖视俯视图；
图4示出在图1的感应充电系统运行时的场线分布；
图5示出具有根据本发明的一种实施例的感应充电系统的车辆；
图6更详细地示出图5的感应充电系统的次级线圈单元；
图7a示出支杆形式的支撑元件；
图7b示出板形式的支撑元件；
图8示出支撑元件的一种实施方式；
图9示出被缠绕的碳纤维；
图10示出支撑元件的另一种实施方式；并且
图11示出根据另一种实施例的感应充电系统的次级线圈单元。
具体实施方式
图5示意性示出根据本发明的一种实施例的感应充电系统。感应充电系统包括初级线圈单元10，其被安装在例如道路、停车场、停车区或如图5所示车库的地面11中或上。初级线圈单元10与设置在机动车13上或内的次级线圈单元12配合作用。优选次级线圈单元12安装在机动车13的底部上。机动车13包括蓄电池14、优选高压蓄电池、如锂离子蓄电池，其可通过电线15与次级线圈单元12电连接并且可通过其感应充电。在初级线圈单元10和次级线圈单元12之间留有气隙。为了给蓄电池14充电，初级线圈单元10发射变化的磁场。通过感应由此在次级线圈单元12中产生为蓄电池14充电所需的充电电流。
图6更详细示出了次级线圈单元12。次级线圈单元12包括次级线圈16，其绕组围绕作为中心的竖轴线缠绕。在此，绕组在俯视图中大致呈正方形(见图7a、7b)或圆形，绕组中间是中空的。在次级线圈的远离初级线圈的一侧上设有铁氧体磁芯17。该铁氧体磁芯与次级线圈16一起嵌入灌封材料18中。次级线圈16通过电线15与蓄电池14连接。根据本发明，次级线圈单元12包括壳体结构，该壳体结构支承、包围次级线圈16并且防止其受机械损伤。壳体结构具有优选固定在车辆底部上的固定元件19、底部元件20、间隔结构21和侧部元件22。次级线圈16设置在固定元件19和底部元件20之间。固定元件19由高强度材料、如铝制成。底部元件20、间隔结构21和侧部元件22分别包括支撑元件或由支撑元件构成，所述支撑元件将在下面更详细被说明并且构造为板或支杆(如具有矩形或圆形横截面)的形式(参见图7a、7b)。支撑元件的材料不同于固定元件19的材料并且具有更强的弹性模量和相对于交变磁场的中性，即，其不是铁磁材料或允许涡流的材料。间隔结构21的支撑元件基本上垂直于固定元件19和底部元件20并且因此将底部元件20和固定元件19间隔开。由此作用于壳体结构上的力分布到间隔开的两个元件上，这具有桁架结构的效果并且使得强度提高和扭力减小。间隔结构的支撑元件在此可穿过由次级线圈16、铁氧体磁芯17和灌封材料18形成的复合体中的开口。底部元件20的端部与倾斜于固定元件19延伸的侧部元件22连接。
图7a示例性示出一种实施方式，在其中底部元件20的支撑元件构造为支杆23的形式。与面状设计相比，这节省了重量，但基本上只在一个方向上良好地吸收力。
图7b示例性示出一种实施方式，在其中底部元件20的支撑元件构造为板24的形式。该实施方式具有比支杆更高的重量，但在两个维度上吸收力。
下面举例说明支撑元件的不同实施方式：
图8示出具有多个碳纤维31的支撑元件30，在此，在一个支撑元件30内的所有碳纤维31彼此无接触地设置。为了清楚起见，在图8中多个碳纤维31中的仅一个设有附图标记。或者代替各个无接触的碳纤维使用无接触的碳纤维束，这些束的直径不大于0.1mm。本发明的发明人已经发现，互无接触的、直至这个直径的束或各个碳纤维不会形成磁涡流，因为在导电碳纤维中不能形成电流回路。因此可实现相对于交变磁场为中性的壳体结构。
此外，在同一支撑元件30内的所有单个碳纤维或束均单向定向，即，纵向方向基本上在相同方向上延伸。
间隔开的各碳纤维31或束能以其间隔开的方式嵌入基体材料32中。基体材料32是不导电材料、如漆、塑料或树脂、尤其是环氧树脂。碳纤维31或束的间距可在嵌入基体材料32中时例如通过在用基体材料32包围碳纤维31或束期间预张紧碳纤维31或束来实现。此外，可以用例如不导电的丝线33、如芳香聚酰胺缠绕单个碳纤维31或束，这如图9所示。作为替代方案将碳纤维31或束镶嵌或编织到织物、如芳香聚酰胺中。此外，也可通过用不导电的漆涂覆单个碳纤维31或束来使单个碳纤维31或束间隔开。
碳纤维31或束的相互间隔可附加于嵌入基体材料32地进行。
图10示出另一种具有多个碳纤维41的支撑元件40。为了避免重复，下面仅描述支撑元件30和支撑元件40之间的差异。在支撑元件40中，各个碳纤维41或束并非全部单向定向，而是设置成多层的形式，在一个层内的所有碳纤维41或束单向定向。两个相邻层的碳纤维41或束不同地定向，优选它们旋转90°。另外，在两个相邻的碳纤维41或束层之间还可分别设置不导电的纤维或织物层42。
图11示出次级线圈单元112的另一种实施例。为了避免重复，下面仅描述次级线圈单元12和次级线圈单元112之间的差异。次级线圈单元112附加地具有隔板125，该隔板在固定元件19和底部元件20之间、优选平行于它们延伸。次级线圈16设置在隔板和底部元件20之间。隔板125包括如上所述的支撑元件30、40或由其构成。与侧部元件22不同，侧部元件122不连接底部元件与固定元件19，而是连接底部元件20与隔板125。
尽管附图和上述说明中详细地显示和描述了本发明，但所述显示和说明仅旨在说明或举例并且不能理解为限制性的，本发明并不限制于所公开的实施例。在不同从属权利要求中提及某些特征的事实并不意味着这些特征的组合不能被有利地使用。
附图标记列表
1 初级线圈单元
2 车辆
3 次级线圈单元
4 初级线圈
5 次级线圈
6 铁氧体磁芯
7 灌封材料
10 初级线圈单元
11 底部
12 次级线圈单元
13 机动车
14 蓄电池
15 电线
16 次级线圈
17 铁氧体磁芯
18 灌封材料
19 固定元件
20 底部元件
21 间隔结构
22 侧部元件
23 支杆
24 板
30 支撑元件
31 碳纤维
32 基体材料
40 支撑元件
41 碳纤维
42 不导电材料层
112 次级线圈单元
122 侧部元件
125 隔板

Claims (9)

1.用于为机动车感应充电的感应充电系统，该感应充电系统包括嵌入灌封材料(18)中的感应线圈(16)和用于感应线圈(16)和灌封材料(18)的壳体结构，所述壳体结构包括用于固定在车辆底部上的固定元件、底部元件、间隔结构和侧部元件，其中，所述底部元件、间隔结构和侧部元件分别包括带有碳纤维(31、41)的支撑元件或由带有碳纤维(31、41)的支撑元件构成，其中，所述间隔结构的支撑元件将底部元件与固定元件间隔开，所述碳纤维这样嵌入支撑元件的基体材料(32)中，使得一个支撑元件(30、40)的各个碳纤维(31、41)中的基本上所有碳纤维无接触地设置在支撑元件(30、40)中或者各个碳纤维(31、41)组合成最大直径为0.1mm的碳纤维束并且基本上所有所述碳纤维束无接触地设置在支撑元件(30、40)中，其中，
-一个支撑元件的各碳纤维基本上全部单向定向；或者
-一个支撑元件的碳纤维设置成多层的，在一个层内的各碳纤维基本上全部单向定向。
2.根据权利要求1所述的感应充电系统，其中，所述基体材料(32)是不导电材料。
3.根据权利要求1所述的感应充电系统，其中，所述基体材料(32)是树脂、漆或塑料。
4.根据权利要求1至3之一所述的感应充电系统，其中，感应线圈(16)设置在该底部元件上，所述底部元件(20)具有板(24)形式的一个支撑元件(30、40)或者支杆(23)形式的多个支撑元件(30、40)。
5.根据权利要求4所述的感应充电系统，其中，该间隔结构将底部元件(20)固定在车辆底部上，间隔结构(21)包括板(24)形式的一个支撑元件(30、40)或支杆(23)形式的多个支撑元件(30、40)。
6.根据权利要求4所述的感应充电系统，其中，所述壳体结构还包括隔板(125)，感应线圈(16)设置在底部元件(20)和隔板(125)之间，所述隔板(125)包括板(24)形式的一个支撑元件(30、40)或支杆(23)形式的多个支撑元件(30、40)。
7.根据权利要求1至3之一所述的感应充电系统，其中，两个相邻层的碳纤维旋转90°定向。
8.根据权利要求1至3之一所述的感应充电系统，其中，所述各个碳纤维或碳纤维束为了保持间距而缠绕有不导电的丝线(33)。
9.车辆(13)，包括根据权利要求1至8之一所述的感应充电系统。
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