CN107836028A - 用于感应式能量传输的线圈单元 - Google Patents

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Abstract

已知一种用于感应式传输电能的线圈单元。所述线圈单元包括线圈、磁通量引导单元以及漏磁场屏蔽件，它们固定地互相连接、尤其是互相浇注、压制或用螺纹连接或以由此的组合方式。本发明的任务是，提供一种用于感应式能量传输的线圈单元，该线圈单元具有良好的保护免受机械损坏。按照本发明，用于感应式能量传输的线圈单元(4)具有至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)。所述至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)被由纤维增强塑料制成的结构(11)包围。纤维增强塑料具有高的刚度。相应地，所述由纤维增强塑料制成的结构(11)可靠地保护所述至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)免受损坏。

Description

用于感应式能量传输的线圈单元
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的线圈单元。
背景技术
这种线圈单元用于给机动车的能量储存器、例如车辆蓄电池无接触地充电，其中，机动车仅能在较长的时间段上被放置在作为充电装置的初级线圈单元上方以用于给能量储存器充电，所述初级线圈单元发射变化的磁场。这种充电装置例如能够设置在公共停车场，以便在机动车停车期间给能量储存器(车辆蓄电池)充电。正好是与利用化石燃料给汽车加油时的加油过程相比，得出的优点不仅在于，不必寻找特定的加油站，以便至少部分地填充能量储存器，而且在于给能量储存器的充电无接触地进行并且与此对应地能够特别符合人体工程学地并且在没有驾驶员的其它动作的情况下发生。此外，不同于利用化石燃料加油在加料过程期间或在给能量储存器充电期间不释放燃料蒸汽。
由DE 10 2013 101 150 A1已知一种用于感应式传输电能的线圈单元。所述线圈单元包括线圈、磁通量引导单元以及漏磁场屏蔽件，这些固定地互相连接、尤其是互相浇注、压制或用螺纹连接或以由此的组合方式。
此外，由DE 10 2010 050 935 A1已知一种线圈单元，在该线圈单元中线圈绕组和平面的铁氧体区域注入到浇铸材料中。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于感应式能量传输的线圈单元，该线圈单元具有良好的保护免受机械损坏。
所述任务通过一种具有权利要求1的特征的用于感应式能量传输的线圈单元得以解决。
按照本发明，用于感应式能量传输的线圈单元具有至少一个线圈绕组和铁氧体磁芯。所述至少一个线圈绕组和铁氧体磁芯被由纤维增强塑料制成的结构包围。纤维增强塑料具有高的刚度。对应地，尤其是当由纤维增强塑料制成的结构完全包围所述至少一个线圈绕组和铁氧体磁芯时，由纤维增强塑料制成的结构可靠地保护所述至少一个线圈绕组以及铁氧体磁芯免受损坏。附加地，线圈单元能够在相应地确定由纤维增强塑料制成的结构的尺寸时具有高的固有刚度，从而线圈单元不必由附加的构件加固。特别是铁氧体磁芯是非常易碎的并且可能在小的负荷时已经破碎。由于由纤维增强塑料制成的刚性结构，铁氧体磁芯被可靠地保护。
每种纤维增强塑料包含多种纤维和基质，所述纤维嵌入到该基质中。所述纤维引导力。由于其与基质相比高的刚度，纤维吸引载荷。因为纤维具有比基质高的刚度，载荷沿纤维被引导。横向于纤维，基质和纤维经常具有类似的弹性模量。附加地，所述力必须通过粘合力在纤维-基质分界面上被引导。因此，横向于纤维通常没有进行增强作用。尤其是聚合物纤维、玻璃纤维或碳纤维适合作为纤维。当然在使用碳纤维时应确保纤维没有形成导电的闭合的环。这例如能够通过给纤维涂漆实现。功能划分也是可能的，其方式为碳纤维在感应场外被嵌入。
所述基质嵌含纤维。“嵌含”在此指的是，基质在空间上固定纤维并且能实现载荷导入以及载荷导出。附加地，基质支撑纤维，例如在与纤维平行的压力时防止纵向弯曲。载荷传输通过在纤维与基质之间的粘附进行。该载荷传输能够通过法向力或推力进行。在其中不存在有纤维基质附着的复合体仅在特殊情况下可承载。此外，所述基质具有保护纤维免受环境影响的任务。
为了制造按照本发明的线圈单元，尤其是提供两种方法：将所述至少一个线圈绕组和铁氧体磁芯用预浸料包围，然后将该预浸料在压力和温度下压制成所希望的形状并且在此硬化。预浸料是利用反应性树脂预浸渍的纤维垫。所述反应性树脂由通常高粘性的、然而还未聚合的热固塑料的塑料基质制成。所包含的纤维能够作为纯单向的层、作为织物或非织造网布存在。替代地，将纤维在干燥的状态下例如作为垫施加到所述至少一个线圈绕组和铁氧体磁芯上并且随后用基体材料包围。例如注射方法或RTM方法适合于此。
根据由纤维增强塑料制成的结构的构造以及纤维和基质的选择，所述结构的机械特性能够这样有针对性地调节，使得该结构具有所希望的弯曲刚度和/或扭转刚度。
有利地，附加地在所述由纤维增强塑料制成的结构中嵌入有至少一个传感器线圈。所述至少一个传感器线圈优选设置在所述至少一个线圈绕组内。这种传感器线圈用于检测磁场中的干扰以及因此金属杂质的存在。
优选地，所述至少一个线圈绕组和铁氧体磁芯通过塑料泡沫互相连接，其中，所述至少一个线圈绕组、铁氧体磁芯以及所述塑料泡沫被由纤维增强塑料制成的结构包围。这种塑料泡沫明显比由纤维增强塑料制成的结构更有弹性。因此，该结构保护易碎的铁氧体磁芯免受机械负荷，所述机械负荷可能导致损坏铁氧体磁芯。理想地，所述铁氧体磁芯完全利用塑料泡沫包围，以便优化地保护该铁氧体磁芯。
所述线圈单元有利地用作次级线圈，该次级线圈安装在机动车的下侧上。由于由纤维增强塑料制成的结构，不仅所述至少一个线圈绕组而且铁氧体磁芯良好地得到保护免受机械损坏以及免受由于污物、灰尘、喷水、融雪盐等造成的污染和腐蚀。此外，所述结构可以这样设计，使得线圈单元用作机动车的承载构件。在此，所述结构可以适应负荷地通过合适地选择纤维和使纤维定向以及合适地选择基质被构造。理想地，所述由纤维增强塑料制成的结构的纤维根据线圈单元的主负荷方向定向。
其它有利的实施方案是从属权利要求的主题。
附图说明
在附图中示出本发明的实施例，下面借助该实施例详细说明本发明。各张图以示意图方式示出：
图1示出具有次级线圈单元的机动车的侧视图，该机动车停放在作为充电装置的初级线圈单元上方，
图2示出所述次级线圈单元的示意性的在高度上的截面图，
图3示出所述次级线圈单元的横截面，
图4示出在图3中示出的横截面的放大细节图，
图5示出传感器线圈编织物的示意性的俯视图，以及
图6示出在所述次级线圈单元上磁通量的示意图。
具体实施方式
在图1中示出停放在车库1中的机动车2。该机动车2具有高压蓄电池3，该高压蓄电池能够通过安装在车辆下侧的次级线圈单元4被感应式充电。为此，所述次级线圈单元4经由高压线5与高压蓄电池3连接。用作充电装置的初级线圈单元6处于所述次级线圈单元4下方，该初级线圈单元设置在车库1的地面7上。在车库1的地面7上的初级线圈单元6与在机动车2的下侧上的次级线圈单元4之间保留有气隙。为了给高压蓄电池3充电，初级线圈单元6发射变化的磁场。通过感应在次级线圈单元4中由此产生对于给高压存储器2充电所需的充电电流。在此，在初级线圈单元6与次级线圈单元4之间的气隙越小，并且次级线圈单元4越准确地在车辆纵向方向上或车辆横向方向上没有错位地处于初级线圈单元6上方，能无接触地从初级线圈单元6传输到次级线圈单元4中的功率就越大。
在图2中示出次级线圈单元4的示意性的在高度上的截面图以及在图4中示出该次级线圈单元的横截面。所述线圈单元4具有矩形基面并且在车辆高度方向z上整体上是极其平坦的。线圈单元包括多个线圈绕组8、一个铁氧体磁芯9以及多个传感器线圈10，它们嵌入到由纤维增强塑料制成的结构11中。
所述线圈绕组8彼此环形地围绕自由中心设置在垂直于车辆高度方向z的平面中。在此，线圈绕组8尽量利用所述矩形基面。所述铁氧体磁芯9全表面接近在线圈单元4的整个基面上延伸。该铁氧体磁芯具有环形的向上突起的槽13，在该槽中设置有线圈绕组8。在此，线圈绕组8和铁氧体磁芯通过由纤维增强塑料制成的结构11的薄层互相分隔开。
在图4中示出在图3中的区域A的放大剖面。在所述放大的示图中可良好地看出，在车辆高度方向z上在铁氧体磁芯9以及线圈绕组8下方在由纤维增强塑料制成的结构11中多个传感器线圈10引入在平行于铁氧体磁芯9的平面中，它们在线圈绕组8内的区域中延伸。所述传感器线圈10根据它们彼此间的布置结构系统地遮盖在线圈绕组8内的整个区域，如在图5中引入到线圈单元4中的传感器线圈10的俯视图中可良好地看出。
由纤维增强塑料制成的结构11完全包围线圈绕组8、铁氧体磁芯9以及传感器线圈10，使得它们得到良好的保护免受污物、灰尘、喷水、湿气等。所述纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料。在此，在制造时将传感器线圈10、线圈绕组8以及铁氧体磁芯9放置到玻璃纤维层之间，然后在模具中在压力下以RTM方法注射树脂作为基质。在树脂硬化之后，玻璃纤维层与基质一起形成结构11，传感器线圈10、线圈绕组8以及铁氧体磁芯9嵌入到所述结构中。
由玻璃纤维增强塑料制成的所述结构具有极其高的刚度。因此，不需要其它构件来确保线圈单元4所需的刚度，线圈单元4本身是足够刚性的。在此，线圈单元4的刚度甚至可以被这样大地确定，使得线圈单元4可以用作机动车2的车身的承载构件。
在感应式充电时，由于电磁辐射或由于变化的磁场或电场，在充电时可能发生与机动车的其它电子组件的不兼容性或发生其故障。因此，线圈单元4这样安装在机动车2的车辆下侧上，使得线圈单元4的边缘区域与机动车的邻接的底板12形成重叠。在此，所述底板由顺磁导电金属(低导磁率)构造。感应涡流产生屏蔽作用。所述重叠这样构造，使得在车辆高度方向z上从下面观察在线圈单元4的整个区域中以及在其周围环境中由铁氧体磁芯9或由底板12始终提供对电磁辐射的屏蔽。在图6中示出，铁氧体磁芯9和邻接的底板12如何始终良好地屏蔽电磁辐射M，从而所述辐射不能干扰机动车2的电结构组件。

Claims (10)

1.用于感应式能量传输的线圈单元(4)，该线圈单元包括至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)，其特征在于，所述至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)被由纤维增强塑料制成的结构(11)包围。
2.根据权利要求1所述的线圈单元，其特征在于，所述由纤维增强塑料制成的结构(11)完全包围所述至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)。
3.根据权利要求1或2所述的线圈单元，其特征在于，附加地在所述由纤维增强塑料制成的结构(11)中嵌入有至少一个传感器线圈(10)。
4.根据权利要求3所述的线圈单元，其特征在于，所述至少一个传感器线圈(10)设置在所述至少一个线圈绕组(8)内。
5.根据上述权利要求之一所述的线圈单元，其特征在于，所述至少一个线圈绕组(8)和铁氧体磁芯(9)通过塑料泡沫互相连接，其中，所述至少一个线圈绕组(8)、铁氧体磁芯(9)以及所述塑料泡沫被由纤维增强塑料制成的结构(11)包围。
6.根据上述权利要求之一所述的线圈单元，其特征在于，所述结构(11)由聚合物纤维增强的、玻璃纤维增强的或碳纤维增强的塑料制成。
7.具有根据上述权利要求之一所述的线圈单元的机动车，其特征在于，所述线圈单元(4)作为次级线圈安装在机动车的下侧上。
8.根据权利要求7所述的机动车，其特征在于，所述线圈单元(4)构造为机动车的承载构件。
9.根据权利要求8所述的机动车，其特征在于，所述由纤维增强塑料制成的结构的纤维根据线圈单元(4)的主负荷方向定向。
10.根据权利要求8或9所述的机动车，其特征在于，所述至少一个线圈绕组(8)设置在铁氧体磁芯(9)中的环形槽(13)中。
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