CN117836878A - 用于从初级导体向次级线圈无接触地传输能量的设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于从初级导体向次级线圈无接触地传输能量的设备，该次级线圈具有次级绕组和线圈芯，其中，线圈芯具有变窄部、尤其是变窄部位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从初级导体向次级线圈的无接触的能量传输的设备。
背景技术
普遍已知的是，用于借助于感应耦合、例如尤其是变压器从初级导体向次级线圈无接触地传输能量的设备是可实现的。
作为最接近的现有技术，从US2018/0 005 747A1中已知一种用于无接触的能量传输的系统。
从US2017/0 004 916A1中已知一种用于无接触地传输能量的系统所用的电感器。
从EP 1 668 656 B1中已知一种用于无接触地感应地传输电功率的装置。
从DE 698 20 904T2中已知一种感应式能量接收器的调节方案。
从US2014/0 084 697A1中已知一种用于无接触的电功率传输的系统。
从US2017/0 169 942A1中已知一种电的功率传输系统。
发明内容
因此本发明的目的是，改进设备，其中
根据本发明，该目的通过根据在权利要求1中给出的特征的设备实现。
在用于从初级导体向次级线圈的无接触的能量传输的设备中，本发明的重要特征是，该次级线圈具有次级绕组和线圈芯，
尤其是其中，次级线圈布置在相对于初级导体可动地布置的移动件处，尤其是布置在移动件的面对初级导体的侧上，
线圈芯具有变窄部、尤其是变窄部位，
尤其是其中，线圈芯在变窄部的区域中具有比在邻接变窄部的线圈芯区域中更高的通量密度，和/或其中，线圈芯在变窄部的区域中具有比在邻接变窄部的线圈芯区域中更小的壁厚。
在此优点是，变窄部导致电流限制。因为变窄部的区域在电流强度较小时并因此在磁场较弱时便已进入饱和，并且由此引起次级线圈的电感的相应改变。在优选地弱的耦合并且在谐振电路中使用次级线圈时，所传输的功率显著降低，从而相应地在谐振电路的次级侧短路时也防止电流进一步增大。
在一种有利的设计方案中，线圈芯、尤其是铁氧体芯由铁氧体制成。此时的优点是，尽管感应耦合弱，但在线圈芯中尽截获可能多的由初级导体产生的磁场，和/或在线圈芯中捕获尽可能多的由初级导体产生的场线。此时的优点是，在初级导体中和/或次级绕组中的电流增大并且由此磁场变强时，可在变窄部的区域中更快速地达到饱和，并且由此可提早减小电感，从而可防止次级侧的电流进一步增大。
在一种有利的设计方案中，变窄部布置在绕组的区域中和/或被绕组缠绕的区域中。此时的优点是，迫使尽可能多的场或尽可能多的、由初级导体产生的场线流过变窄部。由此，在电流增大时，可快速且可靠地达到饱和。
在一种有利的设计方案中，变窄部被绕组包围和/或缠绕。此时的优点是，迫使尽可能多的场或尽可能多的、由初级导体产生的场线流过变窄部。由此，在电流增大时，可快速且可靠地达到饱和。
在一种有利的设计方案中，变窄部邻接绕组的区域和/或邻接被绕组缠绕的区域。此时的优点是，迫使尽可能多的刚好从被缠绕的区域中离开的场线还通过变窄部的区域，并且由此可实现尽可能有效的电流限制。
在一种有利的设计方案中，变窄部未被绕组包围和/或缠绕。此时的优点是，变窄部布置在被缠绕的区域之外，并且由此防止绕组、尤其是绕组线尤其是在缠绕时滑入变窄部中。
在一种有利的设计方案中，线圈芯是U形的，
尤其是其中，初级导体布置在被线圈芯包围的空间区域之内。此时的优点是，虽然初级导体作为线导体长延伸地被铺设在设备中并且由此仅产生弱的磁场，但感应耦合尽可能强。
在一种有利的设计方案中，绕组是布置在一个平面中的扁平绕组。
尤其是，变窄部在该平面中的垂直投影
-被包括在绕组内，
和/或
-被包括在绕组在该平面中的垂直投影内。
此时的优点是，变窄部布置在绕组的区域中，并且由此迫使大量场线穿过变窄部的区域。
在一种有利的设计方案中，线圈芯是E形的，
尤其是其中，次级绕组围绕E形的线圈芯的中间腿部缠绕，尤其是缠绕成扁平绕组，
其中，次级绕组与初级导体间隔开，
尤其是其中，初级导体作为长延伸地铺设的封闭的回环被铺设在设备中，
尤其是其中，初级导体的一个区段用作去线/去向导体，而平行于去线布置的回线/回向导体由初级导体的另一区域构成，
尤其是其中，E形的线圈芯的轭部具有中间腿部和两个外腿部，其中，所有腿部都向着容纳去线和回线的平面伸出，
尤其是其中，绕E形的铁氧体芯的中间腿部缠绕的次级绕组在该平面中的垂直投影包括去线的一部分和回线的一部分，和/或包括去线在该平面中的垂直投影的一部分和回线在该平面中的垂直投影的一部分，
尤其是其中，线圈芯和次级绕组分别与该平面间隔开。此时的优点是，次级线圈可非常紧凑地实施，并且初级导体系统作为去线和与其并联地铺设的回线可以说是在磁性方面可双重使用。
在一种有利的设计方案中，变窄部具有在单侧或两侧实施在线圈芯处的长形的凹陷部和/或槽，尤其是其中，凹陷部或槽垂直于磁流/磁通(Magnetfluss)和/或磁流密度/磁通密度延伸，尤其是在线圈芯的整个宽度上垂直于磁流和/或磁流密度延伸。此时的优点是，可实现变窄部的均匀的实施方案。
在一种有利的设计方案中，变窄部被实现成一个或多个贯穿线圈芯的凹口和/或变窄部具有一个或多个贯穿线圈芯的凹口，
尤其是其中，凹口彼此间隔开和/或先后布置在直的一行中。此时的优点是，变窄部涉及为磁场线提供的材料，并且可简单制造。
在一种有利的设计方案中，每两个彼此直接相邻的凹口之间的距离随着与线圈芯的外边缘的距离的增大而单调减小，
尤其是使得，与布置在更外部的凹口相比，中心地布置在线圈芯、尤其是轭部中的彼此直接相邻的凹口布置得更靠近彼此，
尤其是，外边缘是布置在这样的截面中的外边缘，即，该截面的法向平行于凹口的贯穿方向。此时的优点是，磁场线的密度在变窄部的区域中均匀地分布，即，避免密度的局部峰值。
在一种有利的设计方案中，变窄部具有布置在线圈芯的贯通的气隙中的中间件，
尤其是其中，中间件具有比邻接中间件的线圈芯区域更小的壁厚，
尤其是其中，中间件由铁氧体制成。此时的优点是，能够实现简单的制造。尤其是，中间件的形状可实施成方形的或柱形的。在方形的实施方案中，在正常运行时，存在比在柱形的实施方案中更小的损失，但与在方形的实施方案中相比，柱形的实施方案能以更低的耗费更好地与剩余的线圈芯热隔绝，因为仅仅存在与剩余的线圈芯的线接触而不是面接触。
在一种有利的设计方案中，线圈芯和/或中间件至少在这样的表面区域处涂覆有涂层，即，在该表面区域处线圈芯贴靠在中间件上，
其中，该涂层的材料的比热导率小于线圈芯的材料的比热导率。此时的优点是，可实现简单地建立热隔绝。
在一种有利的设计方案中，在线圈芯与中间件之间布置有至少一个元件，
其中，该元件的材料的比热导率小于线圈芯的材料的比热导率，
尤其是其中，该元件是薄膜或另一小件、如薄板。此时的优点是，可实现简单地建立热隔绝。
在一种有利的设计方案中，中间件实施成柱体，线圈芯的气隙由线圈芯的平的面界定，
尤其是从而在线圈芯与中间件或元件之间仅仅出现线接触。此时的优点是，仅仅存在线接触，并且由此可简单且成本适宜地实施中间件的热隔绝。
在一种有利的设计方案中，次级绕组与这种电容串联或并联，即，使得如此构成的谐振电路、尤其是振荡电路的谐振频率等于由设备的电源、尤其是馈给装置送入初级导体中的交变电流的频率。此时的优点是，尽管感应耦合弱和/或该感应耦合根据移动件的运动而波动，但可实现高的效率。
从从属权利要求中得到其它优点。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员来说，尤其是从目的提出和/或通过与现有技术比较而提出的目的中，得出权利要求和/或单个权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合方案。
附图说明
现在根据示意性的附图详细解释本发明。
在图1中示意性地画出了具有串联的谐振电路的无接触的能量传输系统。
在图2中示意性地画出了具有并联的谐振电路的无接触的能量传输系统。
在图3中示出了具有铁氧体芯31的次级线圈33，铁氧体芯具有凹口32，尤其是变窄部。
在图4中，变窄部32实施成两侧的长形的凹部，尤其是槽。
在图5中，变窄部32通过一行在铁氧体芯51中的贯穿的凹口52替代。
在图6中示出了通过方形的中间件62提供的变窄部32，该中间件布置在铁氧体芯61的贯穿的间隙中。
在图7中，变窄部72布置在利用次级线圈缠绕的U形的铁氧体芯71的侧边的尤其是内端部处。
在图8中示出了具有E形的利用次级线圈84缠绕的铁氧体芯83的用于无接触的能量传输的系统，其中，变窄部82布置在铁氧体芯83的外侧处，或者其中，变窄部85布置在铁氧体芯83的内侧处。
具体实施方式
如在图1中所示的，用于无接触的能量传输的系统具有初级导体1，初级导体在设备中长延伸地铺设在底部处，其中，移动件在其下侧具有次级绕组，次级绕组在初级导体1处感应耦合。这种感应耦合2例如很弱。
次级绕组与电容C_k串联，电容的尺寸被确定成，使得由次级绕组和电容C_k构成的谐振电路、尤其是振荡电路的谐振频率等于由电源送入初级导体1中的交变电流的频率。
由此，能以高的效率向移动件传输能量。
负载R_L、尤其是耗电器可由谐振电路供电。负载R_L例如具有整流器和由整流器供电的逆变器，该逆变器给移动件的驱动马达馈电。附加地或代替地，负载R_L具有蓄能器，该蓄能器可由整流器的直流电压侧的联接端子加载。
备选地，初级导体1沿着轨道铺设，具有次级绕组的移动件沿着该轨道运动。次级绕组又感应耦合在初级导体1处。
在图1中，作为示意性的电路图示出了具有其次级侧的漏电感L_s的感应耦合2。
此外备选地，初级导体可实施成绕组，其中，移动件利用其次级绕组感应地耦合在该绕组处。
如在图2中所示的，代替串联的电容C_k，可使用与次级绕组并联的电容。由此可实现，电压更小但电流更高。
如在图3中所示的，次级绕组33绕U形的铁氧体芯31的轭部缠绕，其中，轭部与两个彼此间隔开的、尤其是彼此平行地取向的腿部相连接。在铁氧体芯31的轭部的被次级绕组33缠绕的区域中，存在铁氧体芯31的变窄部32。
在被送入初级导体1中的交变电流的初级侧电流值恒定时，可实现电流限制。因为在80谐振电路短路时，虽然谐振电路中的电流首先增大，但随后铁氧体材料在变窄部32的区域中进入饱和，由此电感变化并且谐振电路失衡。通过这种自动的限制，电流仅仅达到所属的最大值。
在正常运行时，即，当在铁氧体芯31中未出现饱和时，变窄部32的区域升温，因为在此处出现的损失比在铁氧体芯31的其余处更大。铁氧体芯31的、尤其是铁氧体芯31的轭部的壁厚在变窄部32的区域中减小。
在图3中，U形的铁氧体芯31的腿部未被缠绕，而仅是缠绕了U形的铁氧体芯31的轭部。
在图4中，以斜视图示出了铁氧体芯31上的变窄部32，用以说明，变窄部由在两侧实施在铁氧体芯31上的凹陷部构成，该凹陷部长形地在整个宽度上、尤其即垂直于缠绕方向地在铁氧体芯31处实施和/或延伸。
优选地，凹陷部实施成相应于矩形槽。
如在图5中所示的，也可代替凹陷部，使用彼此排成行的贯穿铁氧体芯的凹口52，其中，凹口52彼此间隔开并且优选地以相应的距离先后布置在一条直线中。
在一种改进方案中，每两个紧邻的凹口52之间的距离被实施成随着与尤其是在图3中示出的截面中的外边缘的距离的增大而单调减小，即，尤其是变小。由此，与布置在更外部的凹口52相比，在中心布置在轭部中的凹口52布置得更靠近彼此。
尤其是，在此，外边缘始终指的是布置在其法向平行于凹口52的贯穿方向取向的截面中的外边缘。
此外备选地，变窄部也可通过在铁氧体芯61的间隙中插入中间件62来实现，如在图6中所示的。
在此，中间件62比铁氧体芯61的其余处的壁厚小。中间件62同样也由铁氧体制成。
优选地，由铁氧体材料制成的中间件62附加地在其表面处被涂覆有覆层，该覆层的比热导率小于铁氧体材料的比热导率。
由此，可在中间件62中实现高温，而邻接中间件62的铁氧体芯61尽可能少地受到热加载。当温度达到居里温度时，次级绕组的电感剧烈下降，并且谐振电路的失衡非常大，并且次级侧的电感变得非常小。以这种方式，限制电流增大，因为通过感应耦合传输的电流很少。
有利地，该涂层至少布置在中间件62的贴靠在铁氧体芯61上的表面区域中。
如在图7中所示的，有利地，变窄部72布置在利用次级绕组73缠绕的区域内。
在图7中，对此，铁氧体芯71的左腿部设有次级绕组73，变窄部72布置在该次级绕组之内。
但在U形的传输器头的右腿部处，变窄部布置在利用次级绕组73缠绕的区域之外，尤其是紧挨着次级绕组73的端部。
如在图8中所示的，代替U形的铁氧体芯、尤其是线圈芯，在根据本发明的系统中，也可使用E形的铁氧体芯、尤其是线圈芯。
初级导体作为长延伸的封闭的回环铺设在设备中，其中，初级导体的一个区段用作去线/去向导体，而平行于去线80布置的回线/回向导体81由初级导体的另一区域构成。
E形的铁氧体芯83的轭部具有中间腿部和两个外腿部，所有腿部都向着容纳去线80和回线81的平面伸出。
围绕E形的铁氧体芯83的中间腿部缠绕的次级绕组在该平面中的垂直投影包括去线80的一部分和回线81的一部分，尤其是包括去线80在该平面中的垂直投影的一部分和回线81在该平面中的垂直投影的一部分。
但由具有次级绕组84的铁氧体芯83构成的线圈始终与该平面、即尤其是容纳去线80和回线的平面间隔开。
变窄部82或者布置在铁氧体芯83的面对次级绕组84的侧处，或者布置在铁氧体芯的背离次级绕组84的侧处。
在第一实施方案中，与图4相似地，变窄部85实施成长形的槽。相同的内容适用于变窄部82。
但备选地，变窄部85和/或82可与图5相似地实施成一行贯穿铁氧体芯83的凹口52，或与图6相似地实施成尤其是涂覆有涂层的中间件。
变窄部82和/或变窄部85或者布置在绕组84的区域中，或者布置在绕组84的内端部区域或外端部区域处。
绕组84实施成环形绕组并且围绕E形的铁氧体芯83的中间腿部实施，尤其是实施成单层的扁平绕组。
在其它根据本发明的实施例中，铁氧体芯至少在中间件62贴靠在铁氧体芯61上的表面区域处被涂覆有涂层。该涂层的材料的比热导率小于铁氧体材料的比热导率。
在其它根据本发明的实施例中，代替这种涂层，也可在中间件62与铁氧体芯61之间中间布置元件、尤其是薄膜或小件如薄板。该元件的壁厚选择成尽可能小，但是其中，从该元件到铁氧体芯61的传热阻力必须足够高。
在其它根据本发明的实施例中，代替上述相应的铁氧体芯，使用由另一铁磁材料制成的线圈芯。在此，为了系统设计得紧凑，尽可能高的比磁导率是有利的。
附图标记列表：
1 初级导体
2 感应耦合
31 铁氧体芯，具有轭部和两个腿部
32 变窄部，尤其是凹口
33 次级绕组
51 铁氧体芯
52 凹口
61 铁氧体芯
62 中间件
71 铁氧体芯
72 凹口，尤其是变窄部
73 次级绕组
80 初级导体1的用作去线的区域
81 初级导体1的用作回线的区域
82 变窄部
83 铁氧体芯，尤其是板形的铁氧体芯
84 次级绕组
L_S 次级绕组的漏电感
C_k 电容
R_L 负载。
Claims (15)
1.一种用于从初级导体向次级线圈无接触地传输能量的设备，所述次级线圈具有次级绕组和线圈芯，
尤其是其中，次级线圈布置在相对于初级导体可动地布置的移动件处，尤其是布置在移动件的面对初级导体的侧上，
其特征在于，
线圈芯具有变窄部、尤其是变窄部位，
尤其是其中，线圈芯在变窄部的区域中具有比在邻接变窄部的线圈芯区域中更高的通量密度，和/或，线圈芯在变窄部的区域中具有比在邻接变窄部的线圈芯区域中更小的壁厚。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，线圈芯、尤其是铁氧体芯由铁氧体制成。
3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
变窄部布置在次级绕组的区域中和/或被次级绕组缠绕的区域中，
和/或
变窄部被次级绕组包围和/或缠绕。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
变窄部邻接次级绕组线圈的区域和/或被次级绕组缠绕的区域，
和/或
变窄部未被次级绕组包围和/或缠绕。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
线圈芯是U形的，
尤其是其中，初级导体布置在被线圈芯包围的空间区域之内。
6.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
次级绕组是布置在一个平面中的扁平线圈，
并且
变窄部在该平面中的垂直投影
-被次级绕组包括，
和/或
-被次级绕组在该平面中的垂直投影包括。
7.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
线圈芯是E形的，
尤其是其中，次级绕组围绕E形的线圈芯的中间腿部缠绕，尤其是缠绕成扁平绕组，
次级绕组与初级导体间隔开，
尤其是其中，初级导体作为长延伸地铺设的封闭的回环被铺设在设备中，
尤其是其中，初级导体的一个区段用作去线，而平行于去线布置的回线由初级导体的另一区域构成，
尤其是其中，E形的线圈芯的轭部具有中间腿部和两个外腿部，其中，所有腿部都向着容纳去线和回线的平面伸出，
尤其是其中，围绕E形的铁氧体芯的中间腿部缠绕的次级绕组在所述平面中的垂直投影包括去线的一部分和回线的一部分，和/或包括去线在所述平面中的垂直投影的一部分和回线在所述平面中的垂直投影的一部分，
尤其是其中，线圈芯和次级绕组分别与所述平面间隔开。
8.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，变窄部具有在单侧或两侧实施在线圈芯上的长形的凹陷部和/或槽，尤其是其中，凹陷部或槽垂直于、尤其是在线圈芯的整个宽度上垂直于磁流和/或磁流密度延伸。
9.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
变窄部被实现成一个或多个贯穿线圈芯的凹口，和/或变窄部具有一个或多个贯穿线圈芯的凹口，
尤其是其中，这些凹口彼此间隔开和/或先后布置在笔直的一行中。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，
分别两个彼此紧邻的凹口之间的距离随着与线圈芯外边缘的距离的增大而单调减小，
尤其是使得，与布置在更外部的凹口相比，中心地布置在线圈芯、尤其是轭部中的彼此紧邻的凹口更靠近彼此，
尤其是，外边缘是布置在如下截面中的外边缘，即：所述截面的法向平行于凹口的贯穿方向。
11.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
变窄部具有布置在线圈芯的贯通的气隙中的中间件，
尤其是其中，中间件具有比邻接中间件的线圈芯区域更小的壁厚，
尤其是其中，中间件由铁氧体制成。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于
线圈芯和/或中间件至少在线圈芯贴靠在中间件上的表面区域处涂覆有涂层，
其中，涂层的材料的比热导率小于线圈芯的材料的比热导率。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其特征在于，
在线圈芯与中间件之间布置有至少一个元件，
所述元件的材料的比热导率小于线圈芯的材料的比热导率，
尤其是其中，所述元件是薄膜或另一小件、如薄板。
14.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
中间件实施成柱体，线圈芯的气隙被线圈芯的平的面界定，
尤其是从而在线圈芯与中间件或元件之间仅出现线接触。
15.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，次级绕组与电容串联或并联，使得这样构成的谐振电路、尤其是振荡电路的谐振频率等于由设备的电源、尤其是馈给装置送入初级导体中的交变电流的频率。
Applications Claiming Priority (3)
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication |