CN204230992U - 用于感应式能量传输的系统以及系统的组成部分 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于感应式能量传输的系统(1),该系统用于为车辆(20)的电池(21)充电,具有用于产生磁场(17)或用于产生感应电压的线圈(11,12,14),其中线圈(11,12,14)包围着主磁通(17),其中电子件(5,6,7,8,9)布置在主磁通(17)的外部。电子件(5,6,7,8,9)和线圈(11,12,14)具有共同的壳体(40,41)。本实用新型还涉及一种用于感应式能量传输的系统(1)的组成部分(2)。

Description

用于感应式能量传输的系统以及系统的组成部分
技术领域
本实用新型涉及一种用于感应式能量传输的系统。这类系统具有至少一个线圈,其中为该线圈分配电子件。特别地该线圈为用于感应式无线能量传输的系统的初级线圈或次级线圈。该系统特别地涉及一种用于感应地、无线地输出能量的装置,尤其是向电运行的车辆的接收线圈感应地、无线地输出能量的装置,该装置包括设计为圆形的导电线圈,其中该线圈可以与电源相连接。
背景技术
在电动车辆的无线式充电中绕组可以应用例如圆形的设计或螺旋线圈形设计。圆形设计表示这样一种线圈,即在该线圈中导线在一个平面内螺线形延展。螺旋形设计表示这样一种线圈类型的绕组,其能够构造圆柱形。
为了避免由于感应式能量传输干扰与线圈相应的电子件,可以使这些电子件离相应的线圈更远。
实用新型内容
本实用新型的目的是,构造一种紧凑的用于感应式能量传输的系统。特别地本实用新型的目的是,构造一种干扰安全(stoerungssicher)的用于感应式能量传输的系统。
该目的的解决方案由一种用于感应式能量传输的系统或一种这种系统的组成部分实现。
用于感应式能量传输的系统,即感应式充电系统,包括例如所谓的Wallbox,该Wallbox内设有包括所需的变频器和相应的调控装置在内的功率电子件。Wallbox特别适用于单独使用的或私人的感应式充电(尤其是在车库中)应用领域。特别地感应式充电系统也包括固定在车库地面上的线圈。该初级侧线圈(公共设施侧)则通过相应的电缆由具有所需电压(尤其是具有相应的频率或幅度的单相交流电压)的Wallbox供电。在充电运行时产生的磁交变场耦合到设置在车辆内的次级侧线圈中。车辆侧的、在次级线圈内感应的电压被整流并可以用来为车辆的电池进行充电。
用于感应式能量传输的、为车辆的电池进行充电的系统包括线圈。特别地该系统包括初级侧线圈和次级侧线圈。线圈具有至少一个绕组。系统的第一线圈被设置用来在初级侧产生磁场。系统的第二线圈被设置用来在次级侧为产生感应电压而进行感应。每个线圈都包围着主磁通,该主磁通特别是由初级侧的线圈本身产生的。系统的电子件被布置在主磁通的外部。特别地电子件为初级侧电子件和/或次级侧电子件。电子件包括例如功率半导体和/或微控制器。通过该电子件可以执行例如控制功能和/或调节功能。特别地初级侧电子件涉及对为初级侧线圈进行供电的变频器或逆变器的调节或控制。次级侧电子件涉及对为次级侧的感应电压或电流进行整流的整流器的调节或控制。
在系统的一个实施方式中该次级侧在结构上集成在待充电的车辆内。在车辆内的集成涉及次级侧线圈(次级线圈)或相应的功率电子件。在次级侧的一个实施方式中次级侧线圈为绕着平坦的、方形的铁氧体核缠绕的螺旋线圈。由此人们可以合理地利用车辆内有限的可用空间。在系统的一个实施方式中感应式充电装置的次级侧包括次级线圈和集成的电子件(尤其是集成的功率电子件)。同时电子件和次级侧线圈构成至少一个结构单元。另一个结构单元可以由初级侧线圈和初级侧的电子件构成。
在系统的一个实施方式中电子件和线圈具有一个共用的壳体。这分别涉及了初级侧和/或次级侧,从而设计为初级侧壳体和/或次级侧壳体,它们将线圈和电子件包住。
在系统的一个实施方式中在将线圈和电子件集成在次级侧的情况下,为了对线圈内的感应电流/电压进行整流,次级侧线圈和功率电子件,以及特别是还有电荷释放器(特别是类似的)集成到一个结构单元中。这种集成由一个共用的壳体体现。
在系统的一个实施方式中线圈形成了具有长度、宽和高度的体积形状(尤其是圆柱形)。电子件也形成了具有长度、宽度和高度的体积形状。该涉及到次级侧和/或初级侧。同时线圈的位置和电子件的位置在高度上至少部分地相交。这种相交至少涉及到在预定应用的情况下对车辆进行充电时的位置。次级侧设在车辆侧的车辆底部区域。初级侧设在行驶轨迹附近。
在系统的一个实施方式中线圈绕着用于引导磁场的元件缠绕。该元件例如为铁氧体。由此可以提高感应式充电系统的效率。
在系统的一个实施方式中线圈具有这样的绕组,即该绕组包括一个或多个弧区段。如果线圈具有平坦的矩形铁氧体核,则弧区段位于铁氧体核的窄侧壁上。电子件与多个弧区段相对而布置。由此可以确保,电子件不位于线圈的主磁通区域内。这涉及到具有正方形或圆形截面的铁氧体核的线圈。
在系统的一个实施方式中线圈为初级侧线圈或次级侧线圈。所述的线圈和电子件的布置优选地既可以用于初级侧也可以用于次级侧。
在系统的一个实施方式中线圈的长度和/或宽度大于线圈的高度。这优选地为了实现初级侧和/或次级侧的系统的紧凑而平坦的结构。因此这种平坦的结构涉及初级部分和/或次级部分的高度。这部分的高度或线圈的高度相当于由能感应式充电的车辆与车辆的支承面的间距所预定的方向。
通过感应式能量传输对车辆的电池进行充电的系统的组成部分涉及感应式系统的次级侧和初级侧。次级侧或初级侧包括线圈和电子件,其中线圈设置用于构成磁场和/或用于产生感应电压。在运行状态(充电)时线圈包括磁场的入口区域和磁场的出口区域,其中特别地在入口区域和出口区域之间撑开一个面。该面例如具有包含圆形或椭圆形截面的圆柱形状。电子件被定位在所撑开的面的平面垂线附近。电子件不会被定位在入口区域或出口区域的面平面垂线附近。
在组成部分的一个实施方式中涉及次级侧,其中在次级侧的壳体内所有必要组件的集成都是为了获得紧凑的次级侧单元,该单元可以直接与电动车辆的高压-中间电路建立连接,即直接与电池建立连接。同时要注意的是,所述电子组件位于下述区域的外部,即在该区域内会有预期磁场的主通量。在次级侧为螺旋线圈的情况下该区域为磁场的入口区域和出口区域。
附图说明
下面借助附图对本实用新型进行示意性说明。附图示意了:
图1为地面侧的线圈布置及车辆侧的线圈布置俯视图;
图2为地面侧的线圈布置及车辆侧的线圈布置侧视图;
图3为具有电子件5的螺旋形线圈14;
图4为次级侧4;
图5为具有屏蔽挡板的次级侧4;以及
图6为车辆。
具体实施方式
图1和2示意了设置在地面侧的电动车辆的充电装置3及车辆侧4的螺旋形线圈14,该线圈用于接收所提供的能量。车辆侧线圈14被固定在未被进一步示意出的车辆上,而地面侧的充电装置3则被嵌入在地面10内。图1示意了从上方看的示意图,即向地面10或行驶轨迹面方向,该示意图表示出组成部分3和4,而图2示意了这些组件的侧视图。图1和2中的系统1除了初级侧3的线圈11和12和次级侧4的线圈14外还包括电子件5,6,7,8和9。电子件5和6被集成在次级侧4内。尤其是电子件5和/或6涉及功率电子件。次级侧4所需的整流器包括该功率电子件(例如绝缘栅双极晶体管)。次级侧4具有壳体40,该壳体将电子件5,6和次级侧线圈14包住。
设置在地面侧的充电装置包括第一圆形绕组11和共面布置的第二圆形绕组12。两个绕组11,12同样大并且原则上结构类型相同。两个绕组11,12的中心的彼此间距,大于车辆侧的铁氧体15的长度。该实施例中的圆形绕组被构造为圆形。在另一种实施方案中可以将圆形绕组设置为正方形,亦即电导体在离开绕组的拐角后笔直地延展。
初级侧的铁氧体元件13连接了两个绕组11和12的中心区域。同时铁氧体元件13包括圆柱形件50和51(例如具有矩形或圆形截面),它们位于两个绕组11,12的中心,还包括连接件52,它与两个圆柱形件50,51是机械固定的并且在绕组11,12的下方在地面10附近延展。
两个绕组11,12与可控的电源相连接,因此设置了电子件7,8和9。电子件7,8和9被放置在初级侧3的不同位置上。可以将这些电子件放置在初级侧3的一个,两个或其它的位置上。可控电源为驱控绕组11和12的供电,由此可以实现具有适当频率及功率的感应式能量传输。同时,只要充电过程需要,便可在绕组11和12上设置可控的交变场。因此所述充电装置优选地还包括通信装置,它可以实现,与电动车辆交换充电过程的参数如最大功率或其它诸如此类的。可控电源按下述方式与绕组11,12相连接,即使绕组11,12中始终具有相反的电流方向。有利的是,两个绕组11,12内的电流参数还是相同的,亦即电流强度始终相同,仅仅方向相反。这种情况由两个绕组11,12附近的电流方向箭头16表示。
由于本实施例中所描述的绕组11,12的装置和操作,可以在电动车辆中应用具有适当的铁氧体15并且相对较小的螺旋形绕组14。理想情况下它被设置在磁场强度线上。磁通量17的简化轨迹由图2示意出。在车辆内螺旋形绕组14优选地比同类的圆形绕组更容易实现。
圆形绕组或线圈11,12具有长度49和宽度55。由于圆形绕组可以得到具有较小的结构高度的初级侧3。线圈11和12具有线圈高度56。在次级侧4线圈14是由螺旋形绕组绕着铁氧体核15缠绕而成。铁氧体核15具有高度35和长度67。铁氧体核15的高度34小于其长度或宽度。次级侧4的电子件5和6具有长度53并且相对于线圈14是这样定位的,即电子件与多个弧区段45相毗邻,或与之相对。由于绕组位于平坦的,即不高的铁氧体核15上,线圈14包括位于区域45内的弧区段核位于区域46内的直线段。
次级侧4包括具有长度30和宽度31的壳体40。电子件5和/或6被集成在壳体40内,其中壳体40的宽度31由线圈14的宽度54和电子件5,6的宽度确定。由此可以实现次级侧的平坦结构,这有助于将车辆的底部设置得更平坦。平坦的次级部分4可以实现,尽管次级的充电装置尽可能大,也会维持车辆的底部自由度。次级部分的长度30应该尽可能小,因此电子件应按下述方式构造,即其长度53不应大于,铁氧体的长度67和/或线圈14的长度。
图2的图示示意了位于次级侧的线圈14的上方的电子件66。这种对电子件66的放置方式使次级部分4的结构高度32变大。然而这种放置方式具有以下优点,即电子件66与行驶轨迹离得更远并且由此可以更好地防止损坏。具有高度33的电子件5位于铁氧体15的高度上并因此不会对次级部分的结构高度有负面影响。电子件5的高度33小于线圈14的高度57。在这种情况下高度指的是用于感应式能量传输的系统的处于工作状态时次级部分与次级部分的间距36方向上的长度。
初级部分3和次级部分4都可以具有不同数量的电子件模块,它们被设置在所述位置或其它位置上。
图3的图示示意了一个具有电子件5的螺旋形线圈14来作为组成部分2。变化的磁场17可以感应出电压并且在线圈14内形成电流。电子件5未被设置在线圈14的长轴38附近,因此磁场17的主通量不会穿过,与线圈14相应的并且包括例如一个整流器的电子件5。线圈14包括磁场17的入口区域58和出口区域59。入口区域58和出口区域59撑开一个具有矩形截面的圆形面。电子件5被放置在所撑开的面的平面垂线60附近。
图4的图示示意了作为组成部分2的次级侧4。示意了绕组14环绕着宽度为35的核15,其中绕组14与电子件5具有电气连接并且电子件5具有电路板42。绕组14和电子件5位于壳体40内,该壳体沿绕组14的长轴38的方向具有长度30。电子件5不位于空置区域43或44内。空置区域43或44与线圈14的磁场的入口区域和出口区域毗邻。为了避免磁场对电子件的干扰,电子件5不位于空置区域内。
与空置区域43和44类似地,当次级部分4为螺旋线圈时,这种布设规定也适用于其它线圈形状。例如在圆形线圈布置情况下电子件,尤其是功率电子件及其操控装置,不位于线圈的中间。在其它的线圈布置中也作类似处理。
图5的图示示意了次级部分4,它包括屏蔽挡板47。在屏蔽挡板的第一侧面上,该侧面面向这里未被示意出的行驶轨迹10,具有螺旋形绕组14和具有矩形截面与宽度35的铁氧体核15。具有宽度37和高度33的电子件5也位于该第一侧面上,其中在宽度上电子件5比铁氧体核15窄。这可以实现,尽管结构紧凑,仍具有较大的磁通量入口区域。在考虑次级部分4的结构高度的情况下铁氧体核15的高度34与电子件5的高度33不同。在屏蔽挡板47的第二侧面上,具有电子件6。屏蔽挡板47传导磁场并且也产生屏蔽作用。由此可以防止电子件6受到变化的磁场的干扰。
图6的图示示意了位于行驶轨迹面10上的车辆20,为了实现对电池21的充电该车辆包括一个与两个组成部分进行无线充电的系统。第一个部分为初级部分3而第二个部分为初级部分4。初级部分3与次级部分4之间具有间隔。该间隔由车辆底部与行驶轨迹的间距给出。初级侧3由具有电源端口23的Wallbox 22提供电能。

Claims (14)

1.一种用于感应式能量传输的系统(1),所述系统用于为车辆(20)的电池(21)充电,其特征在于,所述系统(1)具有用于产生磁场(17)或用于产生感应电压的线圈(11,12,14),其中所述线圈(11,12,14)包围主磁通(17),其中电子件(5,6,7,8,9)布置在所述主磁通(17)的外部。 
2.根据权利要求1所述的系统(1),其特征在于,所述电子件(5,6,7,8,9)和所述线圈(11,12,14)具有共同的壳体(40,41),所述壳体(40,41)相应的用于初级侧(3)和/或次级侧(4)。 
3.根据权利要求1或2所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)构造具有长度(39,49),宽度(31)和高度(32)的体积形状,其中所述电子件(5,6,7,8,9)也构造具有长度(39,49),宽度(37)和高度(33)的体积形状,其中所述线圈(11,12,14)的位置和所述电子件(5,6,7,8,9)的位置在所述高度上至少部分地相交。 
4.根据权利要求3所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)围绕用于引导所述磁场(17)的元件(50,51)缠绕。 
5.根据权利要求4所述的系统(1),其特征在于,所述线圈具有弧区段(45),其中所述电子件(5,6,7,8,9)与多个弧区段(45)相对地布置。 
6.根据权利要求4所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)为初级侧线圈(11,12)。 
7.根据权利要求4所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)为次级侧线圈(14)。 
8.根据权利要求6所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)的所述长度(39)和/或所述宽度(54)大于所述线圈(11,12,14)的所述高度(56,57)。 
9.根据权利要求7所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)的所述长度(39)和/或所述宽度(54)大于所述线圈(11,12,14)的所述高度(56,57)。 
10.根据权利要求8所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)的所述高度相当于由能感应式充电的所述车辆(20)与所述车辆(20)的支承面(10)的间距(36)所预定的方向。 
11.根据权利要求9所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)的所述高度相当于由能感应式充电的所述车辆(20)与所述车辆(20)的支承面(10)的间距(36)所预定的方向。 
12.根据权利要求1所述的系统(1),其特征在于,所述线圈(11,12,14)构造具有长度(39,49),宽度(31)和高度(32)的体积形状,其中所述电子件(5,6,7,8,9)也构造具有长度(39,49),宽度(37)和高度(33)的体积形状,其中所述线圈(11,12,14)的位置和所述电子件(5,6,7,8,9)的位置在所述高度上至少部分地相交,其中所述线圈(11,12,14)围绕用于引导所述磁场(17)的元件(50,51)缠绕,其中所述线圈(11,12,14)的所述长度(39)和/或所述宽度(54)大于所述线圈(11,12,14)的所述高度(56,57),其中所述线圈(11,12,14)的所述高度相当于由能感应式充电的所述车辆(20)与所述车辆(20)的支承面(10)的间距(36)所预定的方向。 
13.一种用于感应式能量传输的系统(1)的组成部分(2),所述系统用于为车辆(20)的电池(21)充电,其特征在于,所述组成部分(2)为所述系统(1)的次级侧(4)或初级侧(3),其中所述次级侧(4)或所述初级侧(3)具有线圈(11,12,14)和电子件(5,6,7,8,9),其中所述线圈(11,12,14)设置用于构成磁场(17)和/或用于产生感应电压,其中所述线圈(11,12,14)具有所述磁场(17)的入口区域(58)和所述磁场(17)的出口区域(59),其中在所述入口区域(58)和所述出口区域(59)之间撑开一个面,其中所述电子件(5,6,7,8,9)放置在撑开的所述面的平面垂线(60)附近。 
14.根据权利要求13所述的组成部分(2),其特征在于,所述组成部分存在于根据权利要求1至12中任一项所述的系统中。 
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