ES2927371T3 - Módulo de bobina y procedimiento para fabricar una disposición de bobina - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un módulo de bobina (M) que comprende un soporte (2), que tiene una forma básica poligonal que tiene de cuatro a doce vértices (p1 a p8) y comprende un material magnético. Una bobina (3) está dispuesta sobre el soporte (2). La forma básica poligonal es rotacionalmente simétrica con respecto a un ángulo de 360° - 2 dividido por el número de vértices (p1 a p8). Se pueden interconectar una pluralidad de módulos de bobina (M) para producir un conjunto de bobina (1). Por lo tanto, se puede producir un ensamblaje de bobina eficiente (1) para la transmisión inalámbrica de energía electromagnética de una manera simple y flexible. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

d e s c r ip c ió n
Módulo de bobina y procedimiento para fabricar una disposición de bobina
La invención se refiere a un módulo de bobina para fabricar una disposición de bobina, así como una disposición de bobina con al menos dos módulos de bobina de este tipo. Además, la invención se refiere a un procedimiento para fabricar una disposición de bobina.
Por el documento US 9,837,204 B2 se conoce un dispositivo para la transmisión electromagnética inalámbrica de energía. El dispositivo sirve por ejemplo para la carga de vehículos eléctricos. El dispositivo comprende un sistema de carga base estacionario y un sistema de carga de vehículo dispuesto en el vehículo eléctrico. El sistema de carga base comprende por ejemplo dos bobinas que están dispuestas unas junto a otras sobre una placa de ferrita e interconectadas entre sí.
Por el documento CN 109193858 A se conoce un dispositivo de carga inalámbrico. El dispositivo de carga comprende un núcleo magnético y bobinas dispuestas sobre este. El núcleo magnético comprende barras dispuestas en forma triangular o de estrella.
Por el documento US 2015/0280442 A l se conoce un sistema de transmisión de energía inductivo. El sistema de transmisión de energía inductivo comprende módulos de bobina dispuestos unos junto a otros que comprenden en cada caso un soporte hexagonal con una bobina dispuesta sobre él.
Por el documento JP 2013-115200 A se conoce un sistema de transmisión de energía inductivo con varios módulos de bobina dispuestos unos junto a otros.
Por el documento US 2019/0304678 A l se conoce una unidad de bobina con un soporte y una bobina dispuesta sobre esta.
La invención se basa en el objetivo de crear un módulo de bobina que permita de manera sencilla y flexible la fabricación de una disposición de bobina eficiente para la transmisión de energía electromagnética inalámbrica.
Este objetivo se consigue mediante un módulo de bobina con las características de la reivindicación 1. El módulo de bobina de acuerdo con la invención permite de manera sencilla y flexible debido a la forma básica poligonal del soporte la fabricación de una disposición de bobina de varios módulos de bobina. Debido a la forma básica poligonal los soportes de los módulos de bobina pueden disponerse de manera sencilla y flexible unos junto a otros y/o al lado de otros. Se cumple preferentemente: 6 < N < 10, en particular N = 8. El soporte - en términos geométricos- debe tener esencialmente la forma básica poligonal. Sin embargo, el soporte, por ejemplo en función de la fabricación, puede tener esquinas y/o bordes redondeados de modo que el soporte puede desviarse ligeramente de una forma poligonal. Debido a la geometría rotacional los módulos de bobina pueden disponerse unos junto a otros de manera flexible y sencilla para fabricar una disposición de bobina.
Para generar un campo electromagnético en el soporte está dispuesta la bobina. Preferentemente el módulo de bobina comprende exactamente una bobina. La bobina está dispuesta preferentemente dentro de la forma básica poligonal. Dicho de otro modo, las espiras de la bobina no se extienden lateralmente más allá del soporte. Para la fabricación de una disposición de bobina las bobinas de los módulos de bobina pueden conectarse de manera sencilla y flexible en serie y/o en paralelo. Las propiedades eléctricas de la disposición de bobina pueden adaptarse por ello de manera sencilla y flexible de la manera deseada. Al comprender el soporte un material magnético el campo electromagnético puede guiarse y/o protegerse de manera sencilla y flexible. Preferentemente el material magnético es un material de ferrita. El material de ferrita comprende en particular manganeso y zinc. El soporte está fabricado preferentemente de material magnético.
Al presentar al menos dos de las zonas laterales un elemento de fijación respectivo, el soporte puede unirse con soportes adicionales de módulos de bobina contiguos. Preferentemente los elementos de fijación sirven para la unión por arrastre de forma y/o por fricción y/o de materiales. Preferentemente el soporte al menos presenta un primer elemento de fijación y al menos un segundo elemento de fijación que están configurados diferentes entre sí. Preferentemente el segundo elemento de fijación respectivo está moldeado en contramolde con respecto al primer elemento de fijación respectivo. Por ello un primer elemento de fijación de un soporte puede unirse con un segundo elemento de fijación de un soporte adicional y a la inversa. Esto permite una unión sencilla y flexible de los módulos de bobina para formar una disposición de bobina.
El módulo de bobina de acuerdo con la invención permite de manera sencilla la fabricación de disposiciones de bobinas con una forma discrecional en gran medida. Debido a la forma y/o a la interconexión de los módulos de bobina la disposición de bobina respectiva puede adaptarse de manera flexible a la aplicación deseada de modo que pueda lograrse una alta eficiencia en la transmisión de energía electromagnética inalámbrica.
Un módulo de bobina según la reivindicación 2 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. Preferentemente el número N está seleccionado del conjunto de números 4, 6, 8, 10 y 12. Preferentemente la forma básica es un octógono o un octágono con N = 8.
Un módulo de bobina según la reivindicación 3 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. Preferentemente la forma básica es regular. Una forma básica regular significa que el polígono es equilátero y equiangular. Preferentemente la forma básica es un cuadrado regular, un hexágono regular, un octógono regular, un decágono regular o un dodecágono regular.
Un módulo de bobina según la reivindicación 4 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. El soporte está configurado plano preferentemente. El soporte comprende un lado superior, un lado inferior y zonas laterales configuradas entre estos. El número de las laterales se corresponde con el número N. Para un grosor D del soporte se cumple preferentemente: 1 mm < D < 12 mm, en particular 2 mm < D < 10 mm, y en particular 3 mm < D < 9 mm. Para una dimensión máxima A del soporte en paralelo al lado superior y/o lado inferior se cumple preferentemente: 15 mm < A < 200 mm, en particular 25 mm < A < 150 mm, y en particular 35 mm < A < 100 mm.
Un módulo de bobina según la reivindicación 5 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. El soporte comprende preferentemente un lado superior y un lado inferior, entre los cuales están dispuestas las zonas laterales. El número de las zonas laterales se corresponde con el número N. Mediante la configuración de las zonas laterales los soportes de módulos de bobina para fabricar una disposición de bobina pueden disponerse directamente unos junto a otro. Los soporte pueden disponerse en particular en unión a tope.
Un módulo de bobina según la reivindicación 6 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. El soporte comprende al menos un primer elemento de fijación y al menos un segundo elemento de fijación que están configurados diferentes. Los elementos de fijación sirven para la unión en arrastre de forma y/o por fricción y/o por unión de materiales con un elemento de fijación de un soporte adicional. El segundo elemento de fijación está moldeado preferentemente con contramolde con respecto al primer elemento de fijación. Esto permite una unión por arrastre de forma y/o por fricción y/o de materiales de un primer elemento de fijación de un primer soporte con un segundo elemento de fijación de un segundo soporte y a la inversa. Preferentemente en las zonas laterales en una dirección circunferencial están dispuestos de manera alterna primeros y segundos elementos de fijación. Los elementos de fijación permiten una unión sencilla y flexible de los módulos de bobina para construir una disposición de bobina.
Un módulo de bobina según la reivindicación 7 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. Preferentemente la bobina está arrollada en forma espiral o a modo de espiral. En forma de espiral significa en particular, que una distancia de un eje de arrollamiento en el extremo exterior de una espira es mayor que una distancia del eje de arrollamiento en el comienzo interno de la espira. Preferentemente todas las espiras de la bobina están situadas en un plano. La bobina está dispuesta preferentemente en un lado superior del soporte. Preferentemente al menos una espira, en particular cada espira, configura un número n de secciones de espira rectas, en donde se cumple: n = N. Si el soporte por ejemplo está configurado como octógono, entonces una espira de la bobina respectiva está arrollada preferentemente en forma octogonal y en espiral. Preferentemente las secciones de espira rectas están dispuestas paralelas a las zonas laterales rectilíneas y/o planas o a los lados de la forma básica poligonal.
Un módulo de bobina según la reivindicación 8 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. Mediante la configuración de la al menos una espira, preferentemente de cada espira, la superficie predeterminada por el soporte para la disposición de la bobina se utiliza de manera óptima. Las secciones de espira rectas de la espira respectiva están dispuestas en particular paralelas a las zonas laterales rectas y/o planas del soporte o a los lados de la forma básica poligonal. La bobina es preferentemente poligonal y está arrollada en forma de espiral.
Un módulo de bobina según la reivindicación 9 garantiza una fabricación sencilla y flexible de una disposición de bobina eficiente. El al menos un elemento distanciador permite una disposición de espiras contiguas de la bobina aislante o separada mecánicamente y/o eléctricamente. Preferentemente el al menos un elemento distanciador comprende un material magnético, en particular un material de ferrita. Por ejemplo el al menos un elemento distanciador está hecho de un material de ferrita. Mediante el al menos un elemento distanciador se reduce en particular el efecto de proximidad, por lo que se utiliza mejor la sección transversal metálica de la bobina y se mejora un acoplamiento en la transmisión de energía electromagnética inalámbrica. El al menos un elemento distanciador está configurado por ejemplo como lámina de ferrita. La lámina de ferrita presenta preferentemente un grosor entre 50 |jm y 200 jm . Una altura del al menos un elemento distanciador se corresponde esencialmente con una altura de la bobina. Preferentemente el al menos un elemento distanciador está configurado formando una sola pieza con el soporte y/o es parte del soporte.
La invención se basa en el objetivo además de crear una disposición de bobina que permita de manera sencilla y flexible para distintas aplicaciones una transmisión de energía electromagnética inalámbrica.
Este objetivo se consigue mediante una disposición de bobina con las características de la reivindicación 10. Preferentemente la disposición de bobina presenta un número K de módulos de bobina, en donde se cumple: 2 < K < 100, en particular 6 < K < 80, y en particular 10 < K < 60. Preferentemente en módulos de bobina los soportes están conectados mecánicamente entre sí y/o las bobinas están conectadas eléctricamente entre sí. Las bobinas de varios módulos de bobina están conectadas preferentemente en serie y/o en paralelo. La disposición de bobina está construida por ejemplo en forma de un ocho de módulos de bobina.
La invención se basa además en el objetivo de crear un procedimiento que permita de manera sencilla y flexible la fabricación de una disposición de bobina eficiente para la transmisión de energía electromagnética inalámbrica.
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 11. Las ventajas del procedimiento de acuerdo con la invención se corresponden con las ventajas ya descritas del módulo de bobina de acuerdo con la invención y de la disposición de bobina de acuerdo con la invención.
Otras características, ventajas y detalles resultan de la siguiente descripción de varios ejemplos de realización. Muestran:
Fig. 1 una vista en perspectiva de una disposición de bobina que está formada por varios módulos de bobina de acuerdo con un primer ejemplo de realización,
Fig. 2 una vista en planta de un lado inferior de la disposición de bobina en la Fig. 1,
Fig. 3 una vista en perspectiva de un módulo de bobina de acuerdo con un segundo ejemplo de realización, y
Fig. 4 una vista en perspectiva de un módulo de bobina de acuerdo con un tercer ejemplo de realización.
A continuación mediante las Fig. 1 y 2 se describe un primer ejemplo de realización de la invención. Una disposición de bobina 1 comprende varios módulos de bobina M, que en la Fig. 1 están designados individualmente con Mi , M2 y M3. Los módulos de bobina Mi , M2 y M3 están configurados idénticos. A no ser que a continuación se trate de distinguir los módulos de bobina Mi , M2 y M3, estos en general se denominan módulos de bobina M. A no ser que a continuación se trate de una distinción los módulos de bobina se designan con Mi , M2 y M3.
A continuación se describe en detalle uno de los módulos de bobina M. El módulo de bobina M comprende un soporte 2 en el que está dispuesta una bobina 3. El soporte 2 tiene una forma básica P poligonal con un número de N esquinas. Las esquinas se designan individualmente con pi a pn. En el presente ejemplo de realización se cumple: N = 8. La forma básica poligonal P por consiguiente es un octágono o un octógono.
La forma básica poligonal P presenta un eje R. La forma básica poligonal P es rotacionalmente simétrica alrededor del eje R con un ángulo a = 360°-2/N = 90°. La forma básica poligonal P presenta ángulos internos í iguales. La forma básica poligonal P tiene primeros lados con una primera longitud lateral Li y segundos lados con una longitud lateral L2. La primera longitud lateral Li es mayor que la segunda longitud lateral L2. Los lados con las diferentes longitudes laterales Li y L2 están dispuestos en una dirección alrededor del eje R de manera alterna.
El soporte 2 está configurado en forma de placa. El soporte 2 comprende un placa base G con un lado superior So, un lado inferior S u y zonas laterales Si a S n dispuestas entre estos. En el presente ejemplo de realización el soporte 2 presenta ocho zonas laterales Si a Sb. Las zonas laterales Si a Se están configuradas en línea recta y plana. El soporte 2 comprende en las zonas laterales Si a Se primeros elementos de fijación Bi y segundos elementos de fijación B2. Los primeros elementos de fijación Bi están dispuestos en las zonas laterales Si , S3, S5 y S7, mientras que los segundos elementos de fijación B2 están dispuestos en las zonas laterales S2, S4, S6 y Sb. Los elementos de fijación Bi y B2 están configurados diferentes. Los elementos de fijación Bi están configurados como saliente en forma de cola de milano, mientras que los segundos elementos de fijación B2 están configurados como entalladura en forma de cola de milano. Los segundos elementos de fijación B2 están moldeados en contramolde con respecto a los primeros elementos de fijación Bi . Los elementos de fijación Bi y B2 están configurados formando una sola pieza con una placa base G del soporte 2. Los elementos de fijación Bi y B2 están orientados de tal modo que se realiza una unión mediante un movimiento en paralelo al eje R.
El soporte 2 está hecho de un material magnético, preferentemente un material de ferrita. El material de ferrita comprende en particular manganeso y zinc. El soporte 2 en la dirección del eje R tiene un grosor D. Para el grosor D se cumple: i mm < D < 12 mm. El soporte 2 tiene transversalmente al eje R una dimensión máxima A. Para la dimensión máxima A se cumple: 15 mm < A < 200 mm.
El soporte 2 comprende un marco externo 4, que está dispuesto en el lado superior So. El marco 4 está configurado formando una sola pieza con la placa base G. Por consiguiente el marco externo 4 está configurado de un material magnético, por ejemplo un material de ferrita. El marco 4 está formado en correspondencia con la forma básica poligonal P y está configurado abierto en la zona lateral S i .
Dentro del marco externo 4 está dispuesta la bobina 3. La bobina 3 está arrollada en espiral alrededor del eje R. La bobina 3 presenta esencialmente tres espiras que están designadas cada una con W i , W2 y W3. Las espiras W i a W3 están dispuestas en un plano común. La sección transversal de la bobina 3 está preferentemente entre 1 mm2 y 10 mm2
Cada una de las espiras W i a W3 está arrollada en forma poligonal de modo que cada una de las espiras W i a W3 configura un número n de secciones de espira rectas w . Se cumple: n = N. Esto significa que las espiras W i a W3 tienen una forma poligonal que se corresponde con la forma básica poligonal P. Las secciones de espira w discurren en paralelo a las zonas laterales Si a S8 o en paralelo a los lados de la forma básica poligonal P. La bobina 3 comprende una conexión interna A i y una conexión externa A2. La conexión interna A i está conectada con la espira W i y se guía por debajo de las espiras W2, W3 y de la conexión externa A2 hacia afuera. La conexión externa A2 está conectada con la espira W3. Las conexiones A i y A2 están dispuestas en la zona lateral Si .
El soporte 2 comprende además un marco interno 5, que está dispuesto en un lado de la bobina 3 dirigido al eje R. El marco interno 5 está configurado de una pieza con la placa base G. El marco interno 5 por consiguiente está configurado de un material magnético, por ejemplo un material de ferrita. El marco interno 5 tiene una forma poligonal que corresponde a la forma básica poligonal P. Los lados del marco interno 5 discurren en paralelo a los lados del marco externo 4. El marco interno 5 está configurado abierto hacia la zona lateral Si .
Entre las espiras W i y W2 así como las espiras W2 y W3 está dispuesto en cada caso un elemento distanciador 6, 7. Los elementos distanciadores 6, 7 están configurados de una sola pieza con la placa base G y son parte del soporte 2. Los elementos distanciadores 6, 7 están configurados por consiguiente de un material magnético, por ejemplo un material de ferrita. Los marcos 4, 5 están configurados por consiguiente a partir de un material magnético, por ejemplo un material de ferrita. Los elementos distanciadores 6, 7 tienen una forma poligonal que se corresponde con las espiras W i a W3. Los elementos distanciadores 6, 7 están configurados abiertos hacia la zona lateral Si .
Para fabricar la disposición de bobina 1 los módulos de bobina Mi , M2 y M3 están conectados mecánicamente. Para ello el módulo de bobina M2 está conectado mediante un primer elemento de fijación Bi con un segundo elemento de fijación B2 del módulo de bobina Mi . Además, el módulo de bobina M2 está conectado mediante un primer elemento de fijación Bi con un segundo elemento de fijación B2 del módulo de bobina M3. Por ello la disposición de bobina 1 presenta una forma angulosa. Otros módulos de bobina M pueden unirse de manera correspondiente de modo que la disposición de bobina 1 en función de la aplicación puede configurar una forma deseada, por ejemplo la forma de un ocho.
Los módulos de bobina Mi , M2 y M3 siguen estando conectados entre sí eléctricamente. Las bobinas 3 de los módulos de bobina Mi , M2 y M3 se conectan en serie de tal modo que una corriente puede fluir a través de las bobinas 3 de los módulos de bobina Mi y M2 contiguos, así como de los módulos de bobina M2 y M3 contiguos en las zonas de unión mecánicas respectivas en las mismas direcciones. Para ello la conexión A2 del módulo de bobina Mi está unida a la conexión A2 del módulo de bobina M2 y la conexión A i del módulo de bobina M2 a la conexión A i del módulo de bobina M3. Esto se ilustra en la Fig. 1 mediante una línea discontinua y flechas para el flujo de corriente I.
Al poder unirse los módulos de bobina M de manera sencilla y flexible para formar una disposición de bobina 1 la disposición de bobina 1 presenta una alta eficiencia en la transmisión de energía electromagnética inalámbrica. El módulo de bobina M puede fabricarse de manera sencilla y automática.
A continuación, mediante la Fig. 3 se describe un segundo ejemplo de realización de la invención. A diferencia del primer ejemplo de realización en las zonas laterales S2, S4, S6 y S8 están dispuestos los primeros elementos de fijación Bi , mientras que en las zonas laterales Si , S3, S5 y S7 están dispuestos los segundos elementos de fijación B2. Los primeros elementos de fijación Bi están configurados como salientes en forma de cola de milano que están dispuestos en el cuerpo base G. A este respecto los segundos elementos de fijación B2 están configurados como entalladuras en forma de cola de milano. Los elementos de fijación Bi y B2 están orientados de tal modo que la unión mecánica de dos módulos de bobina M se realiza mediante un movimiento en paralelo al lado superior So de la placa base G. Las zonas laterales Si a S8 tienen una longitud igual L de modo que la forma básica P poligonal es regular. La conexión A i está guiada hacia fuera por encima de las espiras W2, W3. En cuanto a la estructura adicional y al modo de funcionamiento amplio del módulo de bobina M se remite al ejemplo de realización anterior.
A continuación, mediante la Fig. 4 se describe un tercer ejemplo de realización de la invención. A diferencia de los ejemplos de realización anteriores los primeros elementos de fijación Bi están configurados como salientes dispuestos abajo, mientras que los segundos elementos de fijación B2 están configurados como salientes dispuestos arriba. Los primeros elementos de fijación Bi están dispuestos lateralmente en la placa base G, mientras que los segundos elementos de fijación B2 están dispuestos en el lado superior So de la placa base G y en el marco externo 4 y se extiende lateralmente hacia fuera. El marco externo 4 está configurado abierto o interrumpido en las zonas laterales Si , S3, S5 y S7. Para la unión mecánica un primer elemento de fijación Bi y un segundo elemento de fijación B2 de módulos de bobina M contiguos se disponen unos por encima de otros de modo que estos se solapan. En la zona de solapamiento los elementos de fijación Bi y B2 se unen entre sí. La unión puede realizarse por ejemplo por unión de materiales mediante un adhesivo, y/o en arrastre de forma a través de un perfil y un perfil complementario. En cuanto a la estructura adicional y al modo de funcionamiento adicional del módulo de bobina M se remite a Ios ejemplos de realización anteriores.

Claims (11)

r e iv in d ic a c io n e s
1. Módulo de bobina (M) para fabricar una disposición de bobina con:
- un soporte (2),
-- que tiene una forma básica poligonal (P) con un número N de esquinas (pi a pn), en donde se cumple: 4 < N < 12 y en donde la forma básica poligonal (P) es rotacionalmente simétrica con un ángulo de 360°-2/N, -- que comprende un material magnético,
- una bobina (3), dispuesta en el soporte (2), en donde el soporte (2) comprende zonas laterales (Si a Sn), caracterizado por que en cada una de al menos dos de las zonas laterales (Si a Sn) está dispuesto un elemento de fijación (Bi , B2).
2. Módulo de bobina según la reivindicación i, caracterizado por que el número N de las esquinas (pi a pn ) es par.
3. Módulo de bobina según las reivindicaciones i o 2, caracterizado por que la forma básica poligonal (P) es rotacionalmente simétrica con un ángulo de 360°/N.
4. Módulo de bobina según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte (2) tiene forma de placa.
5. Módulo de bobina según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte (2) comprende zonas laterales (Si a Sn), que están configuradas, al menos por secciones, rectas y/o planas.
6. Módulo de bobina según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en las zonas laterales (Si a Sn) están dispuestos al menos dos elementos de fijación (Bi , B2) diferentes.
7. Módulo de bobina según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la bobina (3) comprende al menos dos espiras (Wi a W3), dispuestas en un plano.
8. Módulo de bobina según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la bobina (3) comprende al menos una espira (Wi a W3), que configura un número n de secciones de espira rectas (w), en donde se cumple: n = N.
9. Módulo de bobina según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que entre dos espiras contiguas (W i a W3) de la bobina (3) está dispuesto al menos un elemento distanciador (6, 7) que en particular comprende un material magnético.
10. Disposición de bobina para la transmisión de energía electromagnética inalámbrica con al menos dos módulos de bobina (M) según al menos una de las reivindicaciones i a 9, en donde las bobinas (3) de los módulos de bobina están conectadas eléctricamente y/o los soportes (2) de los módulos de bobina están unidos mecánicamente.
11. Procedimiento para fabricar una disposición de bobina, que comprende las etapas de:
- facilitar al menos dos módulos de bobina (M) según al menos una de las reivindicaciones i a 9 y
- conectar eléctricamente las bobinas (3) y/o unir mecánicamente el soporte (2) de los al menos dos módulos de bobina (M).
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