JP2023512810A - コイルモジュール及びコイルアセンブリの製造方法 - Google Patents
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Abstract
コイルモジュール(M)は、4~12の角(p1~p8)を具備する多角形基本形状を有し、磁性材料からなるキャリア(2)から構成される。コイル(3)が、キャリア(2)上に配置される。多角形基本形状は、角(p1~p8)の個数で割った360°・2の角度で回転対称である。コイルアセンブリ(1)を製造するために、複数のコイルモジュール(M)を互いに接続できる。これにより、ワイヤレス電磁エネルギー伝送のための効率的なコイルアセンブリ(1)を簡単かつ柔軟に製造できる。
Description
ドイツ特許出願DE 10 2020 201 753.0の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、コイルアセンブリを製造するためのコイルモジュールと、そのようなコイルモジュールを少なくとも2つ有するコイルアセンブリとに関する。さらに、本発明は、コイルアセンブリの製造方法に関する。
エネルギーをワイヤレスで電磁的に伝送する装置は、特許文献1から知られている。この装置は、例えば、電気自動車を充電するのに役立つ。この装置は、静止したベース充電システムと、電気自動車に配置された車両充電システムとから構成される。ベース充電システムは、例えば、フェライトプレート上に並んで配置され、相互に接続された2つのコイルから構成される。
ワイヤレス充電装置は、特許文献2から知られている。この充電装置は、磁性体コアとその上に配置されたコイルから構成されている。磁性体コアは、三角形又は星型に配置されたバーから構成されている。
本発明の目的は、ワイヤレス電磁エネルギー伝送のための効率的なコイルアセンブリを簡単かつ柔軟に製造できるコイルモジュールを提供することである。
この目的は、請求項1に記載の特徴を有するコイルモジュールによって達成される。キャリア(担体)の多角形基本形状により、本発明によるコイルモジュールは、複数のコイルモジュールのコイルアセンブリを簡単かつ柔軟な方法で製造できる。多角形基本形状により、コイルモジュールのキャリアは、簡単かつ柔軟な方法で、互いに隣接して配置でき、及び/又は互いに固定できる。好ましくは、6≦N≦10、特にN=8が適用される。キャリアは、幾何学的に言えば、原則的に多角形基本形状でなければならない。ただし、キャリアは、例えば製造上の理由から、丸コーナ(角R)及び/又は縁を有することがあり、多角形形状からわずかに逸脱することがある。回転対称であるため、コイルアセンブリを製造するために、コイルモジュールを簡単かつ柔軟な方法で隣合わせに配置できる。
コイルは、電磁場を発生させるためにキャリア上に配置される。好ましくは、コイルモジュールは、まさに1つのコイルで構成される。そのコイルは、好ましくは、多角形基本形状内に配置される。言い換えれば、コイルの巻線は、キャリアを越えて横方向に延びない。コイルアセンブリを製造するために、コイルモジュールのコイルは、簡単かつ柔軟に直列に及び/又は並列に接続できる。したがって、コイルアセンブリの電気的特性は、所望の方法で簡単かつ柔軟に適合させることができる。キャリアが磁性材料で構成されることにより、電磁場を簡単かつ柔軟な方法で誘導及び/又は遮蔽できる。好ましくは、磁性材料は、フェライト材料である。特に、フェライト材料は、マンガン及び亜鉛からなる。好ましくは、キャリアは、磁性材料で形成されている。
本発明によるコイルモジュールは、ほぼランダムな形状を有するコイルアセンブリを簡単な方法で製造することを可能にする。コイルモジュールの形状及び/又は相互接続により、それぞれのコイルアセンブリを所望の用途に柔軟に適合できるので、ワイヤレス電磁エネルギー伝送において高い効率を達成できる。
請求項2に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。好ましくは、個数Nは、4、6、8、10及び12の数の組みから選択される。好ましくは、基本形状は、八角形、つまりN=8の八角形である。
請求項3に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。好ましくは、基本形状は正則(regular)である。正則な基本形状とは、その多角形が等辺かつ等角であることを意味する。好ましくは、基本形状は、正四角形、正六角形、正八角形、正十角形、又は正十二角形である。
請求項4に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。キャリアは、好ましくは平面的な形状を有する。キャリアは、上面、下面、及びその間に形成された側面領域からなる。側面領域の数は、個数Nに対応する。キャリアの厚さDについては、好ましくは、1mm≦D≦12mm、特に2mm≦D≦10mm、特に3mm≦D≦9mmが適用される。上面及び/又は下面に平行なキャリアの最大寸法Aについて、好ましくは、15mm≦A≦200mm、特に25mm≦A≦150mm、特に35mm≦A≦100mmが適用される。
請求項5に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。キャリアは、好ましくは、上面と下面を備え、その間に側面領域が配置される。側面領域の数は、個数Nに対応する。側面領域の形成により、コイルアセンブリを製造するために、コイルモジュールのキャリアを直接隣り合って配置できる。特に、キャリアを端から端まで配置できる。
請求項6に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。側面領域の少なくとも2つがそれぞれの締結要素を有することにより、キャリアは、隣接するコイルモジュールのさらなるキャリアに接続できる。好ましくは、締結要素は、フォームフィット及び/又は摩擦ロック及び/又は物質的に結合した接続に役立つ。好ましくは、キャリアは、互いに異なって形成された少なくとも1つの第1締結要素と少なくとも1つの第2締結要素とを有する。好ましくは、それぞれの第2締結要素は、それぞれの第1締結要素に対してネガティブ(反対の形状)に形成される。これにより、1つのキャリアの第1締結要素を、さらなるキャリアの第2締結要素に接続することができ、その逆も可能である。これにより、コイルモジュールを簡単かつ柔軟に接続して、コイルアセンブリを形成できる。
請求項7に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。キャリアは、少なくとも1つの第1締結要素と、少なくとも1つの第2締結要素とを備え、これらの締結要素は、異なるように形成されている。締結要素は、さらなるキャリアの締結要素にフォームフィット及び/又は摩擦ロック及び/又は物質的に結合した接続のために機能する。第2締結要素は、好ましくは、第1締結要素に対してネガティブ(反対の形状に)形成される。これにより、第1キャリアの第1締結要素から第2キャリアの第2締結要素へのフォームフィット及び/又は摩擦ロック及び/又は物質的に結合した接続が可能となり、その逆も同様である。好ましくは、第1及び第2締結要素は、側面領域において周方向に交互に配置される。締結要素によって、コイルアセンブリを構築するためのコイルモジュールを簡単かつ柔軟に接続できる。
請求項8に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。好ましくは、コイルは、スパイラル(らせん)状又はヘリカル状に巻かれている。特に、スパイラル状とは、巻線の外側端部における巻線軸からの距離が、巻線の内側始端部における巻線軸からの距離よりも大きいことを意味する。好ましくは、コイルのすべての巻線は、1つの平面上にある。好ましくは、コイルは、キャリアの上面に配置される。好ましくは、少なくとも1つの巻線、特に各巻線は、n個(n=Nである)の直線状の巻線部分を形成する。例えば、キャリアが八角形に形成されている場合、コイルのそれぞれの巻線は、好ましくは八角形でスパイラル状に巻かれている。好ましくは、直線状の巻線部分は、直線状及び/又は平面状の側面領域又は多角形基本形状の側面に平行に配置される。
請求項9に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。少なくとも1つの巻線、好ましくは各巻線の設計により、コイルを配置するためにキャリアによって提供される表面領域が最適に利用される。それぞれの巻線の直線状の巻線部分は、特に、キャリアの直線状及び/又は平面状の側面領域に、又は多角形基本形状の側面に平行に配置される。コイルは、好ましくは、多角形であり、スパイラル状に巻かれている。
請求項10に記載のコイルモジュールにより、効率的なコイルアセンブリの簡単かつ柔軟な製造が保証される。少なくとも1つのスペーサ要素は、コイルの隣接する巻線の機械的及び/又は電気的に分離された又は絶縁された組立を可能にする。好ましくは、少なくとも1つのスペーサ要素は、磁性材料、特にフェライト材料からなる。例えば、少なくとも1つのスペーサ要素は、フェライト材料でできている。特に、少なくとも1つのスペーサ要素は、近接効果を低減させ、それによって、コイルの導体断面をより良く利用し、ワイヤレス電磁エネルギー伝送におけるカップリングを改善する。少なくとも1つのスペーサ要素は、例えば、フェライト箔として形成される。フェライト箔は、好ましくは、50μmから200μmの間の厚さを有する。少なくとも1つのスペーサ要素の高さは、実質的にコイルの高さに対応する。好ましくは、少なくとも1つのスペーサ要素は、キャリアと一体に形成され、及び/又はキャリアの一部である。
本発明のさらなる目的は、様々な用途に対し、簡単かつ柔軟な方法で効率的なワイヤレス電磁電力伝送を供給するコイルアセンブリを提供することである。
この目的は、請求項11の特徴を有するコイルアセンブリによって達成される。好ましくは、コイルアセンブリは、K個のコイルモジュールを有し、ここで、2≦K≦100、特に6≦K≦80、及び、特に10≦K≦60である。好ましくは、隣接するコイルモジュールの場合、キャリアは互いに機械的に接続され、及び/又はコイルは互いに電気的に接続される。好ましくは、複数のコイルモジュールのコイルは、直列に及び/又は並列に接続される。コイルアセンブリは、例えば、8の字型のコイルモジュールで構成される。
本発明はさらに、ワイヤレス電磁エネルギー伝送のための効率的なコイルアセンブリを簡単かつ柔軟に製造できる方法を提供するという目的に基づく。
この目的は、請求項12に記載の特徴を有する方法によって達成される。本発明による方法の利点は、既に説明した本発明によるコイルモジュール及び本発明によるコイルアセンブリの利点に対応する。
さらなる特徴、利点及び詳細は、以下の複数の実施形態の説明から明らかになります。
以下、本発明の第1実施形態について図1及び図2を参照して説明する。コイルアセンブリ1は、複数のコイルモジュールMから構成され、図1では、M1、M2、M3と個別に指定されている。コイルモジュールM1、M2、及びM3は、同一に形成されている。以下において、コイルモジュールM1、M2及びM3の区別が重要でない限り、それらは一般にコイルモジュールMと称する。以下で区別が重要である限り、コイルモジュールはM1、M2、及びM3として指定する。
以下、コイルモジュールMの内の1つについて詳細に説明する。コイルモジュールMは、コイル3が配設されたキャリア2から構成されている。キャリア2は、多数のN個の角部を有する多角形基本形状Pを有する。角(コーナ)はp1からpNで個々に指定される。本実施形態では、N=8である。したがって、多角形基本形状Pは八角形である。
多角形基本形状Pは、軸Rを有する。軸Rを中心に角度α=360°・2/N=90°で回転対称である。多角形基本形状Pは、内角βが等しい。多角形基本形状Pは、第1辺長さL1である第1辺と、第2辺長さL2である第2辺とを有する。第1辺長さL1は、第2辺長さL2より大きい。異なる辺長さL1及びL2を具備する辺は、軸Rを中心として一方向に交互に配置されている。
キャリア2は、板状に構成されている。キャリア2は、上面SO、下面SU、及びその間に配置された側面領域S1~SNを有するベースプレートGから構成されている。本実施形態では、キャリア2は、8つの側面領域S1~S8を有する。側面領域S1~S8は、直線的かつ平面となるように構成されている。キャリア2は、側面領域S1~S8に第1締結要素B1と第2締結要素B2を備える。第1締結要素B1は、側面領域S1、S3、S5、及びS7に配置される一方、第2締結要素B2は、側面領域S2、S4、S6、及びS8に配置されている。締結要素B1及びB2は、別様に形成されている。締結要素B1は蟻継ぎ形状の突起として形成される一方、第2締結要素B2は蟻継ぎ形状の凹部として形成される。第2締結要素B2は、第1締結要素B1に対して負の(真逆の)形状である。締結要素B1及びB2は、キャリア2のベースプレートGと一体的に形成されている。締結要素B1及びB2は、軸Rに平行な移動によって接続が行われるように配向されている。
キャリア2は、磁性材料、好ましくはフェライト材料で製造されている。フェライト材料は、特に、マンガン及び亜鉛からなる。キャリア2は、軸Rの方向に厚さDを有している。厚さDには、1mm≦D≦12mmが適用される。キャリア2は、軸Rに直交する最大寸法Aを有している。最大寸法Aについては、15mm≦A≦200mmが適用される。
キャリア2は、上面SOに配置される外枠4を備える。この外枠4は、ベースプレートGと一体に形成されている。したがって外枠4は、磁性材料、例えばフェライト材料で形成されている。枠4は、多角形基本形状Pに従って形成され、側面領域S1において開放されるように形成されている。
コイル3は、外枠4の内側に配置されている。コイル3は、軸Rを中心に螺旋状に巻かれている。コイル3は、基本的に3つの巻線を有し、これらは個別にW1、W2、W3と指定される。巻線W1からW3は、1つの共通平面内に配置されている。コイル3の断面積は、好ましくは1mm2から10mm2の間である。
巻線W1からW3の各々は、巻線W1からW3が直線状の巻線部分wをn個形成するように多角的に巻かれており、以下、n=Nとする。これは、巻線W1からW3は多角形基本形状Pに対応した多角形状を有することを意味する。巻線部分wは側面領域S1からS8に平行に延び、又は多角形基本形状Pの側面に平行して延びる。コイル3は、内側端子A1と外側端子A2とを備える。内側端子A1は、巻線W1に接続され、巻線W2、W3及び外側端子A2の下方で外部に導かれている。外側端子A2は、巻線W3に接続されている。端子A1及びA2は、側面領域Sに配置されている。
キャリア2は、コイル3の軸Rに面する側に配置される内枠5をさらに備える。内枠5は、ベースプレートGと一体に形成されている。したがって、内枠5は、磁性材料、例えばフェライト材料で形成されている。内枠5は、多角形基本形状Pに対応する多角形状を有する。内枠5の側面は、外枠4の側面と平行に延びる。内枠5は、側面領域S1に向かって開放するように形成されている。
巻線W1、W2の間と、巻線W2、W3の間には、それぞれ1つのスペーサ要素6、7が配置されている。スペーサ要素6、7はベースプレートGと一体に形成されて、キャリア2の一部となる。よって、スペーサ要素6、7は、磁性材料、例えばフェライト材料から形成されている。枠4、5は、このように、磁性材料、例えばフェライト材料から形成されている。スペーサ要素6、7は、巻線W1からW3に対応する多角形状を有する。スペーサ要素6、7は、側面領域S1に向かって開放するように形成されている。
コイルアセンブリ1を製造するために、コイルモジュールM1、M2、及びM3が機械的に接続される。このため、コイルモジュールM2が、第1締結要素B1によって、コイルモジュールM1の第2締結要素B2に接続される。さらに、コイルモジュールM2は、第1締結要素B1によって、コイルモジュールM3の第2締結要素B2に接続される。その結果、コイルアセンブリ1が角張った形状になる。さらにコイルモジュールMを対応する方法で接続することで、コイルアセンブリ1を用途に応じて所望の形状、たとえば8の字形状を形成できる。
コイルモジュールM1、M2、及びM3は、さらに互いに電気的に接続されている。コイルモジュールM1、M2、及びM3のコイル3は直列接続され、隣接するコイルモジュールM1、M2のコイル3及び隣接するコイルモジュールM2、M3のコイル3を介して、それぞれの機械的接続領域において同じ方向に電流を流すことができる。このため、コイルモジュールM1の端子A2はコイルモジュールM2の端子A2に接続され、コイルモジュールM2の端子A1はコイルモジュールM3の端子A1に接続されている。これを図1では、破線と矢印で電流Iを図示している。
コイルモジュールMを簡単かつ柔軟な方法で接続して、コイルアセンブリ1を形成することができることに起因して、コイルアセンブリ1は、ワイヤレス電磁電力伝送において高い効率性を有する。コイルモジュールMは、簡単で自動的な方法で製造できる。
以下、本発明の第2実施形態について、図3を参照して説明する。第1実施形態とは異なり、第1締結要素B1は、側面領域S2、S4、S6、及びS8に配置される一方、第2締結要素B2は、側面領域S1、S3、S5、及びS7に配置されている。第1締結要素B1は、ベースプレートG上に配置される蟻継ぎ形状の突起として形成されており、その一方で、第2締結要素B2は蟻継ぎ形状の凹所として形成される。締結要素B1、B2は、2つのコイルモジュールMの機械的な接続が、ベースプレートGの上面SOに平行な移動によって行われるような向きに配置される。側面領域S1~S8は、長さLが等しいので、多角形基本形状Pは規則的である。端子A1は、巻線W2、W3の上方で外部に導かれている。コイルモジュールMのさらなる構造及び広範な動作モードに関しては、先の実施形態が参照される。
以下、本発明の第3の実施形態について、図4を参照して説明する。先の実施形態とは異なり、第1締結要素B1は下部に配置された突起として形成される一方、第2締結要素B2は上部に配置された突起として形成されている。また、第1締結要素B1は、ベースプレートGの横方向に配置されているのに対し、第2締結要素B2は、ベースプレートGの上面SOと外枠4に配置され、横方向外側に延在している。外枠4は、側面領域S1、S3、S5、S7において開放又は中断するように形成されている。機械的接続のために、隣接するコイルモジュールMの第1締結要素B1と第2締結要素B2が重なるように上下に配置されている。重なり合う領域では、締結要素B1とB2が互いに接続される。この接続は、例えば、接着剤による材料接合によって、及び/又は、プロファイル及びカウンタープロファイルを介したフォームフィットによって行うことができる。コイルモジュールMのさらなる構造及び更なる動作モードに関しては、先の実施形態が参照される。
1 コイルアセンブリ
2 キャリア
3 コイル
4 外枠
5 内枠
6、7 スペーサ要素
A1 内側端子
A2 外側端子
B1 第1締結要素
B2 第2締結要素
G ベースプレート
I 電流
M、M1、M2、M3 コイルモジュール
P 多角形基本形状
R 軸
S、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8 側面領域
SO 上面
SU 下面
W1、W2、W3 巻線
w 巻線部分
α 角度
β 内角
2 キャリア
3 コイル
4 外枠
5 内枠
6、7 スペーサ要素
A1 内側端子
A2 外側端子
B1 第1締結要素
B2 第2締結要素
G ベースプレート
I 電流
M、M1、M2、M3 コイルモジュール
P 多角形基本形状
R 軸
S、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8 側面領域
SO 上面
SU 下面
W1、W2、W3 巻線
w 巻線部分
α 角度
β 内角
Claims (12)
- N個の角(P1~PN:ここで、4≦N≦12である)を具備する多角形基本形状(P)を有し、磁性材料で構成されるキャリア(2)と、
前記キャリア(2)に配置されたコイル(3)と、
を備えるコイルアセンブリを製造するためのコイルモジュールにおいて、
前記多角形基本形状(P)は、360°・2/Nの角度で回転対称であることを特徴とする、コイルモジュール。 - 前記N個の角(P1~PN)が偶数個であることを特徴とする、請求項1に記載のコイルモジュール。
- 前記多角形基本形状(P)は、360°/Nの角度で回転対称であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のコイルモジュール。
- 前記キャリアは、板状であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 前記キャリア(2)は、少なくとも部分的に直線状及び/又は平面状の側面領域(S1~SN)を備えることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 前記キャリア(2)は、側面領域(S1~SN)を備え、それぞれの締結要素(B1、B2)が、前記側面領域(S1~SN)の少なくとも2つに配置されていることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 前記キャリア(2)は、側面領域(S1~SN)を備え、少なくとも2つの締結要素(B1、B2)が、前記側面領域(S1~SN)に配置されていることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 前記コイル(3)は、1つの平面上に配置された少なくとも2つの巻線(W1~W3)を備えることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 前記コイル(3)は、n個の直線状の巻線部分(w)を形成する少なくとも1つの巻線(W1~W3)を備え、ここで、n=Nであることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 特に磁性材料からなる少なくとも1つのスペーサ要素(6、7)が、前記コイル(3)の2つの隣接する巻線(W1~W3)の間に配置されることを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載のコイルモジュール。
- 請求項1乃至10のいずれか一項に記載の少なくとも2つのコイルモジュール(M)を有する、ワイヤレス電磁エネルギー伝送のためのコイルアセンブリ。
- コイルアセンブリの製造方法であって、
請求項1乃至10のいずれか一項に記載の少なくとも2つのコイルモジュール(M)を提供するステップと、
前記少なくとも2つのコイルモジュール(M)の前記コイル(3)を電気的に接続し、及び/又は前記少なくとも2つのコイルモジュール(M)のキャリア(2)を機械的に接続するステップと、を備える方法。
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