用于感应式传输电能的线圈单元和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的线圈单元、根据权利要求20的前序部分的用于感应式传输电能的装置以及根据权利要求22的前序部分的线圈单元的应用。
【背景技术】
[0002]在将感应式能量传输到可动的负载、特别是电动车如汽车、公共汽车或者货车以及火车的领域中已知的是，安装在电动车中的电池通过在车辆底部上设置的次级线圈由位置固定安装的初级线圈充电。
[0003]文献DE 693 13 151 T2公开这样的用于电动车电池充电的电池充电系统。然而用户在那里必须手动地将初级线圈结构与车辆上的次级线圈结构相连接。其缺点在于，用户必须下车并且费事地及复杂地使得初级线圈结构与次级线圈结构相连接。
[0004]然而正是在部分或完全电动驱动的公共汽车和道路车辆的领域中存在的期望在于，简单并快速地自动地没有费事操作地给车辆电池充电。为此，初级线圈通常设置在车道上或者下沉地设置在车道中，并且车辆如此驶过初级线圈，使得次级线圈尽可能准确地在初级线圈之上定位。紧接着仅仅必须激活充电过程，从而在地面中设置的初级线圈可以将电能传输给在车辆底部上位于初级线圈附近的次级线圈。特别是在公共汽车中期望的是，该公共汽车在短时停靠在公共汽车站期间在乘客上下车期间快速并自动充电，而无需公共汽车驾驶员下车并麻烦地将初级线圈和次级线圈相互对准。
[0005]在乘用车的情况下这可以有利地在车库中或在停车场上停车期间发生。而且在那里期望的是，充电应尽可能自动实现，以便也能实现对于经常不太通晓技术的车辆使用者而言简单和不危险的充电。
[0006]但是因为正是道路车辆强制地需要足够的离地距离，所以在初级线圈与次级线圈之间的高度间隔通常相对大，例如在15与20厘米之间。由于该大的间隔，该间隔对于感应式传输装置是一个大的气隙并因此是磁阻，所以为了感应式地由初级线圈传输电能到次级线圈而必须调节相对高的磁场强度。
[0007]已知装置经常设定，初级线圈和次级线圈可以通过附加的升高或下降机构相互尽可能接近，以便可以应用尽可能低的场强。然而这会导致高的技术和构造成本，尤其是由此进一步提高车重。优选地特别是次级线圈应不可动地设置在车辆上，从而承受线圈的大的间隔。
[0008]试验表明:由于在初级线圈与次级线圈之间大的间隔和由此决定的必要的高磁场强度而产生相对强的漏磁场。这一方面降低能量传输的效率并且另一方面也在空间上远离地在初级线圈和次级线圈之外产生非常高的场强。由于电磁兼容性并且为了避免人员在初级线圈单元区域中的危险，通常期望的是，在车辆旁边的区域中的磁通量密度不超过6.25 μ Tesla0然而该要求不能借助于常规初级线圈单元和车辆上的次级线圈被遵循。
[0009]文献US 2010/0 007 215 Al公开了一种无接触的具有线圈的传输系统，该线圈设置在由软磁材料制成的磁通量引导单元上。该线圈此外通过由软磁材料制成的环形漏磁场屏蔽件包围，该漏磁场屏蔽件贴靠在磁通量引导单元上。
[0010]文献DE 10 2011 107 620 Al公开了一种电动道路车辆中的线圈装置。为了磁通量引导在那里应用亚铁板，线圈绕组位于该亚铁板上。
[0011]文献DE 10 2010 050 935 Al公开了一种用于无接触传输电能的装置，其中一个线圈放置在由多个亚铁板组成的亚铁装置上。
[0012]文献US 5 656 983 A公开了一种感应式耦合器，其具有两个盘形亚铁芯，该盘形亚铁芯具有用于线圈绕组的内圆柱体和外圆环形的壁。亚铁芯的相互指向的端侧被涂以导磁良好的材料的薄的保护层。由此一方面保护端侧免于外部机械作用，而另一方面实现良好的导磁性。
[0013]文献DE 10 2005 051 462 Al公开了一种具有初级部分和次级部分的感应式旋转传输装置，其中初级部分具有初级线圈和初级核芯，而次级部分具有次级线圈和次级核芯。初级核芯或次级核芯具有一个部段，该部段包括至少两个至少部分地相互叠置的磁的、特别是软磁的层。
[0014]文献DE10 2011 054 541 Al 和 DE 20 2011 051 649 Ul 公开了一种具有线圈的用于感应式传输电能的装置以及板形的用于引导在装置运行中出现的磁通量的磁通量引导单元，该磁通量引导单元包括至少一个由多个单个元件组成的铁磁体。
[0015]文献US 8 008 888 B2公开一种电动车辆和用于车辆的供电装置，其中在那里由导磁差的材料制成的反射壁沿功率传输的方向反射磁通量。
【发明内容】
[0016]因此本发明的目的在于，克服上述缺点并且提供一种开始所述的线圈单元、一种开始所述的用于感应式传输电能的装置以及这样的线圈单元的应用，它们具有低的和空间上小的漏磁场并且遵循对于最大在车辆外期望的磁通量密度边界值的期望预定。再者应改善感应式能量传输到车辆的效率。
[0017]本发明通过具有权利要求1的特征的线圈单元、具有权利要求20的特征的用于感应式传输电能的装置以及具有权利要求22的特征的线圈单元的应用实现所述目的。本发明的有利的设计方案和适宜的进一步改进在从属权利要求中给出。
[0018]按照本发明，开始所述的线圈单元的特征在于，线圈和/或磁通量引导单元由漏磁场屏蔽件包围。由此，线圈之外的漏磁通量可以显著减小并且遵循对于磁通量密度的预定边界值。在此，漏磁场屏蔽件与磁通量引导单元和线圈隔开侧向间隔地设置，也就是如在上述图2、4、6、8和10至15中所示的线圈和磁通量引导的俯视图中，并且因此通过气隙或导磁差或甚至不导磁的材料与磁通量引导单元和线圈磁隔离。通过漏磁场屏蔽件与磁通量引导单元和线圈的隔离改善了漏磁场的屏蔽，因为漏磁场屏蔽件由此不用于主磁通量的引导。而且漏磁场屏蔽件与线圈和/或磁通量引导单元的间隔可以沿不同方向是不同大小的，特别是当线圈仅仅部分突出于磁通量引导单元时。
[0019]优选地，漏磁场屏蔽件可以在线圈的线圈绕组的绕组平面中或者与该绕组平面平行地包围线圈和/或磁通量引导单元，由此可以实现正是对于电动车或其充电站有利的扁平结构。线圈可以为此有利地是具有并排或相互部分重叠设置的线圈绕组的扁平线圈。同样地，磁通量引导单元和/或漏磁场屏蔽件可以完全或至少部分扁平地构成，以便获得平面的结构。优选地，磁通量引导单元和/或漏磁场屏蔽件可以由铁磁材料或亚铁磁材料或所述两种材料的组合制成，以便实现磁通量良好的引导。
[0020]在一个制造技术、运输技术和装配技术上有利的实施方案中，线圈、磁通量引导单元和漏磁场屏蔽件可以相互固定连接，特别是相互浇铸、压入/压紧或螺纹连接或以上述连接方式的组合进行连接。
[0021]优选地，线圈是具有一个线圈绕组的单相线圈、具有两个线圈绕组的双D线圈、具有三个线圈绕组的三相线圈或者绕磁通量引导单元缠绕的电磁线圈/螺线管线圈。由此在同时扁平的结构形式下能实现良好的感应式能量传输。优选地，线圈绕组的外部区域可以侧向地突出于磁通量引导单元，从而可以节省重量和成本。
[0022]在一个有利的实施方案中，漏磁场屏蔽件可以具有至少一个框或环，该框或环与线圈隔开侧向间隔地设置。在此有利地，侧向间隔可以为沿间隔方向相互对置的外线圈绕组的线圈宽度的至少六分之一。更优选地，漏磁场屏蔽件的宽度可以为沿间隔方向相互对置的外线圈绕组的线圈宽度的至少四分之一、优选三分之一。由此可以良好地减少线圈之外的漏磁通量。优选地，漏磁场屏蔽件在此可以与线圈的绕组的绕组轴线或外周同轴地设置，以便实现漏磁通量均匀的分布以及不会不利地影响主磁通量。
[0023]在一个优选的改进方案中，漏磁场屏蔽件可以由多个单个子部件组成，特别是由导磁良好的材料的条和/或板组成。由此可以简化制造和装配，因为较小的条和板不太容易折断并且可简单处理。为了以在部件之间小的气隙获得良好的磁通量，单个子部件可以相互齐平地设置和/或保持。
[0024]在制造技术上有利地，该线圈单元可以具有容纳部，该容纳部具有凹槽，所述凹槽用于在制造线圈单元之前、特别是在与线圈和磁通量引导单元浇铸、压入或螺纹连接或其他连接之前固定漏磁场屏蔽件。此外在此，容纳部可以具有用于在制造线圈单元之前、特别是在与线圈和漏磁场屏蔽件浇铸、压入或螺纹连接或其他连接之前容纳和固定磁通量引导单元的凹槽。
[0025]在一个有利的实施方案中，容纳部可以由对于线圈的磁场可穿透的材料、特别是塑料制成，以便不影响磁通量。备选地，容纳部可以至少部分地特别是在相应于线圈单元的基板的部分上由屏蔽磁场的材料、特别是铝制成，以便阻止磁场进入到车辆的底部区域中。
[0026]优选地，凹槽可以正是如此深，使得所述凹槽至少部分容纳漏磁场屏蔽件，从而容纳部保持相对平。备选地，凹槽可以如此深，使得所述凹槽完全容纳漏磁场屏蔽件，从而漏磁场