具有用于接收磁场和用于通过磁感应产生电能的电线线圈并具有可磁化材料的接收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于接收磁场并且用于通过磁感应产生电能的、特别是由车辆使用的接收装置。本发明还涉及一种制造所述接收装置的方法。特别是，本发明可被应用于向车辆进行无线电能传输的领域，所述车辆是比如道路汽车、公共汽车、货车、卡车以及运载车辆(例如铲车)和轨道车。接收装置应该适合以至少以千瓦范围(例如，20kW)的速率产生电力。
【背景技术】
[0002]WO 2012/010649A2公开了一种用于接收电磁场、用于通过感应来由电磁场产生电能和为负载提供电能、特别是为轨道车(例如，电车)或者道路车辆提供能量的装置。为了通过感应来产生电能，接收装置包括可由一个或多个电导体绕组来实现的至少一个感应器。当从接收装置为负载提供电能时，由感应器所产生的交流电被整流。整流器的输出端连接至负载。接收装置可具有用于接收电磁场的三相，并且整流器可被连接至接收装置的三相线路。每相均包括电感和电容，其分别可以通过至少一个电容器来实现。
[0003]存在对于将所述接收装置或者不同的接收装置集成到现有机动车辆(比如道路汽车)中的需求。接收装置的重量应该小，因为应该尽可能小地影响车辆的最大收益负载。另外，接收装置的结构和接收装置的安装应该稳定并且还便于组装。应该利用特别是车辆车身的底部区域中的已有空间。一般地，通过车辆底部下方的装置来产生磁场(作为交变电磁场的一部分)。因此，一般安装在车辆底部处的接收装置从下方，即从底侧接收磁场。然而，如果磁场产生装置定位在不同方向(比如，水平方向)上，则也可沿该方向来定向接收装置。一般而言，接收装置具有接收侧，并且在运行期间，磁场进入接收装置或者接收侧上的接收装置壳体。
[0004]EP2081792B1公开了一种集成有接收单元的包覆元件。接收单元包括用于无接触地传送电能的接收线圈和多个导电元件，所述导电元件被分配给接收线圈并且被设计成能聚集磁场强度并由与空气相比导磁率高的材料制成。
[0005]可以使用可磁化材料(比如铁或者铁素体)来成形磁场的场线。这可增加接收装置的线圈位置处的磁场强度。此外，可磁化材料屏蔽了接收装置的周围，特别是从线圈观察时超出可磁化材料的区域。然而，可磁化材料一般是重型材料，因此增加了接收装置的重量。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供一种接收装置和一种制造包括可磁化材料的接收装置的方法，其中接收装置的重量是小的。特别是，接收装置应该机械地稳定并且可以以小成本生产。
[0007]根据本发明的基本思想，位于线圈后方的可磁化材料的厚度是变化的。“后方”是指可磁化材料位于线圈与接收装置的与接收侧相反的一侧之间。替代地，厚度可以被称为“深度”。测量厚度或深度的方向是从接收装置的接收侧至接收装置的与接收侧相反的一侧的方向。
[0008]通过改变可磁化材料的深度，可以节省重量。特别是，可磁化材料的深度可被选择成:使得可磁化材料在必要时更深并且在深度足够时不过于深。特别是，可磁化材料的深度被设计成:从接收侧观察时，与由通过所述至少一个线圈的电流产生的电磁场较小的线圈区域后方位置相比，可磁化材料的深度在由通过所述至少一个线圈的电流产生的电磁场较大的线圈区域后方位置处更大。对于由用于通过感应将能量传输至接收装置的发生装置产生、并且在接收侧进入接收装置的磁场而言，假如该磁场的磁场强度沿线圈的延伸范围是基本上恒定的，则仅线圈中感应出的电流引起线圈后方的磁场强度变化。
[0009]特别是，如果接收侧是底侧，则可磁化材料设置在线圈上方。在任何情况下，磁场的场线在接收侧进入接收装置，穿透由线圈覆盖的区域并且被重新引导并被捆束在可磁化材料内以便返回至磁场产生装置。
[0010]优选地，在线圈被设置成产生不同相的交流电的情况中，与不同相的线圈或者不同线圈的电线不重叠的第二区域相比，磁层深度在不同相的线圈相互重叠、且特别是不同线圈的电线相互重叠的第一区域后方更大。
[0011]特别是，由可磁化材料形成的磁场成形布置结构的轮廓可以是具有较深的中心区域和两个深度较小的边缘区域的帽状形状。特别是，所述较深的中心区域位于线圈的具有更多平行电线的区域后方，从而与边缘区域相比产生更大的电磁场。特别是，中心区域和两个深度较小的边缘区域可在面向线圈的一侧上形成平面轮廓(即，除了磁场成形元件之间的空隙之外，没有凹部或者突起的轮廓)。
[0012]特别是提出了:一种用于接收磁场和用于通过磁感应产生电能、特别是由车辆使用的接收装置，其中
[0013]-接收装置包括具有至少一个电线的至少一个线圈，且其中，磁场在运行期间在所述至少一个线圈中感应出电压，
[0014]-接收装置和所述至少一个线圈适于从接收装置的接收侧接收磁场，
[0015]-接收装置包括磁场成形布置结构，该磁场成形布置结构包括适于成形磁场的磁场线的可磁化材料，
[0016]-从接收装置的接收侧观察时，磁场成形布置结构被布置在所述至少一个线圈后方，
[0017]-沿从接收装置的接收侧至接收装置的与接收侧相反的一侧的方向所测得的磁场成形布置结构的深度是变化的。
[0018]此外，提出的是:一种制造用于接收磁场和用于通过磁感应产生电能、特别是由车辆使用的接收装置的方法，其中
[0019]-提供具有至少一个电线的至少一个线圈，其中，所述至少一个线圈包括电感器，以使磁场在接收装置运行期间在所述至少一个线圈中感应出电压，
[0020]-所述线圈被设置成从接收装置的接收侧接收磁场，
[0021]-从接收装置的接收侧观察时，磁场成形布置结构被布置在所述至少一个线圈后方，该磁场成形布置结构包括适于成形磁场的磁场线的可磁化材料，
[0022]以使得沿从接收装置的接收侧至接收装置的与接收侧相反的一侧的方向所测得的磁场成形布置结构的深度是变化的。
[0023]特别是，接收装置可包括用于传输不同相交流电的多个电线。附加地或者选择性地，接收装置可包括多个线圈，其中，相同相线的线圈可彼此相邻地设置，且不同相线的线圈可相互重叠。“重叠”是指磁场线也穿透了重叠的线圈，所述磁场线在接收侧进入接收装置并且朝着与接收侧相反的一侧穿透线圈。
[0024]在下文中，措辞“磁性材料”用作“可磁化材料”的同义词，虽然材料的磁化状态可能改变。优选地，接收装置的线圈与设置在所述线圈后方的铁磁性和/或亚铁磁性材料(比如，铁素体)相结合。
[0025]特别是，被所述至少一个线圈覆盖的区域包括线圈的任何绕组所环绕的整个区域。
[0026]特别是，可以在线圈与磁性材料之间设置一层电绝缘材料和/或弹性材料。在导电磁性材料的情况中，该层绝缘，并且在弹性层的情况中，阻止线圈和磁性材料的机械振动和磨损。
[0027]特别是，磁场成形布置结构由可磁化材料制成的多个磁场成形元件形成。使用磁场成形元件便于形成磁场成形布置结构。可以堆叠更多或更少的磁场成形元件，以便改变磁场成形布置结构的深度。特别是，不同的磁场成形元件可以彼此相邻地布置，但是在相邻的磁场成形元件之间留出间隙，其中该间隙沿横向于深度方向的方向延伸。因此，可节省可磁化材料并且还减少了重量。优选地，所述间隙根据可磁化材料的期望屏蔽效应来选择尺寸并且适于磁场成形布置结构的深度。例如，如果从线圈观察，可以通过磁场成形布置结构后方的磁场的最大值来限定期望的屏蔽效应。
[0028]特别是，磁场成形元件可具有大小相等的深度，并且磁场成形布置结构的深度是变化的，因为不同数量的磁场成形元件沿从接收侧至与接收侧相反的一侧的方向相互堆叠。使用具有大小相等的深度的磁场成形元件便于形成磁场成形布置结构的期望深度变化。
[0029]优选地，磁场成形布置结构的深度变化通过由不可磁化材料制成的至少一个补偿元件来补偿。优选地，补偿元件的材料与磁性材料相比单位体积的重量更轻。“补偿”是指由磁场成形布置结构和所述至少一个补偿元件组成的组合布置结构的总深度变化小于磁场成形布置结构的深度变化。可能的、但不优选的是，所述至少一个补偿元件被设置在磁场成形元件之间，以便形成磁场成形元件和所述至少一个补偿元件的组合堆叠。在该情况下，磁场成形布置结构的深度等于总深度减去所述至少一个补偿元件的深度。例如，补偿元件可由塑料、例如聚合物制成。
[0030]磁场成形布置结构的补偿深度变化便于接收装置的组装。特别是，接收装置可包括相互堆叠的不同的层和/或模块。类似于上述的电绝缘材料和/或弹性材料的层，如果从线圈观察，这种层可以被设置在磁场成形布置结构后方。其他层可以是由导电材料制成的、用于屏蔽电场和包括电容器的模块的屏蔽部。以下给出了示例。如果磁场成形布置结构的深度变化未被补偿，则需要这些层和模块被调整以适应磁场成形布置结构的深度剖面形状。否则，机械稳定性就有危险。因为可制造出具有不同深度剖面形状的磁场成形布置结构的接收装置，因此需要用于相应接收装置的单独成形部分。因此，如果深度变化被补偿，则可以使用相同种类的附加层和模块来用于不同的深度剖面形状。
[0031]优选地，深度变化被补偿，以使由磁场成形布置结构和所述至少一个补偿元件组成的组合装置的深度是恒定的。由于该深度补偿，可在接收装置超出磁性层的区域中(如果从线圈观察)使用平面的层、元件和模块，并且避免了中空空间。因此，接收装