线圈布置、能电驱动的车辆和充电站的制作方法

线圈布置、能电驱动的车辆和充电站的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种线圈布置(10)，特别是用于在能量技术上无线地耦合能量源的充电装置的线圈布置，该线圈布置具有带有连接面(12)的线圈(14)，该线圈(14)具有带有多个线匝(16)的绕组(18)和被绕组(18)至少部分地包围的铁磁体(20)，其中，所述绕组(18)的至少一个区域提供了所述连接面(12)，其特征在于，线圈布置(10)具有热耦合到铁磁体(20)上的导热元件(22)，该导热元件与连接面(12)基本上齐平地终止。
【专利说明】线圈布置、能电驱动的车辆和充电站

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种线圈布置，特别是用于在能量技术上无线地耦合能量源的充电装置的线圈布置，该线圈布置具有带有连接面的线圈，该线圈具有带有多个线匝的绕组和被绕组至少部分地包围的铁磁铁体，其中绕组的至少一个区域提供连接面。此外，本实用新型涉及一种能电驱动的车辆，该车辆具有包括电机的驱动设备、用于在车辆的行驶运行中为电机供给电能的蓄电器和用于为蓄电器输送电能的充电装置。此外，本实用新型涉及一种用于能电驱动的车辆的充电站，其具有电源的接口、变流器和充电装置的连接在变流器处的线圈布置，充电装置用于在能量技术上无线地耦合能电驱动的车辆，以便为车辆输送能量。

【背景技术】
[0002]用于在能量技术上无线地耦合能量源的充电装置根据原理是公知的，从而为此不需要特别的书面证明。电气仪器、例如能电驱动的车辆，具有充电装置，因此能够将能量输送给该仪器，特别是车辆，所述能量存储于仪器或者说车辆的蓄能器中以实施常规的运行。通常，借助于充电站提供能量，充电站在其一侧特别地连接到电能源处、例如连接在开放式供能网上、在发电机上或者类似物上。
[0003]从充电站向充电装置输送能量的可行性存在于，借助在仪器和充电站之间的电缆建立电连接。此外，已知根据其他的可行性建立能量技术上的无线的耦合，其避免了花费巨大的借助电缆的机械式连接。为此，在充电站方面和仪器方面通常分别设置线圈布置，其彼此相对地布置并且实现了使用交变磁场的能量技术上的耦合。这种布置例如由KR1020120016521A 已知。
[0004]为了可以尽可能成本低廉地构造能量技术上的耦合，线圈通常具有铁氧体，借助该铁氧体，交变磁场可以引起更好的能量技术上的耦合。在确定的线圈设计中，在传递能量时借助交变磁场使仪器方面的或者说车辆方面的线圈的铁氧体由于高磁通量密度而强力加载。高磁通量密度在铁氧体中导致了相应的高损耗功率。该损耗功率造成了铁氧体的高的温度要求，其可以使铁氧体的物理属性减退。因此期望的是，保持尽可能少的铁氧体的温度要求。
实用新型内容
[0005]由此引出本实用新型的目的，提供一种线圈布置以及一种能电驱动的车辆和一种充电站，其中可以减少铁氧体的温度要求。
[0006]利用本实用新型提出一种线圈布置作为解决方案。在车辆方面，提出一种能电驱动的车辆。最后在充电站方面，提出一种用于能电驱动的车辆的充电站。
[0007]在本实用新型的意义上，能量技术上的耦合是用于传递能量的耦合，这实现了，从能量源向能量出口至少单向地传递能量。但是，也可以设置双向的能量传递，这意味着，在两个方向交替地传递能量。充电站在另外情况下适用这种方式，其从能量源抽取应当传递到仪器处或者能电驱动的车辆处的能量，充电站电连接到该能量源。
[0008]在本实用新型的意义上，能量技术上的无线的耦合意味着，在充电站和仪器之间，也别是充电站和能电驱动的车辆之间，不需要设置用于建立电耦合的机械连接。特别是，可以避免借助电缆建立电连接。替代的，能量技术的耦合主要仅通过能量场来进行，优选地是交变磁场。
[0009]因此，充电站设计用于产生相应的能量场、特别是交变磁场。在仪器方面或者车辆方面相应的设置成，可以采集这种能量场或者说交变磁场并且从其中获得用于常规的运行仪器或者能电驱动的车辆的能量。该能量借助充电装置转换成电能，然后优选地可以存储在仪器或者车辆的蓄能器中以用于其常规的运行。能量技术上的耦合因此主要用于传递能量并且不是首先用于传递信息。相应的，设计用于执行本实用新型的装置为了相应的高功率通量区别于无线通信连接。
[0010]对于能量技术上的、特别是借助交变磁场的无线的耦合，主要元件是包括至少一个线圈的、也可能包括多个线圈的线圈布置，所述线圈在仪器方面上或者是车辆方面上被能量场、特别是作为能量场的交变磁场中的磁通量穿过，并且在其相应的接口处提供电能。相应的，在充电站方面，线圈布置被电施加了交流电，从而线圈布置借助其线圈或者线圈组提供交变磁场。通过这种交变磁场，充电站的线圈布置与仪器的或者能电驱动的车辆的线圈布置f禹合。
[0011]通常，线圈具有绕组，该绕组具有一个导电体的多个线匝，其中绕组通常包括或者包围经常由铁氧体构成的铁磁体。借助铁氧体能够以所希望的方式引导磁通量，从而可以增强在充电站的线圈布置和仪器或者能电驱动的车辆的线圈布置之间的磁耦合的有效度。但是，根据原理，铁磁体也可以由其他物质构成，其具有尽可能大的磁导率和尽可能小的导电能力。通常，铁磁体至少沿着绕组延伸，其也可以伸出绕组。绕组的线匝优选地围着铁磁体卷绕并且彼此绝缘并且构造在铁磁体的对面。
[0012]线圈的装配通常设置成，形成一个连接面，其使得在保持装置上固定线圈成为可能。在用于这种类型的线圈布置的线圈中，大多数情况下通过绕组提供连接面。对于常规的应用，线圈的冷却至少部分的通过连接面和保持装置来进行。优选地通过借助绕组的导电体的外侧面来定义其位置的平面来定义连接面，或者通过导电体的外侧面自身也至少部分地形成连接面。此外，连接面可以通过导体的导体横截面的形状来确定。连接面也可以至少部分的通过绕组的外圆周来确定或者形成。
[0013]特别是在封装的线圈布置中，通过连接面可以提供主要的线圈冷却。也就是通常不能实现用于冷却目的的铁磁体的直接热耦合。因此，根据本实用新型的一个方面设置成，设置热耦合到铁磁体上的导热元件，其与连接面基本齐平地终止。为此，铁磁体至少在一个区域中没有被线圈的绕组所覆盖，从而可以施加导热元件。优选的，设置多个没有被绕组覆盖的区域，从而可以设置相应的多个导热元件。由此，可以明显的改进铁磁体到散热片、即与连接面相连的保持装置的热耦合。因此可以显著地减少铁磁体的温度要求。
[0014]导热元件可以例如构造成导热垫并且由导热能力良好的材料构成。优选地，导热元件构造成电绝缘的。作为材料可以考虑例如氧化铝、但是也可以考虑导热能力良好的塑料、复合材料和/或类似物。优选地，如下地构造导热元件，即其与绕组共同形成了连接面。因此，连接面同时也形成了平面，通过该平面可以从线圈中导出热量。因此优选地，保持装置相应的构造成，使得其尽可能地热接触整体的连接面。以这种方式，可以达到从线圈中良好的冷却或者排热。
[0015]根据其他方面提出，导热元件构造在两个相邻的线匝之间。为此，彼此间隔地布置相邻的绕组，从而实现了其中可以布置导热元件的腔。当然也可以彼此间隔地设置多个线匝，在该线匝之间分别可以布置导热元件。由此，可以继续改良从铁磁体中的导热。
[0016]根据本实用新型的其他方面提出，线匝接触铁磁体，特别地布置成热接触的，并且线匝与导热元件一起形成了连接面。线匝可以完整地或者也可以部分地接触铁磁体。优选地，实现一种基本连续的、特别是闭合的连接面。导热元件优选地具有一个高度尺寸，其基本上等于形成绕组的线匝的导电体的直径。证明为特别有利的是，导电体具有矩形的横截面并且相应的调整导热元件的横截面形状，以便形成尽可能均匀的连接面。在使用高频绞合线作为导电体时，也可以通过给出形状以所期望的方式调节导体。
[0017]形成线匝的导电体通常构造成所谓的高频绞合线，这意味着，其由多个彼此电绝缘的单个导体构成，相应的单个导体汇集形成导体。由此实现了，在使用频率中降低或者说基本避免了趋肤效应。
[0018]如果形成绕组的线匝的导体通过高频绞合线来构成，利用本实用新型可以补充地实现，通过铁磁体和导热元件来冷却导体的铁氧体侧的绞合线部段。这是特别有利的，因为在绞合线中横向于导电能力导热能力由于单个绞合线的绝缘减小，并且因此，单个绞合线的欧姆损耗仅仅利用很差的热耦合就可以从由绞合线形成的导体中排出。因此，本实用新型也可以引起形成导电体的高频绞合线的改进的冷却。
[0019]本实用新型的改进方案提出，导热元件基本上填充了相邻线匝之间的空间。因此可以实现，不仅仅改进地热耦合铁磁体，而且也填充了形成绕组的线匝的导电体。由此可以良好地整体地冷却线圈并且因此可以更高地负载。此外，由此可以紧密地建造线圈，从而可以节省结构体积和重量。
[0020]本实用新型的其他方面设置成，连接面可以与散热片热耦合。为此，连接面构造成基本上平坦的，从而可以实现到散热片的、例如保持装置的良好的热耦合。为此，连接面还可以设有减少热量过渡的表面结构，例如配有弹性体，这使得可以补偿表面的以及要耦合的散热片的不平整性并且可以实现良好的热连接。
[0021]根据其他的方面提出，线圈基本上具有矩形形状并且通过矩形表面来形成装配面。这样使得可以实现紧凑的结构并且同时可以实现与大的连接面的简单的热耦合。两个最大的彼此对置的矩形的面中的至少一个特别有利的适合作为连接面。同时，利用这种线圈的结构形式实现了，根据结构类型已经提供了特别简单地且成本低廉地热耦合的平坦的连接面。
[0022]本实用新型的有利的改进方案设置成，在连接面上施加导热层。导热层可以例如以导热薄膜、涂覆的导热膏、涂覆的导热胶、这些的组合和/或类似物的形式来形成。特别有利的是，导热层构造成具有如下的可造型性的，即其可以补偿不平整、孔、表面结构和类似物以便良好地热耦合。由此，可以继续改进热耦合并且此外继续减少在连接面的平面中的温度梯度。
[0023]根据本实用新型的其他方面，线圈布置具有壳体，其中布置了线圈。线圈布置以这种方式可以防止外部的作用。此外，通过壳体可以实现可特别简单地操作的结构单元。壳体优选地由不能导电的材料构成。此外,壳体优选地由非磁性的材料构成。由此可以实现，壳体基本上不影响线圈布置的功能。
[0024]改进方案设置成，连接面与壳体的壳体盖导热地相连。因此壳体盖提供了用于冷却线圈布置的散热片。为此，壳体盖可以具有其他的材料以作为壳体的其余部分。因此，壳体盖例如可以由金属构成，但是也可以由导热能力良好的陶瓷材料、例如氧化铝和/或类似物制成。因此，壳体盖可以例如由铜、铝、它们的合金和/或类似物制成。优选地，壳体盖在壳体内侧面上具有连接表面，其构造用于匹配连接面并且使得线圈可以良好的热学的或者机械的耦合到壳体盖上。如果装配面是构造成矩形的线圈的表面，那么壳体盖优选地通过薄板、平板或者类似物来形成，其至少达到为连接面的尺寸，优选地超过该尺寸。由此可以使壳体盖以简单的方式与壳体如下地连接到边缘区域，即可以通过壳体包围线圈布置。
[0025]在车辆方面，关于能电驱动的车辆提出，用于在能量技术上无线地耦合能量源的充电装置具有本实用新型的线圈布置。在能电驱动的车辆中，充电装置用于使输送给车辆的能量如下地变换成电能，即其可以储存在车辆的蓄能器中以用于车辆的常规的运行。相应的，也适用于设备中的一般性应用以及适用于根据本实用新型的充电站。
[0026]在本实用新型的意义上，热耦合意味着，通过连接两个物体实现极其小的热阻，从而在热耦合的物体之间的温度梯度是尽可能小的。优选的，此处设置成，物体自身是机械接触的并且表面结构在接触部的范围中是尽可能平滑的，或者在微弱的或者小的温度梯度时允许传递更大的热量。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]其他的优点和特征从下面结合附图对实施例的说明中得出。在附图中，相同的构建和功能以相同的参考标号标记。
[0028]惟一的附图以横截面示意图示出根据本实用新型的线圈布置。

【具体实施方式】
[0029]惟一的附图以横截面示意图示出根据本实用新型的线圈布置10。线圈布置10在此是充电装置的组成部分，该充电装置用于可电驱动的车辆的能量源的在能量技术上的无线的耦合，在附图中未继续示出该车辆。线圈布置10具有带有连接面12的线圈14，该线圈14具有带有多个线匝16的绕组18和由铁氧体制成的铁磁铁20。通过绕组18的线匝16围着铁氧体20卷绕并且这些布置成机械接触的，铁氧体20被绕组18完全比包围。在图中布置在铁氧体20的上部的线匝16提供了连接面12。利用该连接面12既热学地也机械地率禹合了线圈14。
[0030]由附图无法看出，形成绕组18的线匝16的导电体由高频绞合线构成，该绞合线由多股单个的、彼此绝缘的线或者绞合线构成，并且由于其结构，在常规的运行中该绞合线基本上没有表现出电流趋肤效应。在常规的应用线圈布置时，使用这种高频绞合线是适宜的，因为借助交变磁场实现了能量技术上的耦合，交变磁场的频率可以位于几百赫兹到几千赫兹的范围中，例如在25至200kHz，优选地在130至140kHz的范围中，或者也在大约85kHz的范围中，或者类似范围。因此，可以实现电流尽可能均匀地分布到绞合线的单股线上，通常还设置了单股线的扭绞。扭绞还可以包括，线组由确定数量的单股线构成，该单股线自身是扭绞的并且其中形成了导电体的该线组同样是扭绞的。
[0031]在附图中，形成了绕组18的线匝16的导体配备了圆的横截面。绕组18的线匝16布置成空间上彼此间隔开的，从而相邻的线匝16形成了腔24。在这些腔24中布置导热垫22作为导热元件，其具有基本上矩形的构造并且利用其表面中的一个贴靠在铁氧体20上。由此，其与铁氧体20热耦合。为了能够实现尽可能良好的热量过渡，可以设置成，导热垫22在铁氧体侧设置减小热量过渡的涂层。该涂层可以例如通过导热膏、导热胶或者类似物来形成。
[0032]此外，由附图可见，导热垫22具有高度h，其基本上等于形成线匝16的导电体的小的半径，从而其与连接面12基本齐平地终止。线匝16和导热垫22因此形成了连接面12。
[0033]在其他实施例中可以补充性地设置成，形成线匝16的导电体有矩形的横截面并且具有等于导热垫22的高度h的高度。由此可以形成基本上闭合的平坦表面作为连接面12。
[0034]在附图中示出的线圈14基本上具有矩形形状，并且连接面12通过其中一个矩形表面来形成。由此，如从附图中可见，铁氧体12构造为通过多个带形成的板。导热垫22通过材料带构成，其布置在单个相邻的线匝16之间。在附图中横向于横截平面延伸的铁氧体20的延伸部和导热垫22基本上是相同的。由此实现了，铁氧体通过其延伸部可以在热学上去负荷。
[0035]此外，由附图可见，在连接面12上构造其他的导热层26，其在此同样构造为导热垫26。导热垫26可以通过有导热能力的薄膜来形成，例如塑料薄膜或者类似物。导热垫优选地通过连续的、在整个连接面12上延伸的元件来形成,该元件例如借助粘结或者类似地耦合到线匝16和/或导热垫22上。由此一方面可以实现机械地连接，并且另一方面可以实现热学的连接。此外，导热垫26可以导致，可以减少连接面12中的温度梯度。
[0036]此外，由附图可见,线圈14布置在包括壳体盖28和壳体杯30的壳体中。壳体杯30在此由塑料构成。其一方面具有微弱的导电能力并且另一方面具有微弱的磁导率。相反的，壳体盖28在此由金属构成，例如铝或铜或其合金。壳体盖28可以如下地与壳体杯30相连，即由此形成的壳体完全防止了线圈14受到机械的和气压的作用。
[0037]此外，由附图可见，线圈在已经安装在壳体中的状态下利用导热垫26与壳体盖28机械地接触。由此也确保了良好的热连接，从而通过壳体盖28可以从线圈中排出热量。壳体盖28在此意义上起到散热片的作用，因此连接面12构造成散热片以便热耦合壳体盖28。在壳体盖方面，壳体盖28固定在能电驱动的车辆的未示出的冷却装置上，从而从线圈布置10中排出热量。
[0038]如从实施例中可见的，本实用新型实现了，改进了铁氧体到壳体28，30的全平面的热连接。为此，通过卷绕绞合线形成的线匝16的中间腔填充了带状的导热垫22。导热垫22与线匝16的高频绞合线的高度齐平地终止。为了可以实现从线匝16的高频绞合线或者说导热垫22向壳体盖28带的良好的热量过渡，补充性地设计基本上全平面的薄导热垫26。
[0039]利用这种方法可以实现成本更低廉的导热垫并且在其上可以排出在铁氧体中出现的损耗功率。
[0040]前面对实施例的说明应当仅仅阐述了本实用新型并且本实用新型不受其局限。不言而喻的，在需要时本领域技术人员可以设计相应的变体，而不离开本实用新型的核心理念。特别是根据需要可以彼此以随意的方式组合单个的特征。
[0041 ] 此外，装置的特征自然可以通过相应的方法步骤来实现，并且反之亦然。
【权利要求】
1.一种线圈布置(10)，所述线圈布置具有带有连接面(12)的线圈(14)，所述线圈(14)具有带有多个线匝(16)的绕组(18)和由所述绕组(18)至少部分地包围的铁磁体(20)，其中，所述绕组(18)的至少一个区域提供所述连接面(12)，其特征在于热耦合至所述铁磁体(20)的导热元件(22)，所述导热元件与所述连接面(12)齐平地终止。
2.根据权利要求1所述的线圈布置，其特征在于，所述线圈布置(10)是用于在能量技术上无线地耦合能量源的充电装置的线圈布置。
3.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于，所述导热元件(22)布置在两个相邻的所述线匝(16)之间。
4.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于，所述线匝(16)布置成与所述铁磁体(20)接触的，并且所述线匝与所述导热元件(22) —起形成所述连接面(12)。
5.根据权利要求3所述的线圈布置，其特征在于，所述线匝(16)布置成与所述铁磁体(20)接触的，并且所述线匝与所述导热元件(22) —起形成所述连接面(12)。
6.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于，相邻的所述线匝(16)彼此间隔地布置，并且在两个相邻的所述线匝(16)之间分别布置有导热元件(22)。
7.根据权利要求5所述的线圈布置，其特征在于，相邻的所述线匝(16)彼此间隔地布置，并且在两个相邻的所述线匝(16)之间分别布置有导热元件(22)。
8.根据权利要求6所述的线圈布置，其特征在于，所述导热元件(22)充满相邻的所述线匝(16)之间的腔(24)。
9.根据权利要求7所述的线圈布置，其特征在于，所述导热元件(22)充满相邻的所述线匝(16)之间的腔(24)。
10.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于，所述连接面(12)设计用于散热片的热耦合。
11.根据权利要求9所述的线圈布置，其特征在于，所述连接面(12)设计用于散热片的热耦合。
12.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于，所述线圈(14)具有矩形形状并且所述连接面(12)通过矩形表面中的一个来形成。
13.根据权利要求11所述的线圈布置，其特征在于，所述线圈(14)具有矩形形状并且所述连接面(12)通过矩形表面中的一个来形成。
14.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于，导热层(26)施加在所述连接面(12)上。
15.根据权利要求13所述的线圈布置，其特征在于，导热层(26)施加在所述连接面(12)上。
16.根据权利要求1或2所述的线圈布置，其特征在于壳体(28，30)，所述线圈(14)布置在所述壳体中。
17.根据权利要求15所述的线圈布置，其特征在于壳体(28，30)，所述线圈(14)布置在所述壳体中。
18.根据权利要求16所述的线圈布置，其特征在于，所述连接面(12)与所述壳体(28，30)的壳体盖(28)导热连接。
19.一种能电驱动的车辆，具有:包括电机的驱动设备；用于在所述车辆的行驶运行时为所述电机供给电能的蓄电器；和用于为所述蓄电器输送电能的充电装置，其特征在于，所述充电装置为了在能量技术上无线地耦合能量源而具有根据权利要求1至18中任一项所述的线圈布置(10)。
20.一种用于能电驱动的车辆的充电站，具有:用于电源的接口 ；变流器和连接在所述变流器上的、用于在能量技术上无线地耦合能电驱动的所述车辆的线圈布置，以便为所述车辆输送能量，其特征在于，所述线圈布置(10)是根据权利要求1至18中任一项设计的。
【文档编号】H02J7/02GK204204611SQ201420506828
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】曼努埃尔·布卢姆, 托马斯·科马, 莫妮卡·波博尔 申请人:西门子公司