用于感应式能量传输的传输线圈的制作方法

本发明涉及一种被设立用于感应式（induktiv）能量传输的传输线圈，所述传输线圈包括载体、带有多个绕组的线圈装置以及与所述线圈装置一起形成振荡回路的电容。本发明的其它方面涉及分别包括这种传输线圈的一种固定的充电站以及一种车辆，并且涉及一种包括固定的充电站以及车辆的用于对车辆进行感应式充电的系统。

背景技术：

为了对电蓄能器进行方便的充电，公知各种用于无接触式能量传输的系统。根据设计而定，这些系统例如可以用于对消费电子装置（诸如移动电话或MP3播放器）进行充电或者可以用于对电驱动的车辆进行充电。电驱动的车辆例如包括陆地运输车辆（其被用于运输在仓库中的货物）、混合动力车辆（其不仅拥有电驱动装置而且拥有内燃机）以及纯电驱动机动车。

由DE 10 2011 077 709 A1公知一种用于传输电能、尤其是用于对移动载体、尤其是机动车的蓄能器进行充电的装置。该装置包括电磁传输单元，所述电磁传输单元由两个被构造为线圈的传输环节构成。在此，所述线圈之一被分配给机动车，而另一线圈被分配给充电站。给每个线圈分配一个电容器，其中一个电容器分别与一个线圈构成谐振回路。此外，该装置还包括整流器、逆变器以及PFC（Power Factor Correction）电路（功率因子校正电路）。PFC电路尤其能够实现对无功功率进行补偿。借助于该无功功率补偿，即使在相对弱的感应式耦合的情况下也可能以高的效率来传输能量。

现有技术的缺点是，除了传输线圈之外还需要多个独立的组件。

技术实现要素：

提出一种被设立用于感应式能量传输的传输线圈，所述传输线圈包括载体、电容以及带有多个绕组的线圈装置。在此规定，所述电容由多个电容器构成，其中将每个电容器分配给所述线圈装置的单个的绕组或者所述线圈装置的至少两个绕组的组，并且将这些电容器与所述线圈装置一起布置在所述载体上。

为了对电能进行感应式传输而需要传输线圈，其中一次传输线圈被布置在充电站中而二次传输线圈被分配给移动的、待充电的蓄能器。为了传输能量，用交变电压激励一次线圈，由此在一次传输线圈的区域内形成交变磁场。如果将二次传输线圈引到一次传输线圈的附近，使得一次传输线圈的磁场穿过（durchfluten）所述二次传输线圈，那么在二次传输线圈中感应出电流。

为了高效的能量传输，振荡回路由电容和带有多个绕组的线圈装置构成。该振荡回路利用由功率电子装置产生的交变电压来激励。在此，到目前为止已经常见的是，功率电子装置和对于构成振荡回路必要的电容在空间上与所述线圈装置分开地布置。在此，所述电容通常由一个或少量具有高电容的电容器构成并且作为整体被分配给所述线圈装置。

而在按照本发明的传输线圈的情况下规定，采用多个电容器而不是被分配给整个线圈装置的一个唯一的电容，其中将每个电容器分配给所述线圈装置的单个的绕组或者所述线圈装置的至少两个绕组的组。在绕组组成组的情况下，所述线圈装置包括多个这种组。在此，每个单个的电容器或每个单个的电容就其本身而言分别显著小于整个被分配给所述线圈装置的电容。由此，对于所述电容器中的每个单个的电容器所需的结构空间明显更小，这能够实现将各个电容器与所述线圈装置一起共同布置在一个载体上。

所述载体不仅容纳所述线圈装置而且容纳所述被分配给各个绕组或绕组的组的电容器并且给予它们机械紧固。优选地，所述载体被实施为金属板，所述金属板的外形基本上遵循所述线圈装置的造型。优选地，将金属（诸如铝）用作材料，其中所述线圈装置的绕组相对于所述载体电绝缘。

绕组的组通常包括2至20个绕组，而整个线圈装置通常包括4至200个绕组、优选地10至100个绕组。

此外，在本发明的另一实施方式中规定，在所述载体上此外还布置有功率电子装置，所述功率电子装置包括逆变器和/或整流器和/或其它电路部件（例如用于充电过程控制的微控制器）。

在该实施方式中，对于能量传输所需的全部组件与相应的传输线圈共同被集成为一个单元。如果传输线圈例如被实施为一次传输线圈，那么在所述载体上尤其是布置有整流器、逆变器、带有多个绕组的线圈装置、以及分配给各个绕组或绕组的各个组的电容器。

如果该传输线圈例如被实施为二次传输线圈，那么在所述载体上例如布置有整流器、带有多个绕组或绕组的组的线圈装置、以及相应的电容器。

按照本发明的传输线圈对于运行来说不需要其它外部组件。一次传输线圈只还需要与用于能量供给的电网连接。二次传输线圈只还需要与待充电的电蓄能器连接。

在按照本发明的传输线圈的一变型方案中，所述功率电子装置被设立用于切断或接入所述线圈装置的各个绕组或绕组的各个组。

因为给所述线圈装置的每个单个的绕组或绕组的每个组都分配一个自己的以电容器的形式的电容，所以每个绕组或绕组的组就其本身而言都是独立的振荡回路。这能够实现，在没有其它补偿性措施的情况下切断各个绕组或绕组的组并且不将它们包括在能量传输内。这例如可以被用来影响由传输线圈产生的磁场的形状或者呈现各种绕组匝数比（Windungsverhaeltnis）。

在本发明的一实施方式中，将所述线圈装置的绕组以同心圆或螺旋轨道的形式布置在载体上。也可设想的是所述绕组的矩形或正方形的实施方案。在此优选地，将功率电子装置和/或电容器安放在所述线圈装置的中心。这种布置能够实现所述传输线圈的极其紧凑的结构。

在本发明的一实施方式中，所述载体被设立为用作针对电磁兼容性（EMV）的屏蔽。

在功率电子装置中、尤其是在逆变器的情况下，形成交变磁场，所述交变磁场必须被屏蔽，以便不妨碍在周围环境中的无线电传输以及在周围环境中的其它电子设备的功能并且遵守对保护人员以防磁场的法律要求。为了所述屏蔽而需要导电材料。如果例如所述载体被构建为使得其包围线圈装置和功率电子装置，而且所述载体也由导电材料（诸如铝）制成，那么所述载体可以屏蔽所形成的电磁辐射。

在传输线圈的另一实施方式中，所述载体被构建为使得其用作针对电容器和/或针对功率电子装置的冷却体。为此，优选地为所述载体选择一种具有良好导热性的材料。因而，尤其是铝和铜适合作为材料，其中铝比铜价格便宜并且因而是优选的。

在传输线圈的另一实施方式中规定，所述载体包括如下通道，所述通道被设立用于使冷却介质流过。例如可以将水-乙二醇混合物用作冷却介质。所述载体的这种实施方案尤其适合于放出功率电子装置和电容器的废热，但是借此也可以避免所述线圈装置的绕组的过热。

在传输线圈的一实施方式中，所述传输线圈包括多于一个线圈装置。尤其是，所述传输线圈可包括两个线圈装置。在此，所述两个线圈装置可以彼此接线为使得所述绕组同向或者反向地接线。

本发明的另一方面是提供一种固定的充电站，所述固定的充电站被设立用于对车辆无线充电，其中所述充电站包括在这里所描述的传输线圈中的至少一个或者正好一个作为一次传输线圈。

此外，还提供了一种车辆，所述车辆被设立用于无线充电，其中所述车辆包括在这里所描述的传输线圈中的至少一个或者正好一个作为二次传输线圈。所述车辆是可以与所述充电站相互作用的移动单元。

此外，还提供了一种用于对车辆进行感应式充电的系统，所述系统由固定的充电站以及车辆构成，其中不仅所述充电站而且所述车辆都包括所描述的传输线圈中的至少一个或正好一个。在此，在所述系统中规定，所述车辆的二次传输线圈暂时被引到所述充电站的一次传输线圈附近，使得由一次传输线圈产生的磁场穿过二次传输线圈。在结束充电过程之后，所述车辆又可以离开所述充电站，由此所述二次传输线圈从所述一次传输线圈的区域中离开。

所述传输线圈不限于与对车辆的感应式充电相关的应用。根据传输线圈的设计而定，所述传输线圈尤其是可以被用于对带有蓄能器的任何移动单元进行充电。对此的例子是对移动电话或电驱动的工具进行无线充电。在此，给充电设备分配一次传输线圈而给移动单元分配二次传输线圈。

本发明的优点

在从现有技术公知的系统中，充电站以及与充电站相互作用的移动单元都包括多个分开的、分立的（diskret）部件。在包含二次传输线圈的移动单元的情况下，所述部件是线圈装置、电容、整流器以及冷却装置。在此，每个组件本身都必须满足例如对冷却或者用于电磁兼容性（EMV）的屏蔽的所有要求，由此发生冗余。所述冗余利用本发明的措施通过完全集成的结构方式来避免，在所述完全集成的结构方式中，所述传输线圈除了线圈装置之外也包括必需的电容而且必要时包括必需的功率电子装置，而且在所述完全集成的结构方式中，所述线圈装置、所述电容以及必要时所述必需的功率电子装置共同被布置在一个载体上。所述共同使用的载体对于所有容纳的组件来说都一样地满足机械载体、屏蔽以及冷却装置的功能。经此，在没有限制功能性的情况下节约了材料，由此减少了所述传输线圈的重量、成本和必需的结构空间。

此外还规定，使用多个电容器而不是被分配给整个线圈装置的一个单个的电容，所述多个电容器分别被分配给所述线圈装置的单个的绕组或所述线圈装置的绕组的组。在此，每个绕组或绕组的每个组都通过分别分配的电容器单个地予以补偿。这能够实现：在需要时切断各个绕组或绕组的组，而不必实施附加措施来对振荡回路进行适配。对各个绕组或绕组的各个组的这种切断例如能够改变由一次传输线圈产生的磁场以及最优地适配到分别使用的二次传输线圈上或者呈现各种绕组匝数比。

此外，对各个绕组或绕组的组的补偿提供了如下优点：出现的最大谐振电压可以明显被减小。由此可以降低隔离和屏蔽花费。

此外，将传输线圈的所有相关组件布置在一个共同的载体上使得冷却变得容易。仅仅还必须冷却所述共同的载体，这例如利用液体冷却或利用空气冷却都是可能的。此外，通过集成所有相关组件还可以节约附加的构件，诸如插接板、接线柱连接或附加的外壳。

附图说明

图1 示出了带有根据现有技术的一次传输线圈的充电站，

图2 以从侧面的截面图示出了按照本发明的传输线圈以及

图3 示出了按照本发明的传输线圈从上面的示意图。

在随后的附图描述中，相同或类似的组件和元件用相同或类似的附图标记来标明，其中在个别情况下省去对这些组件或元件的重复描述。所述附图只示意性地呈现本发明的主题。

具体实施方式

图1以从侧面的示意图以横截面示出了带有根据现有技术的传输线圈的充电站。

在图1中示出了传输线圈10'，其包括带有多个绕组12'的线圈装置11'。围绕着所述绕组12'布置有铁素体14'，所述铁素体14'用作线圈装置11'的铁磁芯。为了屏蔽漏磁场，线圈装置11'配备有导电屏蔽装置（例如铝）16'。

为了产生磁场，线圈装置11'通过连接线路24'与开关柜18'连接。开关柜18'包括功率电子装置20'以及电容器22'。电容器22'通过另一连接线路26'、功率电子装置20'和连接线路24'与线圈装置11'连接，其中所述线圈装置11'和所述电容器22'一起构成振荡回路。

如果所述传输线圈10'被实施为一次传输线圈，那么所述振荡回路通过功率电子装置20'来激励，使得形成交变磁场。所述交变磁场可以由相对应地装备的二次传输线圈重新转换成电流。如果来自图1的传输线圈10'被实施为二次传输线圈，那么所述传输线圈10'被引到一次传输线圈附近，使得所述一次传输线圈的交变磁场穿过所述二次传输线圈。由于在二次传输线圈中的感应，所述振荡回路被激励并且电能可以通过相对应地设立的功率电子装置20'来提取，所述功率电子装置20'在这种情况下包括整流器。接着，所述电能例如可以被用来对电蓄能器（诸如电池组或蓄电池）进行充电。所述电蓄能器尤其可以被分配给电动车辆或混合动力车辆。

在图2中以从侧面的截面图示出了按照本发明的传输线圈10。

所述传输线圈10包括载体17，所述载体17例如由铝制成。在载体17中容纳有线圈装置11，所述线圈装置11包括多个绕组12和一个铁素体芯14。所述线圈装置11的绕组12螺旋形地围绕着中心区域13缠绕。在该中心区域13中，载体17形成凹腔（Mulde），在所述凹腔中布置有集成电子装置21。所述集成电子装置21包括其它的、优选地全部其它的对于运行传输线圈10必需的组件，尤其是例如功率电子装置和谐振电容，如随后参照图3所描述的那样。在此，该电容被分成多个单个的电容器，所述电容器分别被分配给单个的绕组12或绕组12的组。在此，一个电容器与一个绕组12或绕组12的一组一起分别构成一个振荡回路。

图3以从上面的示意图示出了按照本发明的传输线圈10。

在图3中透明地示出了载体17和铁素体芯14，以便可以看见传输线圈10的内部。如可从图3的图示得出的那样，传输线圈10具有线圈装置11，所述线圈装置11包括多个绕组12。在图3的图示中示出了七个绕组，所述七个绕组用附图标记101、102、103、104、105、106和107来标明。在此，给所述绕组12中的每个绕组分配至少一个电容器22作为电容，其中所述电容器用附图标记121、122、123、124、125、126和127来标明。在此，一个电容器22分别与一个绕组12串联，使得构成振荡回路。在此，第一电容器121与第一绕组101连接。此外，各个振荡回路相继串联，使得第一绕组101的不与第一电容器121连接的端部与第二电容器122连接。因此，每个绕组12邻接两个电容器22，其中为此在最后的并且是第七个绕组的端部上附加地布置第八电容器128。通过第一电容器121和第八电容器128建立与功率电子装置20的连接。

只要所述传输线圈10被实施为一次传输线圈，就可以通过功率电子装置20激励线圈装置11，使得产生交变磁场。不需要附加的外部组件，仅须通过电接线端子32来建立到电网上的连接。

如果所述传输线圈10被实施为二次传输线圈，并且如果所述二次传输线圈被引到一次传输线圈的交变磁场中，那么借助于磁感应来激励线圈装置11并且可以通过功率电子装置20来提取电流。所述电流可以通过电接线端子32来提供，以便例如又对移动蓄能器进行充电。

不仅功率电子装置20而且电容器22都可能在运行时发热。为了放出热量，它们被布置在也作为冷却体来起作用的载体17上。如果纯空气冷却应该会不够，那么可以如在图3中所绘的那样设置通道30，通过所述通道30可以馈入冷却介质（诸如水-乙二醇混合物）。通过所述冷却介质可以放出多余的热量。

在未示出的另一实施方式中，不是给每个单个的绕组12分配一个电容器22，而是多个绕组12（例如二至十个绕组12）组合成绕组12的组，其中给绕组12的整个组分配一个电容器22。

在没有在附图中示出的另一实施变型方案中，分别由一个绕组12或绕组12的一组与一个电容器22构成的振荡回路不是彼此串联接线，而且分别直接与功率电子装置20连接。在这种实施方式中，功率电子装置20可以分开地操控各个绕组12或绕组12的各个组。在此，例如可以完全切断一个单个的绕组12或绕组12的一组，或者也可设想的是，以不同的强度来激励各个绕组12或由所述各个绕组12构成的振荡回路。以这种方式可以有针对性地影响由线圈装置11产生的交变磁场。尤其是当被用于能量传输的一次和二次传输线圈不同地被实施或者没有彼此最优地取向时，这可以被用来优化能量传输的效率。

在传输线圈10的其它变型方案中可能的是：在一个载体17上容纳多于一个线圈装置11。尤其是可以将两个线圈装置11共同布置在一个载体17上。在此，可能的是将这些线圈装置11接线为使得相应的线圈装置11的绕组12彼此同向或反向地接线。

本发明不限于在这里所描述的实施例和在其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求书所说明的范围之内可能有多个变型方案，所述变型方案在本领域技术人员的处理范围内。