用于进行感应式能量传递的线圈系统，感应式能量传递设备和制造用于进行感应式能量传递的线圈系统的方法与流程

本发明涉及一种用于进行感应式能量传递的线圈系统和感应式能量传递设备。此外，本发明涉及一种用于制造用于进行感应式能量传递的线圈系统的方法。

背景技术：

单单借助于电动机来驱动的电动车辆是已知的。除此之外也已知插电-混合动力车辆（plugin-hybridfahrzeug），其驱动通过电动机和另一驱动机器的组合来进行。在此，用于驱动所述电动机的电能由电的能量存储器（例如牵引电池）来提供。在所述能量存储器完全地或者部分地放电之后，需要重新为该能量存储器进行充电。对于能量存储器的充电来说，存在着不同的途径。

一方面，可行的是：所述电动车辆借助于一种合适的充电缆线在电流上与充电站连接。为此，使用者必须建立一种在电动车辆与充电站之间的电连接。这尤其是在恶劣的天气状况时（例如下雨）会被感觉到是不舒适的。另外，由于电动车辆和插电-混合动力车辆的非常有限的电的航程，所以必须由使用者非常经常地建立这种缆线连接，这被许多使用者感觉到是电动车辆相对于传统车辆的大的缺陷。

因此，另一方面也存在着用于从充电站至电动车辆的能量传递的无线式解决方案。在此，充电站的能量通过磁性交变场由初级线圈感应地传递至在所述电动车辆中的次级线圈，并且引导至在车辆中的牵引电池处。

为了构造所述初级线圈，有时使用了高频多股线（也称为hf-多股线），所述高频多股线由大量精细的、彼此隔离的线组成，所述线这样交织：使得在统计学的平均上来说，每条单根线尽可能相同经常地占据在多股线的整个横截面中的每个位置。

de102013010695a1描述了一种初级绕组系统，该初级绕组系统具有带有绕组线的绕组系统。在一种有利的构造中，将一种hf-多股线用作绕组线，其中，所述多股线实施为彼此电隔离的单个线的捆（bündel）。

技术实现要素：

本发明完成了一种具有权利要求1的特征的、用于进行感应式能量传递的线圈系统，和一种带有权利要求9的特征的感应式能量传递设备，和一种具有权利要求10的特征的、用于制造线圈系统的方法。

据此设置的是：

用于进行感应式能量传递的线圈系统，具有不导电的基底（该基底具有第一侧面和第二侧面）；具有大量的线路，所述线路布置在所述基底的第一侧面上和在第二侧面上，并且所述线路构成了用于进行感应式能量传递的线圈；具有大量的在所述基底中的通孔，用于将所述线路引导穿过所述基底；其中，大量的在所述基底中的线路中的至少两条线路相互绞合地布置。

此外，设置了具有至少一个根据本发明的线圈系统的感应式能量传递设备。

此外，提供了一种用于制造线圈系统的方法，所述线圈系统用于利用下述方法步骤来进行感应式能量传递：提供不导电的基底，该基底具有第一侧面和第二侧面；在所述基底的第一侧面和第二侧面上构造了大量的线路，用于构成用于进行感应式能量传递的线圈，其中，大量的在所述基底中的线路中的至少两条线路相互绞合地构造。

优选的改型方案是相应的从属权利要求的主题。

本发明的优点

以本发明为基础的构思在于：代替被缠绕的hf-多股线，将一种基底用作用于进行感应式能量传递的线圈：该基底带有构造于其上的并且相互绞合的线路。

通过使用一种基底来实现所述多股线，能够同时取得多项优点，并且比起仅生成所述磁性的交变场而言，覆盖更多的功能。此外，提供了单个绕组的部分无功功率补偿的简单的可行方案，借此，得以限制最大化出现的谐振电压。

在此建议的线圈系统的另一个优点是：利用已知技术非常简单地进行制造。例如，所述线圈系统能够制造为诸如多层-电路板（pcb）、或者诸如ltcc-电路板（陶瓷）。在此，例如单基底-区段以传统的技术被制造、装备并且接下来进行组装；或者例如在较小的线圈系统时，整个线圈系统在一个唯一的基底上进行制造。

通过由在基底上的已被绞合的线路来构造一种hf-多股线，能够非常精准地调节并且也能够预先计算出所述线圈的电磁特性，例如现在可行的是：通过具有小的填塞系数的绞合，相对于传统的多股线减小了单个另一个（einzelandern）以及单个线圈（einzelwindung）的相互影响。

“绞合的”在这个上下文关系中的意义是：至少两条线路交替地通过通孔地由基底的第一侧面到该基底的第二侧面上并且又重新回到该基底的第一侧面上地延伸。所述线路以这种方式相互扭曲，并且螺旋形地相互缠绕。

通过所述线路构造的、用于进行感应式能量传递的线圈能够以不同的方式布置在所述基底上。例如，由所述线路构造的线圈能够是蜂巢式线圈（wabenspule）、篮底线圈（korbbodenspule）、交叉缠绕线圈（kreuzwickelspule）或者另一种缠绕的线圈。以这种方式，所述线圈能够良好地适配于相应的要求。

所述线路或者在其整个延伸部中和/或在确定的点处相互交换它们的位置。在此，绞合系数在1.001和2.0之间，尤其是在1.02和1.04之间。

当然，所述绞合并不仅仅限制在两条线路上，而是可能任意数量的线路相互绞合地延伸。例如，三条线路、四条线路、五条线路、十条线路或者所有线路也能够相互绞合地布置。

通过分配在各个线路中，所述填塞系数总体上虽然更低了，但是较低的填塞系数能够被用于：通过巧妙的磁性设计来最小化例如邻近效应和/或趋肤效应。根据一种有利的改型方案，所述基底由多个基底-区段构成。例如，所述基底能够由多个下述基底-区段构成：所述基底-区段利用已知的技术来进行制造、装备并且接下来进行组装。以这种方式，所述线圈系统能够以非常简单的方式适配于相应的应用领域。此外，也能够通过这种构造来节省成本，因为已经存在的制造设备能够用于所述线圈系统的制造。

根据另一种有利的改型方案，所述基底-区段形状对称地进行构造。通过线圈系统的这种构造，能够节省其它的成本，因为尤其是在大批量时形状对称的基底-区段的构造带来了制造技术上的优势。

根据另一种优选的改型方案，所述基底由多个圆弧形的基底-区段构成。例如，所述基底由2、3、4、5、6、7、8个或者更多的单个基底-区段构成。所述基底-区段于是能够装配成圆形或者另一种形状、例如四边形，并且因此形成了一种单个的基底。通过这种构造，能够减低制造成本和总的生产成本，因为，制造相同样式地构造的基底-区段能够自动地并且大批量地进行。

根据另一种优选的改型方案，所述基底或者一种基底-区段具有一种线路部段，该线路部段被构造用于变化地连接所述线路。例如，一种基底-区段具有一种线路部段，该线路部段将两个、三个或者更多的线路或者线路部段相互电耦接。通过这种构造，所述线圈的线圈匝数和/或线圈横截面能够以简单的方式适配于相应的应用，而不是必须改变所有基底-区段或者整个基底。

根据另一种优选的改型方案，用于变化的连接的所述线路部段具有有源开关，该有源开关用于所述线圈的线圈匝数和线圈横截面的适配。所述开关能够示例性地构造为半导体开关或者构造为继电器（relais），并且所述开关能够通过控制装置进行操控。以这种方式，即使在所述线圈的运行期间，也能够适配所述线圈的线圈匝数和/或线圈横截面。

根据一种优选的改型方案，在相邻的基底-区段之间布置了电容，所述电容用于连接所述基底-区段的线路。例如，能够为了连接所述各个基底-区段而使用陶瓷电容。陶瓷电容由于陶瓷的基体（grundmasse）容易的可塑性而能够以简单的方式以期望的形状进行生产。此外，陶瓷电容仅仅是难于易燃的。此外，以smd-陶瓷-多层电容（mlcc）为形式的陶瓷电容在技术上和价格上比起能够表面装配的元件更有利地进行制造。但是，所述电容也能够构造为例如薄膜电容。

根据另一种优选的改型方案，所述基底具有多个基底层，其中，所述线路构造在所述各个基底层的两个侧面上。通过构造所述具有多个基底层的基底，能够构造出一种多层电路板，该多层电路板具有更多数量的线路，并且因此具有更多数量的线圈匝数和/或线圈横截面。例如，一种基底具有3、4、5、6、7、8、9、10、11、12个或者任意多个基底层。以这种方式，线圈系统能够以简单的方式适配于相应的应用领域。

根据另一种优选的改型方案，将电容布置在所述基底上，所述电容被构造用于所述线圈的无功功率补偿。通过将线圈构造在基底上，能够使用多个电容，因为通过这种构造足够的空间可供使用。此外，通过这种构造，能够将电容的废热以特别有效的方式通过所述基底来排出。此外可行的是一种局部的补偿，借此能够降低最大化地出现的谐振电压，具有关于电磁的协调性和隔离要求的优点。

优选将所述无功功率补偿分配在至少两个电容上，所述电容布置在两个不同的线路和/或线路段和/或基底-区段上。以这种方式可行的是，部段式地和/或区段式地实施所述无功功率补偿。通过被分配的无功功率补偿，产生了关于电磁的协调性（emv）和隔离要求的优点，因为所述最大化出现的谐振电压也能够局部地降低。

根据另一种优选的改型方案，在所述通孔区域中的线路逐渐变细地进行构造。以这种方式能够实现在基底中的线路的较高的封装密度（packdichte）。此外，能够以这种方式提高各个线路的绞合度。

附图简要说明

本发明其它的特征和优点接下来借助于参照附图的实施方式来阐述。

附图示出：

图1根据本发明的一种实施方式的线圈系统的示意性俯视图；

图2根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性俯视图；

图3根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性断面图；

图4根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性断面图；

图5根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性断面图；

图6根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性断面图；

图7根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性俯视图；

图8根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的局部的示意性俯视图；

图9根据本发明的另一种实施方式的线圈系统的示意性俯视图；

图10根据本发明的另一种实施方式的被绞合的线路的示意性视图；

图11根据本发明的另一种实施方式的被绞合的线路的示意性视图；

图12根据本发明的一种实施方式的能量传递设备的示意性视图；

图13用于制造用于进行感应式能量传递的线圈系统的方法的示意性流程图。

在附图中，相同的附图标记表示相同的或者功能相同的元件。

图1示出了根据本发明的一种实施方式的线圈系统1的示意性俯视图。用于进行感应式能量传递的线圈系统1包括一种不导电的基底2，该基底2具有第一侧面10和第二侧面11（没有示出）。在所述基底2的第一侧面10和第二侧面11上布置了大量的线路30，所述线路构造了用于进行感应式能量传递的线圈50。此外，所述线圈系统1具有大量的通孔4，所述大量的通孔被设置在所述基底2中，用于将线路30引导穿过所述基底2。在大量的在基底2中的线路30之中，至少两个线路30相互绞合地布置。此外，在基底2的第一侧面上构造了线路部段31，该线路部段被构造用于连接各个线圈绕组。

图2示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的示意性俯视图。在所示出的实施方式中，基底2由三个基底-区段20、21和22构成。尤其是各个基底-区段20、21和22形状对称地构造，借此，能够以简单的方式大批量地制造所述基底-区段。在图2中示出的实施方式中，所述基底-区段20、21和22是圆弧形构造的。但是，所述基底-区段20、21和22也能够以另一种方式进行构造。例如，所述基底-区段20、21和22也能够正方形地、矩形地或者多边形地进行构造。另外，在所述基底-区段之间布置了电容8，该电容用于无功功率补偿并且用于连接（verschaltung）所述基底-区段。此外，在基底-区段22上构造了线路部段31，该线路部段用于连接各个线路30。在所示出的实施方式中，用于能变化的连接的线路部段31具有有源开关35，该有源开关用于适配所述线圈的线圈匝数和/或线圈横截面。所述开关35能够示例性地构造为半导体开关和/或构造为继电器，并且所述开关能够通过一种控制装置（没有示出）来进行操控。以这种方式，即使在所述线圈的运行期间，也能够适配所述线圈的线圈匝数和/或线圈横截面。

图3示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的示意性断面图。基底2具有第一侧面10和第二侧面11。在所述第一侧面10上和第二侧面11上布置了线路30，该线路30通过线路部段33和34来构造。

正如识别出来的那样，所述线路部段33和34相互绞合地进行布置。这意味着，所述线路部段33和34交替地通过通孔4地由第一侧面10到第二侧面11上并且重新回到第一侧面10上地延伸。以这种方式，所述线路30相互绞合地进行构造。

图4示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的示意性断面图。在这个实施例中，所述基底2由两个基底层25和26构成。在所述基底层25和26上构造了线路部段33、34和35。所述线路部段33、34和35也借助于通孔4来相互绞合地布置在所述基底2中。当然也可行的是，线圈系统1具有两个以上的基底层25和26。例如，所述线圈系统也能够具有3、4、5、6个或者任意多个带有相互绞合的线路30的基底层。

图5示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的示意性断面图。在这个实施例中，电容8被布置在基底2上在线路30之间。例如，所述电容8被设置用于线圈50的无功功率补偿。通过所述电容8，线圈系统1能够以简单的方式最优地适配于相应的应用领域和相应的边界条件。通过将电容8布置在基底2上，能够将电容8的废热特别有效地通过所述基底2来排出。

图6示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的示意性断面图。在这个实施方式中，所述基底2由两个基底-区段20和21构成。在所述基底-区段20和21之间，设置了用于连接所述线路30的电容8。以这种方式，所述电容8能够被用于无功功率补偿，并且被用于连接所述基底-区段20和21。

图7示出了一种线圈系统1的另一种实施方式的示意性视图。在图7中示出的线路30在实现中再次由多个、以多层技术（multilagentechnik）绞合的线路30组成。这产生了下述优点：能够最精确地调节并且预先计算出所述绞合品质（verseilungsgüte），这对于传统的多股线（litze）来说是不可能的。另一个优点是下述可能性：利用在线路30之间扩大的间隔来实现一种“非常松散”的绞合。因为在此不需要高的封装密度，所以能够减小所述邻近-损失（proximity-verluste），因为所述线路不是相互紧密地贴靠的，并且相互间具有足够的间隔。同样地，优点是各个线圈-绕组的更好的冷却性，因为在线圈50中不存在空气了，并且存在着对于所述电容8与所述线路30的平坦的冷却接口（kühlschnittstelle）。此外，通过这种构造能够放弃包封着所述线圈50的灌封材料（vergussmasse）。

通过在基底2上的线圈50的所述构造同样可行的是：放置实用地任意多个电容8，所述电容在感应式能量传递时需要用于无功功率补偿。代替现今常见的薄膜电容，能够通过这样的构造（例如smd-陶瓷电容）来进行部段式或者说局部的无功功率补偿。即使就电容8的冷却来说也产生了优点，如果所述电容8能够分布在较大的表面上的话。其它的优点考虑到电磁适应性（emv）以及通过一种被分配的无功功率补偿的隔离要求，因为最大化地出现的谐振电压能够被降低。在图7中示出的用于进行感应式能量传递的线圈系统1是一种串联补偿的线圈50。当然，在此示出的制造技术也能够应用于并联补偿的线圈或者任何其它的补偿类型。在图7中示出的线圈系统1也由多个圆弧形的基底-区段20、21、22和23构成。此外，在所述基底-区段23上构造了线路部段31，该线路部段用于连接所述各个线路30。

图8示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的片段的示意性俯视图。在这个实施例中，基底2由多个基底-区段构成，其中，在图8中示出了一个基底-区段25，该基底-区段具有线路部段31，该线路部段被构造用于连接所述线路30。借助于所述线路部段31实现的是：利用一个或者相同的基底2来实现不同的线圈匝数和/或线路横截面。所述线路部段31在这个实施方式中被构造用于：将两个相邻的线路30相互电连接起来。通过这种构造使得线圈50的电感能够以简单的方式适配于相应的应用，在同时最优的电流分配和充分利用用于通电的整个铜时。

图9示出了根据本发明的另一种实施方式的线圈系统1的示意性俯视图。在这种实施方式中，所述基底2由两个基底-区段20和21构成，所述基底-区段具有一种矩形的形状。所述线路30在此不是圆形地延伸，而是矩形地延伸。此外，在所述基底-区段20上构造了线路部段31，该线路部段用于连接各个线路30。例如，能够以简单的方式，通过将谐振电容放置在这个位置上来进行所述连接。

图10示出了根据本发明的另一种实施方式的被绞合的线路30的示意性视图。在图10中示出了四条线路301、302、303和304，该线路在所述基底的第一侧面上延伸。此外，还示出了线路301'、302'、303'和304'，该线路在所述基底的第二侧面上延伸。所述线路301、302、303和304分别与线路301'、302'、303'和304'进行电连接。所述线路301、302、303和304分别阶段状地从左至右下降地延伸。所述线路301'、302'、303'和304'分别阶段状地从左至右上升地延伸。所述线路301、302、303和304穿过通孔4从所述基底的第一侧面延伸至该基底的第二侧面。通过这种构造，所述线路301、302、303、304、301'、302'、303'和304'相互绞合地布置，借此在较高频率时的损失得以减少，所述损失由于趋肤效应（skin-effekt）而出现。

图11示出了根据本发明的另一种实施方式的被绞合的线路30的示意性视图。在这种实施方式中，线路300的绞合示出在三个平面a、b、c中。例如，三个平面a、b、c被构造在双层的基底中。在第一平面a上，左边是三个线路301、302和303。所述三个线路301、302和303借助于通孔4导入到平面b中，其中，在平面b中构造了线路部段31，该线路部段用于连接所述线路30。此外，在平面b上也构造了线路301'、302'、303'，并且在平面c上构造了线路301''、302''、303''，所述线路利用线路301、302和303来连接。在区域b1中，平面a和c的线路辫子式地相互绞合，并且用于连接所述线路30的线路部段31位于平面b中。在区域b2中，平面b和c的线路30辫子式地相互绞合，其中，在平面a中构造了线路部段31，该线路部段用于连接和/或绞合地布置所述线路30。用于连接所述线路30的线路部段31能够以有规律的间隔来交换所述平面。当然也能够在三个以上的平面时实施这种样式的绞合。

图12示出了根据本发明的一种实施方式的能量传递设备100的示意性视图。所述能量传递设备100具有根据本发明的线圈系统1。所述线圈系统1被构造用于生成一种磁性交变场，并且用于感应地将能量传递至一种接收装置200。所述接收装置200能够例如是一种电动车辆的牵引电池（traktionsbatterie）。

图13示出了用于制造线圈系统的方法的示意性的流程图，该线圈系统用于进行感应式能量传递。在方法步骤s1中提供了一种不导电的基底，该基底具有第一侧面和第二侧面。在方法步骤s2中，为了构成用于进行感应式能量传递的线圈而在所述基底的第一侧面上和第二侧面上构造了大量的线路，其中，大量的在所述基底中的线路中的至少两条线路相互绞合地构造。其它的方法步骤能够连接在前面、连接在中间和/或连接在后面，尤其是用于制造多层的基底。

所述感应式能量传递设备和根据本发明的线圈系统也能够示例性地用于对于电动工具、电动自行车（e-bikes）、家用器具和消费者-电子设备进行非接触式的充电。

所述绞合的方式和所述绕组的方式也能够适配于相应的应用领域和相应的边界条件。