专利名称：填充变压器的一对芯部之间的气隙的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及用于填充变压器的一对芯部之间的气隙的系统和方法。
背景技术：
车辆使用各种动力源用于推进。这种动力源可包括内燃发动机和/或一个或多个电马达或燃料电池。每个动力源通常要求能量储存装置，其配置为接收和储存能量，和供应储存的能量以操作动力源。储存在能量储存装置中的特定量的能量通常操作车辆持续有限的驾驶范围。当包含在能量储存装置中的能量被减少时，该能量储存装置将被再充
发明内容
一种电动车辆包括能量转换系统，其包括第一芯部、储罐、柔性结构、和输出线圈。第一芯部被构造为与第二芯部对齐以在其间限定气隙。储罐被构造为容纳具有磁导率的一体积的流体。柔性结构流体联接至储罐且可响应于流体从储罐注入可膨胀结构而从缩回位置移动至伸出位置，从而气隙被减小。柔性结构被构造为在第二芯部和第一芯部之间、通过可膨胀结构内的流体或该结构传递磁通量。输出线圈与第一芯部电连通。第一芯部内的磁通量在输出线圈内感应电流。充电系统包括能量转换系统和充电站。能量转换系统包括第一芯部、储罐、柔性结构、和输出线圈。储罐容纳具有高磁导率的一体积的流体。柔性结构流体联接至储罐且可响应于流体从储罐注入可膨胀结构而从缩回位置移动至伸出位置。输出线圈与第一芯部电连通。充电站包括第二芯部和输入线圈。第二芯部与第一芯部对齐以在其间限定气隙和形成变压器。输入线圈与第二芯部电连通。当柔性结构处于伸出位置且在气隙内时气隙被减小，从而柔性结构在第二芯部和第一芯部之间、通过膨胀结构内的流体传递磁通量。第一芯部内的磁通量在输出线圈内感应电流。一种填充变压器的一对芯部之间限定的气隙的方法包括在该对芯部之间布置柔性结构。具有导磁性的流体被注入柔性结构以将柔性结构从缩回位置移动至伸出位置，从而气隙被减小。当结合附图时，从下面的用于执行如所附权利要求限定的本发明的一些最佳方式和其它实施例的具体描述可容易地明白本发明的上述特征和优点，以及其它特征和优点。
图I是用于车辆的充电系统的不意性横截面侧视图,该系统具有一对芯部构件和处于缩回位置的柔性结构；图2是图I的充电系统的示意性横截面侧视图，柔性结构处于伸出位置；图3是图2的充电系统的示意性横截面侧视图，柔性结构处于伸出位置，同时顺应该对芯部构件的一个上的一片碎屑；
图4是图2的充电系统的另一实施例的示意性横截面侧视图，柔性结构处于伸出位置且构造为适应该对芯部构件之间的错位；图5是图2的充电系统的又一实施例的示意性横截面侧视图，柔性结构处于伸出位置且构造为适应该对芯部构件之间的错位。
具体实施例方式参考附图，其中相同的参考标号对应于多个附图中相同或类似的部件，图I示出了包括电动车辆12的充电系统10。电动车辆12可为电池电动车辆(BEV)、增程电动车辆(EREV)、插入式混合电动车辆(PHEV)等。充电系统10包括电动车辆12和充电站14。电动车辆12包括能量转换系统16和能量储存装置18。能量转换系统16被构造为接收从布置在各种地理位置处的多个充电站16中的任一个传输的电流。能量储存装置18操作地连接至能量转换系统16且可为电能储存装置18，例如可充电电池等，其被构造为经由能量转换系统16在一个充电站14处被充电。
当电动车辆12处于一个充电站14处时，能量储存装置18被构造为选择性地接收来自充电站14的电荷。更具体地，当电动车辆12的能量转换系统16与充电站14匹配或以其他方式对齐时，能量转换系统16和充电站14协作以形成变压器20，该变压器选择性地从充电站14传输电能至电动车辆12内的能量储存装置18。一旦形成,变压器20包括第一芯部22、第二芯部24、输入线圈26、输出线圈28和一对柔性结构30。第一和第二芯部22、24中的每个是大致U形物体，其分别在相应对的端部32、34之间延伸。当变压器20形成时，第一芯部22的端部32面对第二芯部24的相应端部34或以其它方式与第二芯部24的相应端部34相对，从而气隙36限定于第一和第二芯部的端部32、34之间。柔性结构30被操作地布置在第一和第二芯部22、24的相对端部之间限定的气隙36内。柔性结构30被构造为选择性地填充有具有高磁导率的流体38，以将柔性结构30从缩回位置40 (如图I所示) 移动至伸出位置42 (如图2所示)，从而气隙36被填充。高磁导率流体38可被配置为防止或以其他方式消除流入/流出第一和第二芯部22、24的端部32、34及横过气隙36的磁漏。更具体地，流体38可包括油和金属材料，例如铁屑等。一旦柔性结构30处于在芯部22、24的相对端部32、34之间的伸出位置42，共用芯部44被形成，从而气隙36被减小或消除。输入线圈26环绕第二芯部24的一部分，输出线圈28环绕第一芯部22的一部分。更具体地，输入和输出线圈26、28被彼此电绝缘且缠绕在共用芯部44 (图2)上，该芯部44由第一芯部22、第二芯部24和伸出的柔性结构30形成。磁性联接被用于经由共用芯部44从输入线圈26传输电能至输出线圈28。第一和第二芯部22、24可由磁性材料,例如铁、钢、陶瓷，和/或其他非磁性和磁性材料形成。如上所述，变压器20是通过选择性地对齐电动车辆12的能量转换系统16和充电站14而提供。能量转换系统16包括第一芯部22、输出线圈28、柔性结构30和储罐46。如上所述，第一芯部22的端部32被构造为与第二芯部24的相应端部34对齐，以在相应端部32,34之间限定气隙36。更具体地，参考图I和2，第一芯部22被布置在电动车辆12的底部车身48中，从而第一芯部22的端部32大致面对地面50和/或充电站14。储罐46被构造为容纳具有高磁导率的一体积52的流体38。柔性结构30流体联接至储罐46且可响应于流体38从储罐46注入可膨胀结构而从缩回位置40移动至伸出位置42，从而气隙36被减小。储罐46可包括或被操作地连接至活塞47、泵、或构造为使流体在储罐46和柔性结构30之间移动的一些其他机构。在一个实施例中，如图4所示，一对储罐46被提供，其中每个储罐46包括活塞47且被流体联接至该对柔性结构30中的相应一个。再次参考图I和2，柔性结构30可被布置在第一芯部22的每个端部32上，以在将柔性结构30从缩回位置40 (图I)移动至伸出位置42 (图2)时减小、填充或消除气隙36。通过减小和/或填充第一和第二芯部22、24之间的气隙36,通量泄露被减小或消除。流体38的磁导率表不,磁场58穿过柔性结构30内的流体38在芯部24、22的端部32、34之间行进。如果导磁流体38没有填充气隙36，磁场58当在芯部24、22的端部34、32之间行进时将会“泄露”。因此，通过填充或减小气隙36来减小或消除该泄露改善了能量储存装置18的充电效率。同样，柔性结构30被构造为响应于排出流体(即响应于活塞47的促动，流体38从柔性结构30被移除或抽出，返回到储罐46)从伸出位置42移动至缩回位置40。更具体地，柔性结构30的弹性可导致流体被排出返回至储罐46，特别是在活塞47没有作用在流体上将流体从储罐46移动至柔性结构30时。充电站14包括第二芯部24、输入线圈26、和发电机54。如上所述，第二芯部24的端部34被构造为与第一芯部22的相应端部32对齐。输入线圈26被绕第二芯部24的一 部分缠绕，从而从发电机54穿过输入线圈26行进的第一电流产生磁场58，该磁场穿过共用芯部44行进。更具体地，磁场58穿过第二芯部24、伸出的柔性结构30和第一芯部22行进。由于输出线圈28被绕第一芯部22的一部分缠绕，穿过第一芯部22行进的磁场58在输出线圈28内感应第二电流60。输出线圈28内感应的电流继而行进至能量储存装置18。更具体地，输出线圈28内感应的电流可为交流电，其行进穿过整流器17。整流器17将交流电转换为直流电(DC)。直流电继而从整流器17行进至能量储存装置18。电动车辆12被驾驶至期望的充电站14，从而第一和第二芯部22、24的相应端部32、34大致彼此对齐以在其间限定气隙36。能量转换系统16被选择性地使用，从而布置在第一和第二芯部22、24之间的气隙36内的柔性结构30被注入来自储罐46的流体38。当流体38注入柔性结构30时，柔性结构30从缩回位置40移动至伸出位置42，从而气隙36被减小或消除。柔性结构30可被构造为适应发生在第一和第二芯部22、24的相应端部32、34之间的任意错位。附加地，柔性结构30可足够柔性以顺应存在于第二芯部24的一个或两个端部34上的任意碎屑62，如图3所示。在一个实施例中，如图4所示，每个柔性结构30被分为多个腔室64。每个腔室64限定相应的体积66,从而每个腔室64由于来自储罐46的流体38的注入而独立地膨胀。通过允许腔室64独立膨胀，一些腔室64能比其他腔室64长的更大，以适于填充气隙36，由于电动车辆12的能量转换系统16和充电站14之间的错位该气隙36形状不一致。参考图5，在另一实施例中，每个柔性结构30在处于伸出位置42中时具有弧形或弯曲的形状。柔性结构30由多个小室68形成，每个小室都构造为当柔性结构30处于伸出位置42时是弧形或弯曲的。弯曲或弧形小室68可允许柔性结构30适应第一和第二芯部22,24的相应端部32、34之间的任意错位。每个小室68包括相应的阀61，其为可控的以调节填充柔性结构30的相应小室68的流体的量。因此，每个小室68被构造为通过相应的阀61接收不同体积的流体38,其在体积上可不同于一个或多个其它小室68。每个小室68内的流体38的体积中的差异表示柔性结构30可在每个小室68内提供不同压力，这允许柔性结构30在移动至伸出位置42时弯曲和/或其它运动学表现。每个小室68中的不同压力还允许柔性结构30的弯曲或曲率的量被控制，根据需要。类似地，柔性结构30可具有弹性性能，从而当至小室68的阀61打开且活塞47没有作用在流体上以从储罐46移动流体至小室68时，柔性结构30的该弹性可作用在流体上以将流体从柔性结构30的小室68排出，返回至储罐46。第二芯部24的端部34可包括主动式或机械对准特征部70，如图4所示。更具体地，对准特征部70从第二芯部24的每个端部34延伸。每个对准特征部70大致为U形以在其中限定通道72。每个对准特征部70的通道72敞开至相应气隙36或以其他方式为其一部分。每个通道72被构造为当可膨胀结构处于伸出位置42中时接收和捕获相应可膨胀结构的一部分。再次参考图I和2，压力传感器74可被布置为与柔性结构30中的一个或两个通信，以确定是否气隙36已被充分减小或消除。压力传感器74被构造为监视和确定一个或 两个柔性结构30的内部压力。因此，当检测的柔性结构30的内部压力处于第一压力极限时伸出位置42被实现。另一确定气隙36已被足够减小或消除的途径是通过检测已被从储罐46注入柔性结构30的流体38的体积。流量计82可被操作地附连在储罐46和一个或两个柔性结构30之间，以测量流入或流出柔性结构30的流体38的体积。因此，当检测的柔性结构30的内部的流体38的体积处于第一体积极限时伸出位置42被实现。又一确定何时气隙36已被足够减小或消除的途径可通过测量跨第一和第二芯部22、24的电阻值而实现。通过非限制实例，欧姆计76被操作地跨第一和第二芯部22、24连接，以检测阻抗值。由此，当被检测的阻抗值处于或低于第一阻抗极限时伸出位置42被实现。如上所述，流体38被配置为具有高磁导率。通过非限制性实例，流体38包括油和金属材料，例如铁屑等。流体38还可被配置为当暴露于偏置场时变厚或硬化。因此，为了进一步减小通量泄露和/或确保气隙36已被足够减小或消除，偏置场80可被利用电场发生器78施加至柔性结构30内的流体38，从而流体38固化。偏置场可为DC偏置场80。虽然用于执行本发明的最佳方式已经被详细描述，与本发明相关的本领域技术人员应认识到在所附的权利要求的范围内的执行本发明的各种替换设计和实施例。
权利要求
1.ー种电动车辆，包括能量转换系统，其中该能量转换系统包括 第一芯部，其构造为与第二芯部对齐以在其间限定气隙和形成变压器； 储罐，其被构造为容纳具有磁导率的一体积的流体； 柔性结构，其流体联接至储罐且可响应于流体从储罐注入可膨胀结构而从缩回位置移动至伸出位置，从而气隙被减小；其中该柔性结构被构造为在第二芯部和第一芯部之间、通过可膨胀结构内的流体传递磁通量；和 输出线圈，其与第一芯部电连通；其中第一芯部内的磁通量在输出线圏内感应电流。
2.如权利要求I所述的电动车辆，其中第一芯部在ー对端部之间延伸，该第一芯部被构造为与在与第一芯部的该对端部相対的ー对端部之间延伸的第二芯部对齐，以在相应对的端部之间各自限定气隙。
3.如权利要求2所述的电动车辆，其中所述柔性结构是一对柔性结构，该对柔性结构流体联接至储罐且能响应于流体从储罐注入该对柔性结构而从缩回位置移动至伸出位置，从而气隙被减小。
4.如权利要求3所述的电动车辆，其中所述储罐是ー对储罐且每个储罐被流体联接至该对柔性结构的相应ー个。
5.如权利要求I所述的电动车辆，其中所述柔性结构被分成多个腔室，其中每个腔室限定相应的体积，从而每个腔室由于流体从储罐的注入而彼此独立地膨胀至伸出位置。
6.如权利要求I所述的电动车辆，其中所述柔性结构在处于伸出位置中时被选择性地弯曲。
7.如权利要求6所述的电动车辆，其中所述柔性结构包括多个小室，当所述柔性结构处于伸出位置中时，通过施加不同体积的流体至每个小室，每个小室被选择性地弯曲。
8.如权利要求7所述的电动车辆，其中所述柔性结构包括多个阀，其与所述多个小室的相应ー个流体连通； 其中该多个阀的每个被构造为调节流体至所述多个小室的相应ー个的流量。
9.如权利要求I所述的电动车辆，其中所述柔性结构能响应于流体从可膨胀结构排出和进入储罐而从伸出位置移动至缩回位置，从而气隙被増大。
10.一种充电系统,包括 能量转换系统，其包括 第一芯部； 储罐，其容纳具有高磁导率的一体积的流体； 柔性结构，其流体联接至储罐且可响应于流体从储罐注入可膨胀结构而从缩回位置移动至伸出位置； 输出线圈，其与第一芯部电连通；以及 充电站，其包括 第二芯部，其与第一芯部对齐以在其间限定气隙和形成变压器； 输入线圈，其与第二芯部电连通； 其中当柔性结构处于伸出位置且在气隙内时气隙被减小，从而柔性结构在第二芯部和第一芯部之间、通过膨胀结构内的流体传递磁通量；以及其中第一芯部内的磁通量在输出线圏内感应电流。
全文摘要
能量转换系统包括第一芯部、储罐、柔性结构、和输出线圈。储罐容纳具有高磁导率的一体积的流体。柔性结构流体联接至储罐且可响应于流体从储罐注入而从缩回位置移动至伸出位置。输出线圈与第一芯部电连通。充电站包括第二芯部和输入线圈。第一和第二芯部被对齐以在其间限定气隙。当柔性结构处于伸出位置且在气隙内时气隙被减小，从而柔性结构在第二芯部和第一芯部之间传递磁通量。第一芯部内的磁通量在输出线圈内感应电流。
文档编号H01F30/06GK102800469SQ20121015894
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月21日 优先权日2011年5月20日
发明者小爱德华.D.泰特, A.G.霍尔姆斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司