具有用于接收磁場和用于通過磁感應(yīng)產(chǎn)生電能的電線線圈并具有可磁化材料的接收裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于接收磁場并且用于通過磁感應(yīng)產(chǎn)生電能的、特別是由車輛使用的接收裝置。本發(fā)明還涉及一種制造所述接收裝置的方法。特別是，本發(fā)明可被應(yīng)用于向車輛進(jìn)行無線電能傳輸?shù)念I(lǐng)域，所述車輛是比如道路汽車、公共汽車、貨車、卡車以及運(yùn)載車輛(例如鏟車)和軌道車。接收裝置應(yīng)該適合以至少以千瓦范圍(例如，20kW)的速率產(chǎn)生電力。
【背景技術(shù)】
[0002]WO 2012/010649A2公開了一種用于接收電磁場、用于通過感應(yīng)來由電磁場產(chǎn)生電能和為負(fù)載提供電能、特別是為軌道車(例如，電車)或者道路車輛提供能量的裝置。為了通過感應(yīng)來產(chǎn)生電能，接收裝置包括可由一個(gè)或多個(gè)電導(dǎo)體繞組來實(shí)現(xiàn)的至少一個(gè)感應(yīng)器。當(dāng)從接收裝置為負(fù)載提供電能時(shí)，由感應(yīng)器所產(chǎn)生的交流電被整流。整流器的輸出端連接至負(fù)載。接收裝置可具有用于接收電磁場的三相，并且整流器可被連接至接收裝置的三相線路。每相均包括電感和電容，其分別可以通過至少一個(gè)電容器來實(shí)現(xiàn)。
[0003]存在對(duì)于將所述接收裝置或者不同的接收裝置集成到現(xiàn)有機(jī)動(dòng)車輛(比如道路汽車)中的需求。接收裝置的重量應(yīng)該小，因?yàn)閼?yīng)該盡可能小地影響車輛的最大收益負(fù)載。另外，接收裝置的結(jié)構(gòu)和接收裝置的安裝應(yīng)該穩(wěn)定并且還便于組裝。應(yīng)該利用特別是車輛車身的底部區(qū)域中的已有空間。一般地，通過車輛底部下方的裝置來產(chǎn)生磁場(作為交變電磁場的一部分)。因此，一般安裝在車輛底部處的接收裝置從下方，即從底側(cè)接收磁場。然而，如果磁場產(chǎn)生裝置定位在不同方向(比如，水平方向)上，則也可沿該方向來定向接收裝置。一般而言，接收裝置具有接收側(cè)，并且在運(yùn)行期間，磁場進(jìn)入接收裝置或者接收側(cè)上的接收裝置殼體。
[0004]EP2081792B1公開了一種集成有接收單元的包覆元件。接收單元包括用于無接觸地傳送電能的接收線圈和多個(gè)導(dǎo)電元件，所述導(dǎo)電元件被分配給接收線圈并且被設(shè)計(jì)成能聚集磁場強(qiáng)度并由與空氣相比導(dǎo)磁率高的材料制成。
[0005]可以使用可磁化材料(比如鐵或者鐵素體)來成形磁場的場線。這可增加接收裝置的線圈位置處的磁場強(qiáng)度。此外，可磁化材料屏蔽了接收裝置的周圍，特別是從線圈觀察時(shí)超出可磁化材料的區(qū)域。然而，可磁化材料一般是重型材料，因此增加了接收裝置的重量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種接收裝置和一種制造包括可磁化材料的接收裝置的方法，其中接收裝置的重量是小的。特別是，接收裝置應(yīng)該機(jī)械地穩(wěn)定并且可以以小成本生產(chǎn)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的基本思想，位于線圈后方的可磁化材料的厚度是變化的。“后方”是指可磁化材料位于線圈與接收裝置的與接收側(cè)相反的一側(cè)之間。替代地，厚度可以被稱為“深度”。測(cè)量厚度或深度的方向是從接收裝置的接收側(cè)至接收裝置的與接收側(cè)相反的一側(cè)的方向。
[0008]通過改變可磁化材料的深度，可以節(jié)省重量。特別是，可磁化材料的深度可被選擇成:使得可磁化材料在必要時(shí)更深并且在深度足夠時(shí)不過于深。特別是，可磁化材料的深度被設(shè)計(jì)成:從接收側(cè)觀察時(shí)，與由通過所述至少一個(gè)線圈的電流產(chǎn)生的電磁場較小的線圈區(qū)域后方位置相比，可磁化材料的深度在由通過所述至少一個(gè)線圈的電流產(chǎn)生的電磁場較大的線圈區(qū)域后方位置處更大。對(duì)于由用于通過感應(yīng)將能量傳輸至接收裝置的發(fā)生裝置產(chǎn)生、并且在接收側(cè)進(jìn)入接收裝置的磁場而言，假如該磁場的磁場強(qiáng)度沿線圈的延伸范圍是基本上恒定的，則僅線圈中感應(yīng)出的電流引起線圈后方的磁場強(qiáng)度變化。
[0009]特別是，如果接收側(cè)是底側(cè)，則可磁化材料設(shè)置在線圈上方。在任何情況下，磁場的場線在接收側(cè)進(jìn)入接收裝置，穿透由線圈覆蓋的區(qū)域并且被重新引導(dǎo)并被捆束在可磁化材料內(nèi)以便返回至磁場產(chǎn)生裝置。
[0010]優(yōu)選地，在線圈被設(shè)置成產(chǎn)生不同相的交流電的情況中，與不同相的線圈或者不同線圈的電線不重疊的第二區(qū)域相比，磁層深度在不同相的線圈相互重疊、且特別是不同線圈的電線相互重疊的第一區(qū)域后方更大。
[0011]特別是，由可磁化材料形成的磁場成形布置結(jié)構(gòu)的輪廓可以是具有較深的中心區(qū)域和兩個(gè)深度較小的邊緣區(qū)域的帽狀形狀。特別是，所述較深的中心區(qū)域位于線圈的具有更多平行電線的區(qū)域后方，從而與邊緣區(qū)域相比產(chǎn)生更大的電磁場。特別是，中心區(qū)域和兩個(gè)深度較小的邊緣區(qū)域可在面向線圈的一側(cè)上形成平面輪廓(即，除了磁場成形元件之間的空隙之外，沒有凹部或者突起的輪廓)。
[0012]特別是提出了:一種用于接收磁場和用于通過磁感應(yīng)產(chǎn)生電能、特別是由車輛使用的接收裝置，其中
[0013]-接收裝置包括具有至少一個(gè)電線的至少一個(gè)線圈，且其中，磁場在運(yùn)行期間在所述至少一個(gè)線圈中感應(yīng)出電壓，
[0014]-接收裝置和所述至少一個(gè)線圈適于從接收裝置的接收側(cè)接收磁場，
[0015]-接收裝置包括磁場成形布置結(jié)構(gòu)，該磁場成形布置結(jié)構(gòu)包括適于成形磁場的磁場線的可磁化材料，
[0016]-從接收裝置的接收側(cè)觀察時(shí)，磁場成形布置結(jié)構(gòu)被布置在所述至少一個(gè)線圈后方，
[0017]-沿從接收裝置的接收側(cè)至接收裝置的與接收側(cè)相反的一側(cè)的方向所測(cè)得的磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度是變化的。
[0018]此外，提出的是:一種制造用于接收磁場和用于通過磁感應(yīng)產(chǎn)生電能、特別是由車輛使用的接收裝置的方法，其中
[0019]-提供具有至少一個(gè)電線的至少一個(gè)線圈，其中，所述至少一個(gè)線圈包括電感器，以使磁場在接收裝置運(yùn)行期間在所述至少一個(gè)線圈中感應(yīng)出電壓，
[0020]-所述線圈被設(shè)置成從接收裝置的接收側(cè)接收磁場，
[0021]-從接收裝置的接收側(cè)觀察時(shí)，磁場成形布置結(jié)構(gòu)被布置在所述至少一個(gè)線圈后方，該磁場成形布置結(jié)構(gòu)包括適于成形磁場的磁場線的可磁化材料，
[0022]以使得沿從接收裝置的接收側(cè)至接收裝置的與接收側(cè)相反的一側(cè)的方向所測(cè)得的磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度是變化的。
[0023]特別是，接收裝置可包括用于傳輸不同相交流電的多個(gè)電線。附加地或者選擇性地，接收裝置可包括多個(gè)線圈，其中，相同相線的線圈可彼此相鄰地設(shè)置，且不同相線的線圈可相互重疊?！爸丿B”是指磁場線也穿透了重疊的線圈，所述磁場線在接收側(cè)進(jìn)入接收裝置并且朝著與接收側(cè)相反的一側(cè)穿透線圈。
[0024]在下文中，措辭“磁性材料”用作“可磁化材料”的同義詞，雖然材料的磁化狀態(tài)可能改變。優(yōu)選地，接收裝置的線圈與設(shè)置在所述線圈后方的鐵磁性和/或亞鐵磁性材料(比如，鐵素體)相結(jié)合。
[0025]特別是，被所述至少一個(gè)線圈覆蓋的區(qū)域包括線圈的任何繞組所環(huán)繞的整個(gè)區(qū)域。
[0026]特別是，可以在線圈與磁性材料之間設(shè)置一層電絕緣材料和/或彈性材料。在導(dǎo)電磁性材料的情況中，該層絕緣，并且在彈性層的情況中，阻止線圈和磁性材料的機(jī)械振動(dòng)和磨損。
[0027]特別是，磁場成形布置結(jié)構(gòu)由可磁化材料制成的多個(gè)磁場成形元件形成。使用磁場成形元件便于形成磁場成形布置結(jié)構(gòu)?？梢远询B更多或更少的磁場成形元件，以便改變磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度。特別是，不同的磁場成形元件可以彼此相鄰地布置，但是在相鄰的磁場成形元件之間留出間隙，其中該間隙沿橫向于深度方向的方向延伸。因此，可節(jié)省可磁化材料并且還減少了重量。優(yōu)選地，所述間隙根據(jù)可磁化材料的期望屏蔽效應(yīng)來選擇尺寸并且適于磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度。例如，如果從線圈觀察，可以通過磁場成形布置結(jié)構(gòu)后方的磁場的最大值來限定期望的屏蔽效應(yīng)。
[0028]特別是，磁場成形元件可具有大小相等的深度，并且磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度是變化的，因?yàn)椴煌瑪?shù)量的磁場成形元件沿從接收側(cè)至與接收側(cè)相反的一側(cè)的方向相互堆疊。使用具有大小相等的深度的磁場成形元件便于形成磁場成形布置結(jié)構(gòu)的期望深度變化。
[0029]優(yōu)選地，磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度變化通過由不可磁化材料制成的至少一個(gè)補(bǔ)償元件來補(bǔ)償。優(yōu)選地，補(bǔ)償元件的材料與磁性材料相比單位體積的重量更輕。“補(bǔ)償”是指由磁場成形布置結(jié)構(gòu)和所述至少一個(gè)補(bǔ)償元件組成的組合布置結(jié)構(gòu)的總深度變化小于磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度變化?？赡艿?、但不優(yōu)選的是，所述至少一個(gè)補(bǔ)償元件被設(shè)置在磁場成形元件之間，以便形成磁場成形元件和所述至少一個(gè)補(bǔ)償元件的組合堆疊。在該情況下，磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度等于總深度減去所述至少一個(gè)補(bǔ)償元件的深度。例如，補(bǔ)償元件可由塑料、例如聚合物制成。
[0030]磁場成形布置結(jié)構(gòu)的補(bǔ)償深度變化便于接收裝置的組裝。特別是，接收裝置可包括相互堆疊的不同的層和/或模塊。類似于上述的電絕緣材料和/或彈性材料的層，如果從線圈觀察，這種層可以被設(shè)置在磁場成形布置結(jié)構(gòu)后方。其他層可以是由導(dǎo)電材料制成的、用于屏蔽電場和包括電容器的模塊的屏蔽部。以下給出了示例。如果磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度變化未被補(bǔ)償，則需要這些層和模塊被調(diào)整以適應(yīng)磁場成形布置結(jié)構(gòu)的深度剖面形狀。否則，機(jī)械穩(wěn)定性就有危險(xiǎn)。因?yàn)榭芍圃斐鼍哂胁煌疃绕拭嫘螤畹拇艌龀尚尾贾媒Y(jié)構(gòu)的接收裝置，因此需要用于相應(yīng)接收裝置的單獨(dú)成形部分。因此，如果深度變化被補(bǔ)償，則可以使用相同種類的附加層和模塊來用于不同的深度剖面形狀。
[0031]優(yōu)選地，深度變化被補(bǔ)償，以使由磁場成形布置結(jié)構(gòu)和所述至少一個(gè)補(bǔ)償元件組成的組合裝置的深度是恒定的。由于該深度補(bǔ)償，可在接收裝置超出磁性層的區(qū)域中(如果從線圈觀察)使用平面的層、元件和模塊，并且避免了中空空間。因此，接收裝