本發(fā)明涉及一種被設(shè)立用于感應(yīng)式（induktiv）能量傳輸?shù)膫鬏斁€圈，所述傳輸線圈包括載體、帶有多個繞組的線圈裝置以及與所述線圈裝置一起形成振蕩回路的電容。本發(fā)明的其它方面涉及分別包括這種傳輸線圈的一種固定的充電站以及一種車輛，并且涉及一種包括固定的充電站以及車輛的用于對車輛進(jìn)行感應(yīng)式充電的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了對電蓄能器進(jìn)行方便的充電，公知各種用于無接觸式能量傳輸?shù)南到y(tǒng)。根據(jù)設(shè)計而定，這些系統(tǒng)例如可以用于對消費電子裝置（諸如移動電話或MP3播放器）進(jìn)行充電或者可以用于對電驅(qū)動的車輛進(jìn)行充電。電驅(qū)動的車輛例如包括陸地運(yùn)輸車輛（其被用于運(yùn)輸在倉庫中的貨物）、混合動力車輛（其不僅擁有電驅(qū)動裝置而且擁有內(nèi)燃機(jī)）以及純電驅(qū)動機(jī)動車。

由DE 10 2011 077 709 A1公知一種用于傳輸電能、尤其是用于對移動載體、尤其是機(jī)動車的蓄能器進(jìn)行充電的裝置。該裝置包括電磁傳輸單元，所述電磁傳輸單元由兩個被構(gòu)造為線圈的傳輸環(huán)節(jié)構(gòu)成。在此，所述線圈之一被分配給機(jī)動車，而另一線圈被分配給充電站。給每個線圈分配一個電容器，其中一個電容器分別與一個線圈構(gòu)成諧振回路。此外，該裝置還包括整流器、逆變器以及PFC（Power Factor Correction）電路（功率因子校正電路）。PFC電路尤其能夠?qū)崿F(xiàn)對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償。借助于該無功功率補(bǔ)償，即使在相對弱的感應(yīng)式耦合的情況下也可能以高的效率來傳輸能量。

現(xiàn)有技術(shù)的缺點是，除了傳輸線圈之外還需要多個獨立的組件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提出一種被設(shè)立用于感應(yīng)式能量傳輸?shù)膫鬏斁€圈，所述傳輸線圈包括載體、電容以及帶有多個繞組的線圈裝置。在此規(guī)定，所述電容由多個電容器構(gòu)成，其中將每個電容器分配給所述線圈裝置的單個的繞組或者所述線圈裝置的至少兩個繞組的組，并且將這些電容器與所述線圈裝置一起布置在所述載體上。

為了對電能進(jìn)行感應(yīng)式傳輸而需要傳輸線圈，其中一次傳輸線圈被布置在充電站中而二次傳輸線圈被分配給移動的、待充電的蓄能器。為了傳輸能量，用交變電壓激勵一次線圈，由此在一次傳輸線圈的區(qū)域內(nèi)形成交變磁場。如果將二次傳輸線圈引到一次傳輸線圈的附近，使得一次傳輸線圈的磁場穿過（durchfluten）所述二次傳輸線圈，那么在二次傳輸線圈中感應(yīng)出電流。

為了高效的能量傳輸，振蕩回路由電容和帶有多個繞組的線圈裝置構(gòu)成。該振蕩回路利用由功率電子裝置產(chǎn)生的交變電壓來激勵。在此，到目前為止已經(jīng)常見的是，功率電子裝置和對于構(gòu)成振蕩回路必要的電容在空間上與所述線圈裝置分開地布置。在此，所述電容通常由一個或少量具有高電容的電容器構(gòu)成并且作為整體被分配給所述線圈裝置。

而在按照本發(fā)明的傳輸線圈的情況下規(guī)定，采用多個電容器而不是被分配給整個線圈裝置的一個唯一的電容，其中將每個電容器分配給所述線圈裝置的單個的繞組或者所述線圈裝置的至少兩個繞組的組。在繞組組成組的情況下，所述線圈裝置包括多個這種組。在此，每個單個的電容器或每個單個的電容就其本身而言分別顯著小于整個被分配給所述線圈裝置的電容。由此，對于所述電容器中的每個單個的電容器所需的結(jié)構(gòu)空間明顯更小，這能夠?qū)崿F(xiàn)將各個電容器與所述線圈裝置一起共同布置在一個載體上。

所述載體不僅容納所述線圈裝置而且容納所述被分配給各個繞組或繞組的組的電容器并且給予它們機(jī)械緊固。優(yōu)選地，所述載體被實施為金屬板，所述金屬板的外形基本上遵循所述線圈裝置的造型。優(yōu)選地，將金屬（諸如鋁）用作材料，其中所述線圈裝置的繞組相對于所述載體電絕緣。

繞組的組通常包括2至20個繞組，而整個線圈裝置通常包括4至200個繞組、優(yōu)選地10至100個繞組。

此外，在本發(fā)明的另一實施方式中規(guī)定，在所述載體上此外還布置有功率電子裝置，所述功率電子裝置包括逆變器和/或整流器和/或其它電路部件（例如用于充電過程控制的微控制器）。

在該實施方式中，對于能量傳輸所需的全部組件與相應(yīng)的傳輸線圈共同被集成為一個單元。如果傳輸線圈例如被實施為一次傳輸線圈，那么在所述載體上尤其是布置有整流器、逆變器、帶有多個繞組的線圈裝置、以及分配給各個繞組或繞組的各個組的電容器。

如果該傳輸線圈例如被實施為二次傳輸線圈，那么在所述載體上例如布置有整流器、帶有多個繞組或繞組的組的線圈裝置、以及相應(yīng)的電容器。

按照本發(fā)明的傳輸線圈對于運(yùn)行來說不需要其它外部組件。一次傳輸線圈只還需要與用于能量供給的電網(wǎng)連接。二次傳輸線圈只還需要與待充電的電蓄能器連接。

在按照本發(fā)明的傳輸線圈的一變型方案中，所述功率電子裝置被設(shè)立用于切斷或接入所述線圈裝置的各個繞組或繞組的各個組。

因為給所述線圈裝置的每個單個的繞組或繞組的每個組都分配一個自己的以電容器的形式的電容，所以每個繞組或繞組的組就其本身而言都是獨立的振蕩回路。這能夠?qū)崿F(xiàn)，在沒有其它補(bǔ)償性措施的情況下切斷各個繞組或繞組的組并且不將它們包括在能量傳輸內(nèi)。這例如可以被用來影響由傳輸線圈產(chǎn)生的磁場的形狀或者呈現(xiàn)各種繞組匝數(shù)比（Windungsverhaeltnis）。

在本發(fā)明的一實施方式中，將所述線圈裝置的繞組以同心圓或螺旋軌道的形式布置在載體上。也可設(shè)想的是所述繞組的矩形或正方形的實施方案。在此優(yōu)選地，將功率電子裝置和/或電容器安放在所述線圈裝置的中心。這種布置能夠?qū)崿F(xiàn)所述傳輸線圈的極其緊湊的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實施方式中，所述載體被設(shè)立為用作針對電磁兼容性（EMV）的屏蔽。

在功率電子裝置中、尤其是在逆變器的情況下，形成交變磁場，所述交變磁場必須被屏蔽，以便不妨礙在周圍環(huán)境中的無線電傳輸以及在周圍環(huán)境中的其它電子設(shè)備的功能并且遵守對保護(hù)人員以防磁場的法律要求。為了所述屏蔽而需要導(dǎo)電材料。如果例如所述載體被構(gòu)建為使得其包圍線圈裝置和功率電子裝置，而且所述載體也由導(dǎo)電材料（諸如鋁）制成，那么所述載體可以屏蔽所形成的電磁輻射。

在傳輸線圈的另一實施方式中，所述載體被構(gòu)建為使得其用作針對電容器和/或針對功率電子裝置的冷卻體。為此，優(yōu)選地為所述載體選擇一種具有良好導(dǎo)熱性的材料。因而，尤其是鋁和銅適合作為材料，其中鋁比銅價格便宜并且因而是優(yōu)選的。

在傳輸線圈的另一實施方式中規(guī)定，所述載體包括如下通道，所述通道被設(shè)立用于使冷卻介質(zhì)流過。例如可以將水-乙二醇混合物用作冷卻介質(zhì)。所述載體的這種實施方案尤其適合于放出功率電子裝置和電容器的廢熱，但是借此也可以避免所述線圈裝置的繞組的過熱。

在傳輸線圈的一實施方式中，所述傳輸線圈包括多于一個線圈裝置。尤其是，所述傳輸線圈可包括兩個線圈裝置。在此，所述兩個線圈裝置可以彼此接線為使得所述繞組同向或者反向地接線。

本發(fā)明的另一方面是提供一種固定的充電站，所述固定的充電站被設(shè)立用于對車輛無線充電，其中所述充電站包括在這里所描述的傳輸線圈中的至少一個或者正好一個作為一次傳輸線圈。

此外，還提供了一種車輛，所述車輛被設(shè)立用于無線充電，其中所述車輛包括在這里所描述的傳輸線圈中的至少一個或者正好一個作為二次傳輸線圈。所述車輛是可以與所述充電站相互作用的移動單元。

此外，還提供了一種用于對車輛進(jìn)行感應(yīng)式充電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)由固定的充電站以及車輛構(gòu)成，其中不僅所述充電站而且所述車輛都包括所描述的傳輸線圈中的至少一個或正好一個。在此，在所述系統(tǒng)中規(guī)定，所述車輛的二次傳輸線圈暫時被引到所述充電站的一次傳輸線圈附近，使得由一次傳輸線圈產(chǎn)生的磁場穿過二次傳輸線圈。在結(jié)束充電過程之后，所述車輛又可以離開所述充電站，由此所述二次傳輸線圈從所述一次傳輸線圈的區(qū)域中離開。

所述傳輸線圈不限于與對車輛的感應(yīng)式充電相關(guān)的應(yīng)用。根據(jù)傳輸線圈的設(shè)計而定，所述傳輸線圈尤其是可以被用于對帶有蓄能器的任何移動單元進(jìn)行充電。對此的例子是對移動電話或電驅(qū)動的工具進(jìn)行無線充電。在此，給充電設(shè)備分配一次傳輸線圈而給移動單元分配二次傳輸線圈。

本發(fā)明的優(yōu)點

在從現(xiàn)有技術(shù)公知的系統(tǒng)中，充電站以及與充電站相互作用的移動單元都包括多個分開的、分立的（diskret）部件。在包含二次傳輸線圈的移動單元的情況下，所述部件是線圈裝置、電容、整流器以及冷卻裝置。在此，每個組件本身都必須滿足例如對冷卻或者用于電磁兼容性（EMV）的屏蔽的所有要求，由此發(fā)生冗余。所述冗余利用本發(fā)明的措施通過完全集成的結(jié)構(gòu)方式來避免，在所述完全集成的結(jié)構(gòu)方式中，所述傳輸線圈除了線圈裝置之外也包括必需的電容而且必要時包括必需的功率電子裝置，而且在所述完全集成的結(jié)構(gòu)方式中，所述線圈裝置、所述電容以及必要時所述必需的功率電子裝置共同被布置在一個載體上。所述共同使用的載體對于所有容納的組件來說都一樣地滿足機(jī)械載體、屏蔽以及冷卻裝置的功能。經(jīng)此，在沒有限制功能性的情況下節(jié)約了材料，由此減少了所述傳輸線圈的重量、成本和必需的結(jié)構(gòu)空間。

此外還規(guī)定，使用多個電容器而不是被分配給整個線圈裝置的一個單個的電容，所述多個電容器分別被分配給所述線圈裝置的單個的繞組或所述線圈裝置的繞組的組。在此，每個繞組或繞組的每個組都通過分別分配的電容器單個地予以補(bǔ)償。這能夠?qū)崿F(xiàn)：在需要時切斷各個繞組或繞組的組，而不必實施附加措施來對振蕩回路進(jìn)行適配。對各個繞組或繞組的各個組的這種切斷例如能夠改變由一次傳輸線圈產(chǎn)生的磁場以及最優(yōu)地適配到分別使用的二次傳輸線圈上或者呈現(xiàn)各種繞組匝數(shù)比。

此外，對各個繞組或繞組的組的補(bǔ)償提供了如下優(yōu)點：出現(xiàn)的最大諧振電壓可以明顯被減小。由此可以降低隔離和屏蔽花費。

此外，將傳輸線圈的所有相關(guān)組件布置在一個共同的載體上使得冷卻變得容易。僅僅還必須冷卻所述共同的載體，這例如利用液體冷卻或利用空氣冷卻都是可能的。此外，通過集成所有相關(guān)組件還可以節(jié)約附加的構(gòu)件，諸如插接板、接線柱連接或附加的外殼。

附圖說明

圖1 示出了帶有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的一次傳輸線圈的充電站，

圖2 以從側(cè)面的截面圖示出了按照本發(fā)明的傳輸線圈以及

圖3 示出了按照本發(fā)明的傳輸線圈從上面的示意圖。

在隨后的附圖描述中，相同或類似的組件和元件用相同或類似的附圖標(biāo)記來標(biāo)明，其中在個別情況下省去對這些組件或元件的重復(fù)描述。所述附圖只示意性地呈現(xiàn)本發(fā)明的主題。

具體實施方式

圖1以從側(cè)面的示意圖以橫截面示出了帶有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳輸線圈的充電站。

在圖1中示出了傳輸線圈10'，其包括帶有多個繞組12'的線圈裝置11'。圍繞著所述繞組12'布置有鐵素體14'，所述鐵素體14'用作線圈裝置11'的鐵磁芯。為了屏蔽漏磁場，線圈裝置11'配備有導(dǎo)電屏蔽裝置（例如鋁）16'。

為了產(chǎn)生磁場，線圈裝置11'通過連接線路24'與開關(guān)柜18'連接。開關(guān)柜18'包括功率電子裝置20'以及電容器22'。電容器22'通過另一連接線路26'、功率電子裝置20'和連接線路24'與線圈裝置11'連接，其中所述線圈裝置11'和所述電容器22'一起構(gòu)成振蕩回路。

如果所述傳輸線圈10'被實施為一次傳輸線圈，那么所述振蕩回路通過功率電子裝置20'來激勵，使得形成交變磁場。所述交變磁場可以由相對應(yīng)地裝備的二次傳輸線圈重新轉(zhuǎn)換成電流。如果來自圖1的傳輸線圈10'被實施為二次傳輸線圈，那么所述傳輸線圈10'被引到一次傳輸線圈附近，使得所述一次傳輸線圈的交變磁場穿過所述二次傳輸線圈。由于在二次傳輸線圈中的感應(yīng)，所述振蕩回路被激勵并且電能可以通過相對應(yīng)地設(shè)立的功率電子裝置20'來提取，所述功率電子裝置20'在這種情況下包括整流器。接著，所述電能例如可以被用來對電蓄能器（諸如電池組或蓄電池）進(jìn)行充電。所述電蓄能器尤其可以被分配給電動車輛或混合動力車輛。

在圖2中以從側(cè)面的截面圖示出了按照本發(fā)明的傳輸線圈10。

所述傳輸線圈10包括載體17，所述載體17例如由鋁制成。在載體17中容納有線圈裝置11，所述線圈裝置11包括多個繞組12和一個鐵素體芯14。所述線圈裝置11的繞組12螺旋形地圍繞著中心區(qū)域13纏繞。在該中心區(qū)域13中，載體17形成凹腔（Mulde），在所述凹腔中布置有集成電子裝置21。所述集成電子裝置21包括其它的、優(yōu)選地全部其它的對于運(yùn)行傳輸線圈10必需的組件，尤其是例如功率電子裝置和諧振電容，如隨后參照圖3所描述的那樣。在此，該電容被分成多個單個的電容器，所述電容器分別被分配給單個的繞組12或繞組12的組。在此，一個電容器與一個繞組12或繞組12的一組一起分別構(gòu)成一個振蕩回路。

圖3以從上面的示意圖示出了按照本發(fā)明的傳輸線圈10。

在圖3中透明地示出了載體17和鐵素體芯14，以便可以看見傳輸線圈10的內(nèi)部。如可從圖3的圖示得出的那樣，傳輸線圈10具有線圈裝置11，所述線圈裝置11包括多個繞組12。在圖3的圖示中示出了七個繞組，所述七個繞組用附圖標(biāo)記101、102、103、104、105、106和107來標(biāo)明。在此，給所述繞組12中的每個繞組分配至少一個電容器22作為電容，其中所述電容器用附圖標(biāo)記121、122、123、124、125、126和127來標(biāo)明。在此，一個電容器22分別與一個繞組12串聯(lián)，使得構(gòu)成振蕩回路。在此，第一電容器121與第一繞組101連接。此外，各個振蕩回路相繼串聯(lián)，使得第一繞組101的不與第一電容器121連接的端部與第二電容器122連接。因此，每個繞組12鄰接兩個電容器22，其中為此在最后的并且是第七個繞組的端部上附加地布置第八電容器128。通過第一電容器121和第八電容器128建立與功率電子裝置20的連接。

只要所述傳輸線圈10被實施為一次傳輸線圈，就可以通過功率電子裝置20激勵線圈裝置11，使得產(chǎn)生交變磁場。不需要附加的外部組件，僅須通過電接線端子32來建立到電網(wǎng)上的連接。

如果所述傳輸線圈10被實施為二次傳輸線圈，并且如果所述二次傳輸線圈被引到一次傳輸線圈的交變磁場中，那么借助于磁感應(yīng)來激勵線圈裝置11并且可以通過功率電子裝置20來提取電流。所述電流可以通過電接線端子32來提供，以便例如又對移動蓄能器進(jìn)行充電。

不僅功率電子裝置20而且電容器22都可能在運(yùn)行時發(fā)熱。為了放出熱量，它們被布置在也作為冷卻體來起作用的載體17上。如果純空氣冷卻應(yīng)該會不夠，那么可以如在圖3中所繪的那樣設(shè)置通道30，通過所述通道30可以饋入冷卻介質(zhì)（諸如水-乙二醇混合物）。通過所述冷卻介質(zhì)可以放出多余的熱量。

在未示出的另一實施方式中，不是給每個單個的繞組12分配一個電容器22，而是多個繞組12（例如二至十個繞組12）組合成繞組12的組，其中給繞組12的整個組分配一個電容器22。

在沒有在附圖中示出的另一實施變型方案中，分別由一個繞組12或繞組12的一組與一個電容器22構(gòu)成的振蕩回路不是彼此串聯(lián)接線，而且分別直接與功率電子裝置20連接。在這種實施方式中，功率電子裝置20可以分開地操控各個繞組12或繞組12的各個組。在此，例如可以完全切斷一個單個的繞組12或繞組12的一組，或者也可設(shè)想的是，以不同的強(qiáng)度來激勵各個繞組12或由所述各個繞組12構(gòu)成的振蕩回路。以這種方式可以有針對性地影響由線圈裝置11產(chǎn)生的交變磁場。尤其是當(dāng)被用于能量傳輸?shù)囊淮魏投蝹鬏斁€圈不同地被實施或者沒有彼此最優(yōu)地取向時，這可以被用來優(yōu)化能量傳輸?shù)男省?/p>

在傳輸線圈10的其它變型方案中可能的是：在一個載體17上容納多于一個線圈裝置11。尤其是可以將兩個線圈裝置11共同布置在一個載體17上。在此，可能的是將這些線圈裝置11接線為使得相應(yīng)的線圈裝置11的繞組12彼此同向或反向地接線。

本發(fā)明不限于在這里所描述的實施例和在其中所強(qiáng)調(diào)的方面。更確切地說，在通過權(quán)利要求書所說明的范圍之內(nèi)可能有多個變型方案，所述變型方案在本領(lǐng)域技術(shù)人員的處理范圍內(nèi)。