用于感應(yīng)地傳輸電能的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于從靜止單元向與所述靜止單元相鄰的移動單元感應(yīng)地傳輸電能的裝置（1），其中該裝置具有線圈（5；105；205；405）和磁流引導(dǎo)單元（4；104；204；404），所述磁流引導(dǎo)單元用于引導(dǎo)在所述裝置的運行中出現(xiàn)的磁流并且具有至少一個由多個單獨的元件組成的鐵磁體（7-10；107-114；211；311；407）。本發(fā)明的目的在于，對于在用于感應(yīng)能量傳輸?shù)难b置中的磁流引導(dǎo)闡明一種新的解決方案，該解決方案的特征在于小的結(jié)構(gòu)高度和小的重量以及在處理和運行中的穩(wěn)健性，該目的按照本發(fā)明由此實現(xiàn)，即所述磁流引導(dǎo)單元具有板的基本形狀并且在所述線圈的一側(cè)上與所述線圈的繞組軸線垂直地如此設(shè)置，使得所述磁流引導(dǎo)單元至少部分地覆蓋所述線圈的橫截面；所述鐵磁體由具有各向異性的導(dǎo)磁性的各個元件組成并且總體上具有各向異性的導(dǎo)磁性；在與所述線圈的繞組軸線垂直的視圖平面中在具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體覆蓋所述線圈的繞組部分的那些區(qū)域中，所述鐵磁體的各個元件與所述線圈如此定向，使得導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向至少近似與所述線圈的繞組部分垂直，沿該優(yōu)先方向該導(dǎo)磁性在視圖平面中具有最大值。
【專利說明】用于感應(yīng)地傳輸電能的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于感應(yīng)地傳輸電能的裝置。這樣的裝置特別是用于給在電動車中安裝的充電電池感應(yīng)地充電。為了實現(xiàn)高效率必須優(yōu)化在初級線圈與次級線圈之間的磁耦合，但是在兩側(cè)之間的氣隙是不可避免的。因此通過由鐵磁材料制成的體對磁流的引導(dǎo)有利于盡可能地最小化由于磁場漏磁造成的損耗。
【背景技術(shù)】
[0002]由文獻(xiàn)US4，800，328已知一種用于電動車的電池充電裝置，其中初級線圈和次級線圈分別繞由鐵磁材料制成的磁芯纏繞，該磁芯在變壓器中通常由多個單獨的板組成。該構(gòu)造具有大的重量和大的結(jié)構(gòu)高度，兩者都是不利的并且特別是在車輛方面按照當(dāng)今的標(biāo)準(zhǔn)是極其不被期望的。
[0003]由文獻(xiàn)DE102006048829A1已知一種對于磁懸浮車輛沿著其行駛路徑感應(yīng)地傳輸電能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的次級線圈設(shè)有用于引導(dǎo)磁流的網(wǎng)格形的單元。通過將由澆注樹脂和鐵氧體粉組成的混合物澆鑄到由塑料組成的鑄模中制造該磁流引導(dǎo)單元。該鑄模在磁流引導(dǎo)單元的完成的狀態(tài)下作為磁流引導(dǎo)單元的基體起作用。
[0004]由文獻(xiàn)W02010/090538A1已知一種用于感應(yīng)地傳輸電能的系統(tǒng)的線圈，所述線圈繞一個平坦的鐵氧體芯纏繞。該鐵氧體芯沿縱向方向顯著地超出線圈的端部延伸并且在那里具有兩個極面，在這兩個極面上磁流應(yīng)該垂直于線圈的縱向方向離開磁芯，以便從那里延伸到一個區(qū)域中，在感應(yīng)式傳輸系統(tǒng)的運行中該系統(tǒng)的第二線圈位于該區(qū)域中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，對于在用于感應(yīng)能量傳輸?shù)难b置中的磁流引導(dǎo)闡明一種新的解決方案，該解決方案的特征在于小的結(jié)構(gòu)高度和小的重量以及在處理和運行中的穩(wěn)健性。
[0006]該目的按照本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1的特征的裝置來實現(xiàn)。有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中給出。
[0007]本發(fā)明對于在用于感應(yīng)能量傳輸?shù)难b置中的磁流引導(dǎo)設(shè)有具有板的基本形狀的單元，該單元在所述線圈的一側(cè)上與所述線圈的繞組軸線垂直地如此設(shè)置，使得所述單元至少部分地覆蓋所述線圈的橫截面；并且該單元具有至少一個鐵磁體，所述鐵磁體由具有各向異性的導(dǎo)磁性的各個元件組成并且由此具有各向異性的導(dǎo)磁性。在與所述線圈的繞組軸線垂直的視圖平面中，具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體的各個元件與所述線圈如此定向，使得導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向/主方向至少近似與所述線圈的繞組垂直，沿該優(yōu)先方向該導(dǎo)磁性在視圖平面中具有最大值。
[0008]由此可以代替脆的和非常容易斷裂的鐵氧體至少部分地將具有更好的機(jī)械特性的納米晶軟磁材料在類似的導(dǎo)磁性和類似的或甚至略小的重量的情況下用于磁流引導(dǎo)，而導(dǎo)磁性的各向異性——這是該材料的一種特性——不會損壞磁流引導(dǎo)的效果并繼而不會損壞整個感應(yīng)的能量傳輸?shù)男??；诩{米晶軟磁材料的更好的機(jī)械穩(wěn)定性，可以將和使用鐵氧體相比更小厚度的板形的體用于構(gòu)造總體上基本為板形的磁流引導(dǎo)單元。由此可以降低整個磁流引導(dǎo)單元的結(jié)構(gòu)高度以及重量。
[0009]但由于其導(dǎo)磁性的各向異性使得該材料不適用于大幅不均勻的場區(qū)域，在該場區(qū)域中場方向在小的間隙內(nèi)顯著變化，因為在這樣的區(qū)域中要么可能不利用材料的最大導(dǎo)磁性并因此在那里不產(chǎn)生有效的場引導(dǎo)，要么該材料在那里必須小塊地根據(jù)場分布馬賽克式地被定向，這會導(dǎo)致不合理的制造技術(shù)方面的成本。如果存在的對磁流引導(dǎo)的效果的要求是必要的，那么在這些區(qū)域中因此在忍受不利的機(jī)械特征的情況下使用具有各向同性的導(dǎo)磁性的材料，優(yōu)選使用軟磁鐵氧體。但是由于在這種情況下相比于在僅僅使用鐵氧體的情況下需要更少和更小的鐵氧體板，因此可以總體上減小磁流引導(dǎo)單元的結(jié)構(gòu)高度和重量。
[0010]由各向異性的鐵磁材料組成的鐵氧體的有利的結(jié)構(gòu)在于匹配于在市場上可用的軟磁納米晶材料一該材料僅僅可用在厚度相對較小的帶中一的材料特性，和在于由各個條帶形的元件層壓成為在各個元件之間具有非導(dǎo)電的粘合劑的板疊。各個元件的條帶形狀和分別位于兩個相鄰的元件之間的非導(dǎo)電粘合劑層的絕緣作用在根據(jù)導(dǎo)磁性對于線圈的繞組定向的情況下具有進(jìn)一步的有利的作用，亦即盡可能地避免渦流的產(chǎn)生，這改善了感應(yīng)的能量傳輸?shù)男省?br> [0011]此外可以通過這種方式不僅實現(xiàn)具有導(dǎo)磁性的統(tǒng)一優(yōu)先方向的體，而且也實現(xiàn)這樣的具有有目的地可變的優(yōu)先方向的體。后者可以通過簡單的方式通過各個元件的扇形的布置結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，其中絕緣的粘合劑層的厚度沿條帶的縱向方向連續(xù)地變化。
[0012]一種有利的幾何設(shè)計在于，所述線圈的繞組在磁流引導(dǎo)單元上平面地設(shè)置并且螺旋形地走向。產(chǎn)生了一種具有通過鐵磁磁流引導(dǎo)單元沿橫向方向有效磁流引導(dǎo)的整個布置結(jié)構(gòu)的平坦的結(jié)構(gòu)類型，該磁流引導(dǎo)單元在這種情況下可以具有板的簡單形狀。
[0013]為了放置具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體特別適合的是線圈繞組的這樣的多個部分，在所述多個部分中繞組直線地并且相互平行地走向，導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向在該情況下與所述繞組垂直。當(dāng)線圈的形狀為矩形時，除此之外也考慮用于這樣的鐵磁體的布置結(jié)構(gòu)的對角線方式。
[0014]如果所述線圈由兩個相互串聯(lián)連接的同樣類型的、具有相互平行的繞組軸線和相反的繞組方向的繞組組成，所述兩個繞組在垂直于繞組軸線的視圖平面中相互相鄰地設(shè)置；兩個繞組至少在兩個繞組相互朝向的那些區(qū)域中具有直線的和相互平行的繞組部分，那么唯一一個具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體足以用于磁流引導(dǎo)，該鐵磁體覆蓋兩個繞組的繞組部分以及繞組的相應(yīng)的橫截面的由繞組包圍的區(qū)域的至少一部分。磁流引導(dǎo)單元的結(jié)構(gòu)由此得到很大簡化。
[0015]為了在這種線圈形狀的情況下進(jìn)一步改善磁流引導(dǎo)，可以在兩側(cè)與具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體相鄰地并且與該鐵磁體相對地與兩個繞組軸線的連接線垂直地錯開地設(shè)有兩個具有各向同性的導(dǎo)磁性的體，兩個具有各向同性的導(dǎo)磁性的體中的每個覆蓋兩個繞組的橫截面的另外的部分。磁流引導(dǎo)單元的結(jié)構(gòu)在這樣的情況下還總是非常簡單并且具有僅僅最小數(shù)量的鐵磁體，這大幅地簡化了裝配。
[0016]所述線圈要么可以是與電源連接的初級線圈，要么可以是與移動單元的蓄能器——如特別是電動驅(qū)動車輛的電池——的充電電子裝置連接的次級線圈，也就是說本發(fā)明同樣可以應(yīng)用在感應(yīng)的能量傳輸系統(tǒng)的兩側(cè)上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]隨后根據(jù)附圖描述本發(fā)明的實施例。其中:
[0018]圖1在俯視圖中示出了具有部分切開的殼體的按照本發(fā)明的初級線圈
[0019]單元的實施方式的示意圖；
[0020]圖2在沒有殼體蓋的俯視圖中示出了圖1中的初級線圈單元；
[0021]圖3示出了沿著圖1中的線A-A的圖1中的初級線圈單元的縱截面視
[0022]圖的一部分；
[0023]圖4示出了按照本發(fā)明的磁流引導(dǎo)單元的第一實施方式；
[0024]圖5示出了按照本發(fā)明的磁流引導(dǎo)單元的第二實施方式；
[0025]圖6示出了按照本發(fā)明的磁流引導(dǎo)單元的布置結(jié)構(gòu)的第三實施方式的
[0026]一部分；
[0027]圖7示出了用于在不均勻的場區(qū)域中磁流引導(dǎo)的具有各向異性的導(dǎo)磁
[0028]性的鐵磁體的實施方式；以及
[0029]圖8示出了按照本發(fā)明的磁流引導(dǎo)單元的第四實施方式。
【具體實施方式】
[0030]圖1示出了按照本發(fā)明的用于感應(yīng)地給電動車充電的裝置，也就是作為在俯視圖中具有部分地、也就是在右下象限中被切開的殼體蓋2的初級線圈單元I的例子。該殼體除了蓋2之外還包括底板3，它們共同地形成一個空腔，在該空腔中在底板3上設(shè)有總體上板形的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4并且在其上設(shè)有平面的初級線圈5。殼體蓋2由磁場可穿透的材料、例如塑料制成。初級線圈單元I設(shè)置在用于電動車的停車場的底部之上或之中。
[0031]為了給電動車的電池充電一該電動車在其下側(cè)上配備有同樣類型的次級線圈單元，如此停放該車輛，使得次級線圈單元盡可能對準(zhǔn)地處于初級線圈單元之上，以便實現(xiàn)在兩個單元之間有效的感應(yīng)的能量傳輸。在次級線圈單元上，一個相應(yīng)的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元設(shè)置在背向初級線圈單元I的一側(cè)上，從而兩個線圈單元在運行中關(guān)于前述構(gòu)件的順序相互鏡像對稱，但這兩個線圈單元不必大小相同。
[0032]圖2示出了與圖1相同的視圖，然而沒有殼體蓋2。如在那里可以看到的那樣，例如可以由鋁制成的底板3為了實現(xiàn)磁場屏蔽的功能而具有一個具有倒圓的角的基本上為方形的形狀。板形的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4——其任務(wù)是沿側(cè)面方向引導(dǎo)由初級線圈5在運行中產(chǎn)生的磁流——具有方形的外輪廓、同樣為方形的內(nèi)部分6并且因此總體上具有方形框架的形狀。鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的外側(cè)長度在此小于底板3的外側(cè)長度，從而鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4總體上貼靠在底板3上。該鐵磁的磁流引導(dǎo)單元可以通過粘合與該底板連接。還有一個由電絕緣材料制成的層可以位于磁流引導(dǎo)單元4與底板3之間。底板3相對于磁流引導(dǎo)單元4在各個應(yīng)用情況下如何確定大小，以及是否需要底板3，取決于相應(yīng)的環(huán)境(安裝地點、屏蔽需要、裝配可能性)而定。
[0033]位于鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4上的平面的初級線圈5和鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4 一樣基本上具有方形框架的形狀。該初級線圈被螺旋形地引導(dǎo)，其中直線的部分——其平行于方形的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的四個側(cè)面走向——在角處通過弧形部分相互連接。未示出的引線從初級線圈5的端部通到一個同樣未示出的電源，該電源在運行中提供初級電流。
[0034]初級線圈5的通電產(chǎn)生一個磁場，其走向在鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的平面中通過在圖2中畫出的指向中間的箭頭表現(xiàn)，該箭頭應(yīng)該表示場線。平板形的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4在初級線圈5之下沿水平方向引導(dǎo)磁流并且如此阻止在初級線圈5之下垂直于圖2的視圖平面雜散磁場的擴(kuò)展。顯而易見的是，鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4由一種軟磁材料制成，以便避免在能量傳輸時的磁滯損耗。
[0035]如圖2中可見的那樣，在示出的例子中采用的初級線圈5的方形形狀的情況下，在鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4中在初級線圈5之下的磁場，準(zhǔn)確地說磁場的平行于磁流引導(dǎo)單元4的板平面的分量在這樣的范圍——其中形成初級線圈5的導(dǎo)線的相鄰的繞組直線地并且相互平行地走向——中是近似均勻的，而在這樣的范圍——其中不是這樣的情況，即朝為其配備的方形框架的角處一中是越來越不均勻的。這按照精神也在具有兩個較長側(cè)和兩個較短側(cè)的初級線圈5的矩形形狀的情況下是有效的，而該場在初級線圈5之下在圓形的初級線圈5的情況下到處都是不均勻的。只要在此談及場方向，這總是涉及圖2的視圖方向，也就是說在圖2的視圖平面中各構(gòu)件在該視圖方向上。
[0036]圖3示出了沿著圖1中的線A-A的初級線圈單元I的縱截面的一部分，也就是在右邊緣的區(qū)域中。各個構(gòu)件的垂直的層、也就是從下至上為底板3、鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4、初級線圈5和蓋2在其中可明顯地看到。在初級線圈5內(nèi)的黑點表示繞組，其由圖3的視圖平面垂直地切割。蓋2在其邊緣上向外傾斜。
[0037]鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的結(jié)構(gòu)的第一實施例在圖4中在俯視圖中示意地示出。磁流引導(dǎo)單元4由兩種不同類型的鐵磁體組成，它們由不同的材料制成。由第一種材料制成的四個方形體7至10分別成對地環(huán)形地在角處相互接觸并且共同地形成一個具有被留空的方形中心6的十字梁形的面。由第二材料制成的四個同樣為方形的體11至14覆蓋在由體7至10形成的十字梁與限定該十字梁的方形的角之間的面。體7至10和11至14共同地形成一個框架，其具有方形的外周邊和方形的內(nèi)周邊，其中各個由不同材料制成的方形體循環(huán)交替。
[0038]如圖2和4的比較所證實的那樣，由第一材料制成的體7至10覆蓋具有近似均勻的場分布的區(qū)域，其中初級線圈5的所有繞組至少近似直線地并且相互平行地走向。與之相對地，由第二材料制成的體11至14位于具有不均勻的場分布的區(qū)域中。初級線圈5的繞組的彎曲處位于那里，或者在那里至少不是所有繞組在整個區(qū)域上相互平行地走向。更確切地說，在此不同繞組的各個部分甚至相互垂直。但是因為場的均勻的和不均勻的區(qū)域連續(xù)地相互過渡，所以由第一材料制成的體7至10部分地也延伸到具有略微不均勻的場分布的空間區(qū)域中。
[0039]如圖4表明，鐵磁體4的用于體7至10的第一材料由多個單獨的條帶組成，這些條帶相互平行地設(shè)置并且通過粘合相互連接，也就是說層壓為板疊。這種材料涉及基于鐵、硅和硼并且添加有特別是鈮和銅的納米晶軟磁材料。現(xiàn)在例如在市場上可買到名稱為Vitroperm?的組分為73.5%的Fe、1%的Cu、3%的Nb、15.5%的Si和7%的B的這樣的材
料。已知的這樣的材料的其它名稱是Finemet?、Nanoperm?和Hitperm。后者可以具有例如總共為88%的Fe和Co,7%的Nb、Zr或Hf,4%的B和1%的Cu的組分。[0040]這種類型的材料具有各向異性的導(dǎo)磁性并且相比于在類似的磁特性的情況下的軟磁鐵氧體脆性更低并且因此在處理中和運行中的機(jī)械負(fù)荷下更不易碎。這特別是適用于小厚度的板形體，如該板形體出于節(jié)省結(jié)構(gòu)空間和重量的原因需要用于在此感興趣的應(yīng)用。此外該材料比鐵氧體略微更輕。
[0041]在按照本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)中，第一材料的導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向、也就是最大的導(dǎo)磁性的方向是條帶的縱向方向。該方向垂直于框架形的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的外周邊并因此也垂直于線圈5的繞組。因此在鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的由第一材料制成的體7至10的區(qū)域中，磁場方向基本上與導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向一致，由此可以利用第一材料的最大導(dǎo)磁性。
[0042]在框架形的鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的角的區(qū)域中存在磁場的顯著的不均勻性。在那里，也就是在由第一材料制成的體7至10之間的間隙中設(shè)有由第二材料制成的體11至14，該第二材料具有各向同性的導(dǎo)磁性，因此不會由于磁場的不均勻性而損壞磁流引導(dǎo)效果。該磁場也就是在方形的中心6的區(qū)域中是不均勻的。這因此不是一定要被留空的，而是在那里同樣可以設(shè)有由第二材料制成的板。例如該第二材料可以是鐵氧體。
[0043]雖然值得期望的是，對于鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4總體上可以使用前述類型的納米晶軟磁材料，其沒有鐵氧體脆，然而該材料由于其導(dǎo)磁性的各向異性不適用于具有大幅不均勻的場分布的區(qū)域或者制造具有準(zhǔn)確地匹配于不均勻的場分布的導(dǎo)磁性優(yōu)先方向的體過于昂貴。在圖4中示出的由兩種不同的材料組成的混合解決方案進(jìn)行了在制造技術(shù)成本與磁性效果之間的適當(dāng)?shù)恼壑?。鐵磁的磁流引導(dǎo)單元4的各個體7至14在兩種材料的情況下具有簡單的矩形形狀，其可以毫無問題地通過更大部件的鋸開來制造。而且體7至14的接合基于各個體7至14的簡單的形狀而沒有帶來困難。
[0044]根據(jù)對一方面感應(yīng)的能量傳輸?shù)男识硪环矫鎸φ麄€裝置的重量和成本的要求也可以有意義的是，省去在框架的角中由第二材料制成的體11至14并且使得在由第一材料制成的體7至10之間的在那里的間隙是空的。這導(dǎo)致了在角的區(qū)域中磁流的更大的發(fā)散，然而相對地節(jié)省了材料、重量和工作成本并且避免了脆的鐵氧體的使用。在角處具有和沒有鐵氧體板的兩個實施方式的優(yōu)點和缺點應(yīng)該在各種應(yīng)用情況下進(jìn)行權(quán)衡。
[0045]在圖5中在俯視圖中示意地示出用于鐵磁的磁流引導(dǎo)單元104的可能的結(jié)構(gòu)的第二實施例。在此，四個板形的、在圖5中為矩形的、由與在第一實施方式中那樣的第一材料制成的鐵氧體107至110十字形地繞一個被留空的中心106設(shè)置并且由此首先界定出一個方形的框架。
[0046]相對于第一實施方式，板形體107至110卻更窄并且在框架的內(nèi)周邊上不接觸，由此存在用于四個另外的由相同材料制成的板形鐵磁體111至114的位置，各個鐵磁體分別對角地在方形框架的內(nèi)角和外角之間設(shè)置并且由此同樣十字形地圍繞被留空的中心設(shè)置。對角設(shè)置的體111至114的各角在框架內(nèi)側(cè)上接觸體107至110的各角，從而被留空的中心獲得一個八角形形狀。通過對角設(shè)置的體111至114的矩形形狀此外也產(chǎn)生框架形的磁流引導(dǎo)單元104的外周邊的一個八角形形狀。
[0047]如圖2和5的比較所證實的那樣，由第一材料制成的鐵磁體107至110也在此覆蓋具有近似均勻的場分布的區(qū)域，其中初級線圈105的所有繞組直線地并且相互平行地走向，也就是說，如此使得導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向與線圈105的繞組垂直。近似地這也適用于對角設(shè)置的鐵磁體111至114，雖然這些鐵磁體位于線圈105的彎曲區(qū)域中，因為各個體111至114如此窄，使得這些體在側(cè)面沒有伸出線圈5的彎曲區(qū)域并且其曲率半徑如此大，使得繞組在體111至114的寬度上近似垂直于對角方向，該對角方向在此為導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向。至少在體111至114的寬度上不存在與一個這樣的位置的顯著的偏差。
[0048]備選于在圖5中示出的方形的或矩形的、具有大的曲率半徑的倒圓角的形狀，線圈105也可以具有帶有以交替的順序的四個長側(cè)和四個短側(cè)的八角形狀，其中八角的短側(cè)將代替圖5的形狀的倒圓角。在該情況下，繞組將在這樣的部分中——其中繞組由對角設(shè)置的體111至114覆蓋——不是僅僅近似地而是正好垂直于導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向。
[0049]如在圖5中所標(biāo)明的那樣，磁流引導(dǎo)單元104的對于體107至110以及111至114使用的第一鐵磁材料也在此由多個單獨的條帶組成，這些條帶相互平行地設(shè)置并且通過粘合相互連接，也就是說層壓為一個板疊。第一材料的導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向、也就是說最大導(dǎo)磁性的方向也在此是條帶的縱向方向，其垂直于通過鐵磁的磁流引導(dǎo)單元104限定的、在這種情況下為八角的框架的內(nèi)周邊和外周邊。該第一鐵磁材料與在前述的第一實施方式中的材料相同。
[0050]非導(dǎo)電的連接層——其把由第一鐵磁材料制成的各個條帶接合在一起——使得各個條帶同時相互電絕緣。這在前述的各個條帶垂直于線圈5或105的繞組的定向的情況下具有的作用在于，使得材料中的渦流損耗最小化并且改善感應(yīng)的能量傳輸裝置的效率，該感應(yīng)的能量傳輸裝置的初級線圈和次級線圈設(shè)有磁流引導(dǎo)單元4或104。
[0051]在鐵磁體107至114之間存在的間隙在這種情況下具有直角的三角形的形狀。在這些間隙中磁場分布明顯不均勻。類似于第一實施方式，這些間隙被填以由具有各向同性的導(dǎo)磁性的第二鐵磁材料制成的板形體115至122。該第二鐵磁材料與在前述的第一實施方式中的相同。三角形體115至122都具有相同的尺寸并且可以分別以簡單的方式通過方形板的對角部分制造。不同的板形體107至110、111至114以及115至122也可以在此容易地接合為磁流引導(dǎo)單元104。備選地間隙也可以如在第一實施方式中那樣是空的。
[0052]第一和第二實施方式也可以有利地相互組合，這形成了第三實施方式，其中在圖6中僅僅示出了磁流引導(dǎo)單元204的右上象限，因為其它象限是對此鏡像對稱的。在此使用具有如在第一實施方式中那樣的相同的導(dǎo)磁性優(yōu)先方向的矩形的各向異性的鐵磁體207和210，然而它們在此在角處相接觸，由此又在框架的中心產(chǎn)生一個方形的、然而更小的留空206。對角設(shè)置的各向異性的鐵磁體211在這種情況下具有帶有一個直角的尖端，從而該鐵磁體可以無縫地嵌入到在體207與210之間存在的間隙的角中。
[0053]在圖6中可見的各向同性的鐵磁體218和219以及線圈205——其中在圖6中僅僅一部分是可見的——與在圖5中的第二實施方式相同。根據(jù)圖6的第三實施方式相對于第一和第二實施方式的優(yōu)點在于，總體上磁流引導(dǎo)單元204的較大部分通過由具有各向異性的導(dǎo)磁性的第一材料制成的鐵磁體形成。為此，具有直角尖端的體211的造型略微更復(fù)雜并且需要原料的略微更高成本的加工。
[0054]為了可以將具有各向異性的導(dǎo)磁性的第一材料也在具有磁場強度的顯著不均勻性的空間區(qū)域中有效地用于磁流弓丨導(dǎo)，導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向必須在一個由這樣的材料制成的體內(nèi)變化。圖7示出了實現(xiàn)這一點的一種可能性。在那里示出的鐵磁體311總體上具有梯形形狀并且具有多個由具有各向異性的導(dǎo)磁性的第一材料制成的條帶311A，它們通過包含粘合劑的連接層31IB相互連接。條帶31IA具有恒定的寬度，而連接層31IB的厚度沿著條帶311A連續(xù)地變化。在該厚度在條帶311A的端部之間直線上升時產(chǎn)生體311的在圖7中示出的梯形，在其內(nèi)部扇形地設(shè)有各個條帶311A。導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向在此也是條帶311A的縱向方向。
[0055]在圖7中示出的類型的鐵磁體311可以例如在按照圖5的第二實施方式中代替體111至114，以便在對角的區(qū)域中更準(zhǔn)確地滿足線圈5的繞組的相互垂直的走向和導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向的要求。鐵磁體311也可以制造為具有一個直角的尖端，以便在第三實施例中以相同的目的代替在那里的體211。該鐵磁體然而也可以應(yīng)用在這樣的區(qū)域中，其中在三個前述實施例中由于磁場的大幅的不均勻性而僅僅采用具有各向同性的導(dǎo)磁性的鐵磁體。而且對于在線圈5、105或205的中心6、106或206中的應(yīng)用考慮梯形體311，其中為了覆蓋較大的角度范圍也可能在側(cè)面并列地設(shè)有多個這樣的體311。
[0056]按照圖7的扇形可變方向的具有各向異性的導(dǎo)磁性的梯形鐵磁體311的制造可以通過下述方式實現(xiàn):在粘合第一鐵磁材料的各個條帶311A時在涂覆包含粘合劑的連接層311B并且將條帶311A接合為如此產(chǎn)生的條帶板疊之后——其中連接層311B的厚度首先都是近似相同的——以一種壓模施加沿條帶311A的縱向方向變化的壓力，通過該壓力將連接層311B在條帶板疊的一個端部上部分地壓出。其前提條件是，連接層還未硬化并且具有對于這種類型的加工足夠的、卻也不是太高的流動能力。
[0057]由第一鐵磁材料的恒定厚度的各個條帶311A組成的鐵磁體311和位于其間的包含粘合劑的連接層311B的基本結(jié)構(gòu)也適用于由這種材料制成的、在其它實施例中采用的體，然而其中連接層也具有恒定的厚度，從而各個條帶相互平行。在那里將連接層的厚度保持盡可能的小，以便將空間的盡可能大的部分填充以鐵磁材料。
[0058]在圖8中在俯視圖中示意地示出用于鐵磁的磁流引導(dǎo)單元404的可能的結(jié)構(gòu)的第四實施例。在此，線圈405由兩個具有相互平行的繞組軸線的相互串聯(lián)連接的繞組405A和405B組成。如在其它實施方式中那樣，涉及平面的繞組。僅僅是連接繞組405A和405B的導(dǎo)線以必要方式與其繞組相交。這兩個繞組405A和405B相互同向地走向，從而在給線圈405通電時產(chǎn)生的磁場的主方向在兩個繞組405A或405B之一的內(nèi)部中不出為從圖8的垂直于兩個繞組405A和405B的繞組軸線的視圖平面伸出，而在分別另一繞組405B或405A的內(nèi)部中示出為進(jìn)入到該視圖平面中，而在前述實施方式中在線圈5、105或205的內(nèi)部中僅僅存在磁場的唯 個主方向，該主方向根據(jù)電流方向不出為從圖4至6的視圖平面伸出或者進(jìn)入到該視圖平面中。
[0059]兩個繞組405A和405B分別具有矩形的橫截面形狀并且在圖8的視圖平面中由連接它們的線路及其引線看去相對于對稱線S徑向?qū)ΨQ地被引導(dǎo)，其中矩形的一側(cè)平行于對稱線S。繞組的相互間隙在兩個繞組405A和405B的這樣一側(cè)上——該側(cè)背向于分別的另一繞組405B或405A——比在其余三側(cè)上更小，以便在該位置上實現(xiàn)磁場的集中。
[0060]相應(yīng)于線圈405的其它類型的形狀，在該實施方式中的磁場必須不同于在其它實施方式中與線圈相鄰地沿橫向方向不是從外周邊朝繞組的中心被引導(dǎo)，而是從一個繞組405A或405B的內(nèi)部朝另一繞組405B或405A的內(nèi)部被引導(dǎo)。為此僅僅需要由第一材料制成的唯——個板形體407，其導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向與兩個繞組405A和405B的繞組軸線的連接線平行地走向。那么該優(yōu)先方向在兩個繞組405A和405B的相互朝向的側(cè)上垂直于兩個繞組405A和405B的在那里的、由體407覆蓋的繞組部分。沿被覆蓋的繞組部分的縱向方向，由第一材料制成的板形體407如此遠(yuǎn)地延伸，如它們都直線地并且相互平行地走向。
[0061]為了將磁場引導(dǎo)直至兩個繞組405A和405B的橫截面的內(nèi)部中，由第一材料制成的板形體407沿在兩個繞組405A和405B的繞組軸線之間的連接線的方向延伸直至在每個繞組405B或405A的分別背向另一繞組405A和405B的側(cè)上的最內(nèi)部的繞組，也就是說該板形體不再覆蓋背向分別另一繞組405A和405B的繞組部分，因為這在此對于有效的磁流引導(dǎo)是不利的。
[0062]與由第一材料制成的板形體407的兩側(cè)相鄰地并且與之相對地垂直于兩個繞組軸線的連接線錯開地設(shè)有由第二材料制成的兩個板形體411和412。這些體411和412中的每個覆蓋兩個繞組405A和405B的橫截面的另外的部分、也就是說這樣的區(qū)域，其中在給線圈405通電時產(chǎn)生的磁場基于繞組的走向是不均勻的，并且具有各向異性的導(dǎo)磁性的第一材料對于場引導(dǎo)不再有效。沿兩個繞組軸線的連接線的方向，兩個由第二材料制成的板形體411和412近似如由第一材料制成的板形體407那么長。
[0063]由前述的描述產(chǎn)生本發(fā)明的對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員的多種變型可能。如此線圈不必須是方形的，而是也可能是矩形或橢圓形的，具有多于四邊的多邊形的形狀，或者圓形，盡管這不利于均勻性地導(dǎo)致不均勻的場區(qū)域的擴(kuò)展。場分布越不均勻，那么統(tǒng)一方向的具有各向異性的導(dǎo)磁性的矩形鐵磁體必須設(shè)計得越窄，以便還可以滿足導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向?qū)τ诰€圈的繞組的近似垂直的位置的要求，或者必須采用按照圖7的具有扇形的變化的優(yōu)先方向的體。
[0064]雖然所述實施例涉及用于感應(yīng)的能量傳輸?shù)难b置的初級側(cè)，然而本發(fā)明同樣良好地也適用于次級側(cè)，該次級側(cè)的線圈單元具有與初級側(cè)的線圈單元相同的結(jié)構(gòu)。只要在此談及均勻和不均勻的場區(qū)域，這按照精神也適用于次級線圈，因為這樣的次級線圈原則上也可能被通電并且隨后產(chǎn)生磁場，盡管這不是它的用途。此外，本發(fā)明不依賴于兩個線圈單元的空間布置結(jié)構(gòu)。該布置結(jié)構(gòu)代替在車輛的底部或在下側(cè)上的水平的布置結(jié)構(gòu)例如也可能是垂直的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于從靜止單元向與所述靜止單元相鄰的移動單元感應(yīng)地傳輸電能的裝置(1)，其中該裝置具有線圈(5 ；105 ；205 ；405)和磁流引導(dǎo)單元(4 ；104 ；204 ;404)，所述磁流引導(dǎo)單元用于引導(dǎo)在所述裝置的運行中出現(xiàn)的磁流并且具有至少一個由多個單獨的元件組成的鐵磁體(7-10 ；107-114 ；211 ；311 ;407)，其特征在于，所述磁流引導(dǎo)單元(4 ；104 ；204；404)具有板的基本形狀并且在所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的一側(cè)上與所述線圈的繞組軸線垂直地如此設(shè)置，使得所述磁流引導(dǎo)單元至少部分地覆蓋所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的橫截面;所述鐵磁體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ；407)由具有各向異性的導(dǎo)磁性的各個元件組成并且總體上具有各向異性的導(dǎo)磁性；在與所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的繞組軸線垂直的視圖平面中在具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(7-10 ；107-114 ;207、210,211 ；311 ;407)覆蓋所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的繞組部分的那些區(qū)域中，所述鐵磁體(7-10 ；107-114 ；211 ；311 ；407)的各個元件與所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)如此定向，使得導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向至少近似與所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的繞組部分垂直，沿該優(yōu)先方向該導(dǎo)磁性在視圖平面中具有最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述磁流引導(dǎo)單元(4；104 ；204 ；404)包括至少一個具有各向同性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(11-14 ；115-122 ;218、219 ;419、420)，具有各向同性的導(dǎo)磁性的鐵磁體與具有各向異性的導(dǎo)磁性的體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ；407)相鄰地如此設(shè)置，使得具有各向同性的導(dǎo)磁性的鐵磁體在與所述線圈(5 ；105 ；205；405)的繞組軸線垂直的視圖平面中覆蓋所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的、沒有被具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ;407)覆蓋到的那些繞組部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述線圈(5；105 ；205)具有至少近似對稱的形狀；所述磁流引導(dǎo)單元包括多個具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ;407)，具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體關(guān)于所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的對稱中心和/或至少一個對稱軸線對稱地設(shè)置。`
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的裝置，其特征在于，所有鐵磁體(7-14；107-122 ；207、210、211、218、219 ；311 ;407、419、420)具有至少近似板的形狀并且并列地在垂直于所述線圈(5 ；105 ；205 ；405)的繞組軸線的平面上設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，組成具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ；407)的元件是各向異性的鐵磁材料的各個條帶，所述條帶的縱向方向是導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向，并且所述條帶并列地設(shè)置并且相互連接成為一個封閉的體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ;407)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，各向異性的鐵磁材料的各個條帶的連接通過分別位于兩個相互相鄰的條帶之間的層形成，所述層由非磁性的、至少部分由粘合劑組成的并且不導(dǎo)電的材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于，在至少一個具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(311)中，各向異性的鐵磁材料的各個條帶(311A)扇形地設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述扇形通過分別位于所述各向異性的鐵磁材料的兩個相互相鄰的條帶(31IA)之間的、由非磁性的、至少部分由粘合劑組成的并且不導(dǎo)電的材料制成的層(311B)形成，所述層的厚度從相鄰的條帶(311A)的一個端部朝向另一端部連續(xù)地增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的裝置，其特征在于，所述線圈(5；105 ；205 ；405)的繞組平面地設(shè)置并且螺旋形地走向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的裝置，其特征在于，所述線圈(5；105 ；205 ;405)具有多個部分，在所述多個部分中其繞組直線地并且相互平行地走向；在至少一個這樣的部分中設(shè)有至少一個具有各向異性的導(dǎo)磁性的體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ;407)，其中所述導(dǎo)磁性的優(yōu)先方向與所述繞組垂直。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的裝置，其特征在于，組成具有各向異性的導(dǎo)磁性的體(7-10 ；107-114 ;207、210、211 ；311 ；407)的鐵磁元件由納米晶軟磁材料制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的裝置，其特征在于，具有各向同性的導(dǎo)磁性的元件(11-14 ；115-122 ;218、219 ;411、412)由軟磁鐵氧體制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12之一所述的裝置，其特征在于，所述線圈(405)由兩個相互串聯(lián)連接的同樣類型的、具有相互平行的繞組軸線和相反的繞組方向的繞組(405A、405B)組成，所述兩個繞組在垂直于繞組軸線的視圖平面中相互相鄰地設(shè)置；兩個繞組(405A、405B)至少在兩個繞組相互朝向的那些區(qū)域中具有直線的和相互平行的繞組部分；唯一一個具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(407)覆蓋兩個繞組(405A、405B)的繞組部分以及繞組(405A、405B)的相應(yīng)的橫截面的由繞組包圍的區(qū)域的至少一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，在兩側(cè)與具有各向異性的導(dǎo)磁性的鐵磁體(407)相鄰地并且與該鐵磁體相對地與兩個繞組軸線的連接線垂直地錯開地設(shè)有兩個具有各向同性的導(dǎo)磁性的體(411、412)，兩個具有各向同性的導(dǎo)磁性的體中的每個覆蓋兩個繞組(405A、405B )的橫截面的另外的部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14之一所述的裝置，其特征在于，所述線圈(5；105 ；205 ；405)要么是與電源連接的初級線圈，要么`是與移動單元的蓄能器的充電電子裝置連接的次級線圈。
【文檔編號】H01F3/10GK103890876SQ201280050802
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】P·阿瑟林, A·格林, M·韋希林 申請人:康達(dá)提斯-瓦普弗勒有限公司