本發(fā)明涉及一種用于感應(yīng)式功率傳輸、尤其是向車輛的功率傳輸?shù)南到y(tǒng)的功率傳輸單元。此外，本發(fā)明還涉及一種制造這種功率傳輸單元的方法以及涉及一種這種操作功率傳輸單元的方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)車輛、尤其是軌道車輛和/或道路車輛可通過借助于感應(yīng)式功率傳輸而輸送的電能來操作。這種車輛可包括電路裝置，所述電路裝置可以是車輛的牽引系統(tǒng)或牽引系統(tǒng)的一部分，電路裝置包括接收裝置，所述接收裝置也可稱為副單元、適于接收交變電磁場(chǎng)并且通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生交流電流。此外，這種車輛可包括適于將交流(ac)轉(zhuǎn)換成直流(dc)的整流器。dc可用于對(duì)牽引電池充電或操作電機(jī)。在后一種情況下，dc可借助于換流器轉(zhuǎn)換成ac。

感應(yīng)式功率傳輸使用兩組例如三相繞組來執(zhí)行。第一組安裝在地面上(主繞組結(jié)構(gòu))，并可由路旁功率轉(zhuǎn)換器(wpc)供給。主繞組結(jié)構(gòu)可以是路旁主單元的一部分。第二組繞組(副繞組結(jié)構(gòu))安裝在車輛上。例如，第二組繞組可安裝在車輛之下，在有軌電車的情況下安裝在其某些車廂之下。對(duì)于汽車，它可連接至車輛底盤。第二組繞組或通常是副側(cè)、通常被稱為拾取結(jié)構(gòu)、接收器或副單元。第一組繞組和第二組繞組形成高頻變壓器，以將電能輸送至車輛。這可在靜態(tài)(當(dāng)車輛沒有移動(dòng)時(shí))和動(dòng)態(tài)(車輛移動(dòng)時(shí))下完成。

特別是在道路車輛的情況下，固定的主單元包括通常在空間上分開地布置的多個(gè)元件。

gb2512864a1公開了包括殼體、主繞組結(jié)構(gòu)和連接端子的主單元。還公開了用于引導(dǎo)磁通量的至少一個(gè)引導(dǎo)裝置。

gb2485617a1公開了一種用于將電能輸送至車輛、特別是道路車輛或軌道車輛、如輕軌車輛的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生磁場(chǎng)并由此向車輛輸送能量的電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。電導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括至少一條電流線，其中，每條電流線適于承載產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流，或適于承載產(chǎn)生磁場(chǎng)的并聯(lián)電流之一，電流線在第一高度水平處延伸。該系統(tǒng)還包括用于屏蔽磁場(chǎng)的導(dǎo)電屏蔽件，其中，屏蔽件在軌道下方延伸并且在第一高度水平之下延伸，并且磁芯沿著軌道在第二高度水平處延伸并在屏蔽件之上延伸。

如果主繞組結(jié)構(gòu)被激勵(lì)，以便產(chǎn)生將被副繞組結(jié)構(gòu)接收的電磁場(chǎng)，則電磁場(chǎng)的場(chǎng)線不會(huì)都被副繞組結(jié)構(gòu)接收。這進(jìn)而在主繞組結(jié)構(gòu)和副繞組結(jié)構(gòu)旁產(chǎn)生了不期望的電磁輻射、即不期望的磁通密度。由于在主繞組結(jié)構(gòu)和副繞組結(jié)構(gòu)的周圍環(huán)境中的人或物體可能暴露于所述輻射，所以希望將輻射減少到最低限度，以提高感應(yīng)式功率傳輸系統(tǒng)的操作安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于向車輛進(jìn)行感應(yīng)式功率傳輸?shù)南到y(tǒng)的功率傳輸單元，其中，功率傳輸單元的周圍環(huán)境中的不期望的輻射或場(chǎng)密度被減小。

該解決方案由具有權(quán)利要求1、10和12的特征的主題提供。本發(fā)明的有利實(shí)施例由從屬權(quán)利要求的主題提供。

本發(fā)明的主要思想在于提供一種磁通引導(dǎo)裝置用于引導(dǎo)由功率傳輸單元的繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或接收的電磁場(chǎng)的磁通量，其中，磁通引導(dǎo)裝置具有變化的磁阻。在本文中，磁阻(reluctance)表示磁阻參量(magneticresistance)。

本文提出了一種用于特別是向車輛進(jìn)行感應(yīng)式功率傳輸?shù)南到y(tǒng)的功率傳輸單元。

功率傳輸單元可作為用于感應(yīng)式功率傳輸?shù)南到y(tǒng)的主單元。替代地，功率傳輸單元可以是用于感應(yīng)式功率傳輸?shù)南到y(tǒng)的副單元。

本發(fā)明尤其可應(yīng)用于向任何陸上車輛、例如軌道車輛、例如有軌車輛(例如有軌電車)進(jìn)行能量傳輸?shù)念I(lǐng)域。此外，本發(fā)明還涉及向道路車輛、例如個(gè)人(私人)乘用車或公共交通工具(例如公共汽車)進(jìn)行能量傳輸?shù)念I(lǐng)域。

功率傳輸單元包括繞組結(jié)構(gòu)。如果功率傳輸單元是主單元，則所述繞組結(jié)構(gòu)可稱為主繞組結(jié)構(gòu)。主繞組結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)生電磁場(chǎng)(功率傳輸場(chǎng))。

如果功率傳輸單元是副單元，則所述繞組結(jié)構(gòu)可稱為副繞組結(jié)構(gòu)。副繞組結(jié)構(gòu)用于接收由主單元產(chǎn)生的電磁場(chǎng)、特別是電磁場(chǎng)的磁性部分。

繞組結(jié)構(gòu)可包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的子繞組。子繞組可包括主繞組結(jié)構(gòu)的相線的一個(gè)或一個(gè)以上的區(qū)段。主繞組結(jié)構(gòu)可包括用于承載電流的一條或一條以上的相線、例如三條相線。子繞組可圍繞預(yù)定區(qū)域。子繞組也可提供或形成例如以預(yù)定圈數(shù)的線圈。每個(gè)子繞組可提供所產(chǎn)生或接收的電磁場(chǎng)的極點(diǎn)。如果電流流過子繞組結(jié)構(gòu)，則副繞組結(jié)構(gòu)的子繞組例如可提供極點(diǎn)。

繞組結(jié)構(gòu)可包括用于承載電流的一條或一條以上的相線。繞組結(jié)構(gòu)的相線可設(shè)計(jì)成使得相線的路線提供彼此鄰近地布置的偶數(shù)個(gè)或奇數(shù)個(gè)的子繞組。在這種情況下，子繞組可表示包圍預(yù)定區(qū)域的優(yōu)選地完整的導(dǎo)體環(huán)路。導(dǎo)體環(huán)路可提供或包括相應(yīng)的子繞組的一匝或多匝。彼此鄰近意味著子繞組的中心軸線、特別是對(duì)稱軸線沿著共同的直線彼此間隔開、例如以預(yù)定的距離間隔開。這將在下文中說明。所述共同的直線可平行于參考坐標(biāo)系的縱向軸線，并可對(duì)應(yīng)于繞組結(jié)構(gòu)的延伸方向。這意味著繞組結(jié)構(gòu)的相線可在延伸方向上延伸，其中，沿著所述延伸方向設(shè)置預(yù)定數(shù)量的子繞組。

相鄰或鄰近的子繞組可相對(duì)地定向。在這種情況下，相對(duì)地定向可意味著第一子繞組中的電流是順時(shí)針方向的，其中，相鄰或鄰近的第二子繞組中的電流是逆時(shí)針方向的。順時(shí)針方向可相對(duì)于指向相同方向的平行的中心軸線來定義。如果電流流過所述子繞組，則鄰近的子繞組將產(chǎn)生該量級(jí)的方向相反的磁場(chǎng)。

優(yōu)選地，繞組結(jié)構(gòu)可以是8字形的。這可意味著至少相線的路線是8字形的。在這種情況下，相線可包括沿著上述延伸方向彼此鄰近地布置的例如圓形或矩形的兩個(gè)子繞組。

優(yōu)選地，繞組結(jié)構(gòu)可包括三條相線，其中，每條相線可包括或提供沿著共同的延伸方向延伸的多個(gè)子繞組。

替代地，繞組結(jié)構(gòu)、特別是主繞組結(jié)構(gòu)的相線可具有曲折的路線。在這種情況下，“曲折”意味著繞組結(jié)構(gòu)的相位線以曲折的方式沿一軌道或路徑延伸，即，在導(dǎo)體的路線中，提供相線的電線的沿繞組結(jié)構(gòu)的縱向方向延伸的區(qū)段之后是相對(duì)于縱向方向(即沿繞組結(jié)構(gòu)的側(cè)向方向)橫向地延伸的區(qū)段。在具有至少兩條電相線的多相系統(tǒng)的情況下，這優(yōu)選地適用于所有相線。

此外，功率傳輸單元包括用于引導(dǎo)由繞組結(jié)構(gòu)生成或接收的電磁場(chǎng)的磁通量的至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置。

磁通引導(dǎo)裝置可由磁性物質(zhì)、特別是鐵磁材料制成，優(yōu)選地由鐵素體制成。

在本文中，可使用以下參考坐標(biāo)系。也可稱為縱向軸線的第一軸線可平行于繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線、例如上述的延伸方向延伸。也可稱為側(cè)向軸線的第二軸線可平行于繞組結(jié)構(gòu)的側(cè)向軸線定向。也可稱為豎直軸線的第三軸線可定向?yàn)橛衫@組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或接收的、即由主繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或由副繞組結(jié)構(gòu)接收電磁場(chǎng)的電磁場(chǎng)主傳播方向，即定向成從主繞組結(jié)構(gòu)朝向副繞組結(jié)構(gòu)。第一、第二和第三軸線可提供右手笛卡爾坐標(biāo)系。

第三軸線可垂直于路徑的表面定向，尤其是在主單元集成到路徑中和/或布置在路徑的表面之下的情況下，或者在副單元布置在車輛的下面或下方的情況下。

替代地，第三軸線可垂直于主單元的上表面定向，尤其是在主單元例如作為凸出的充電墊安裝在路徑的表面上的情況下，或者第三軸線可垂直于副單元的下表面。

長度可沿第一軸線測(cè)量，寬度可沿第二軸線測(cè)量，高度可沿第三軸線測(cè)量。關(guān)于方向的術(shù)語、例如“之上”、“之下”、“前”、“旁”可與上述縱向、側(cè)向和豎直軸線有關(guān)。

磁通引導(dǎo)裝置可布置在繞組結(jié)構(gòu)之下，尤其是在繞組結(jié)構(gòu)是主繞組結(jié)構(gòu)的情況下。在這種情況下，磁通引導(dǎo)裝置可作為副繞組結(jié)構(gòu)布置在主繞組結(jié)構(gòu)的相反側(cè)。

替代地，磁通引導(dǎo)裝置可布置在繞組結(jié)構(gòu)之上，尤其是在繞組結(jié)構(gòu)是副繞組結(jié)構(gòu)的情況下。在這種情況下，磁通引導(dǎo)裝置可作為主繞組結(jié)構(gòu)布置在副繞組結(jié)構(gòu)的相反側(cè)。

磁通引導(dǎo)裝置或磁通引導(dǎo)裝置的上表面可布置在垂直于上述第三軸線定向的平面中。磁通引導(dǎo)裝置優(yōu)選地包括多個(gè)引導(dǎo)元件、例如由磁性材料、優(yōu)選地鐵素體制成的條或板。

特別地，當(dāng)投影到共同的投影平面時(shí)，則繞組結(jié)構(gòu)或繞組結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生或接收電磁場(chǎng)的部分可完全布置在磁通引導(dǎo)裝置的包圍內(nèi)，其中，共同的投影平面可垂直于上述第三軸線定向。

這意味著磁通引導(dǎo)裝置的沿著第一軸線的長度大于繞組結(jié)構(gòu)的長度，并且磁通引導(dǎo)裝置的沿著第二軸線的寬度大于繞組結(jié)構(gòu)的寬度。

此外，所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置包括或提供具有第一磁阻的至少一個(gè)低磁阻區(qū)段和具有另外的磁阻的至少一個(gè)高磁阻區(qū)段，其中，所述另外的磁阻高于第一磁阻。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置包括或提供具有第一磁阻的兩個(gè)低磁阻區(qū)段和具有所述另外的磁阻的一個(gè)高磁阻區(qū)段。但是，磁通引導(dǎo)裝置也可包括或提供一個(gè)以上或兩個(gè)以上的低磁阻區(qū)段和/或一個(gè)以上的高磁阻區(qū)段。

特別地，所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置可布置或設(shè)計(jì)成使得由繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或接收的電磁場(chǎng)的在磁通引導(dǎo)裝置內(nèi)的或通過磁通引導(dǎo)裝置的至少一條場(chǎng)線的路線包括通過所述至少一個(gè)低磁阻區(qū)段的路線區(qū)段和通過所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段的路線區(qū)段。

場(chǎng)線可沿著閉合的路線延伸。更特別地，場(chǎng)線的閉合路線可布置在與上述第二軸線正交地定向的平面內(nèi)。在這種情況下，場(chǎng)線的方位可具有平行于第一軸線部分和/或平行于第三軸線的部分。

此外，低磁阻區(qū)段和高磁阻區(qū)段可沿著上述第一軸線彼此鄰近地布置。這意味著平行于第一軸線延伸通過磁通引導(dǎo)裝置的場(chǎng)線將延伸通過低磁阻區(qū)段和高磁阻區(qū)段。

換句話說，提供磁阻控制、優(yōu)選地沿通過磁通引導(dǎo)裝置的平均主場(chǎng)線的延伸方向的磁阻控制。

此外，高磁阻區(qū)段平行于繞組結(jié)構(gòu)的側(cè)向軸線延伸。如前所述，側(cè)向軸線也可以稱為第二軸線。優(yōu)選地，高磁阻區(qū)段沿磁通引導(dǎo)裝置的全寬度或總寬度延伸。這意味著高磁阻區(qū)段的寬度等于磁通引導(dǎo)裝置的寬度。如下文將說明的那樣，高磁阻區(qū)段也可具有預(yù)定長度(沿著縱向方向)和預(yù)定高度(沿豎直方向)、尤其與磁通引導(dǎo)裝置的高度相等的高度。

這有利地提供鄰近繞組結(jié)構(gòu)的體積中的磁通密度的有效減少。

根據(jù)本發(fā)明，高磁阻區(qū)段的幾何中心或中心線布置在由繞組結(jié)構(gòu)提供的兩個(gè)相鄰極點(diǎn)之間的中心平面內(nèi)。中心平面可由此為高磁阻區(qū)段的兩半提供鏡面。高磁阻區(qū)段的中心線可平行于上述第二軸線定向。

如上所述，繞組結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)、優(yōu)選地兩個(gè)子繞組。在兩個(gè)子繞組的情況下，高磁阻區(qū)段的幾何中心或中心線可布置在中心平面內(nèi)，其中，中心平面垂直于兩個(gè)子繞組的幾何中心之間的連接線定向并布置在所述幾何中心的中間。如果子繞組的幾何中心沿著第一軸線布置，則中心平面可垂直于上述第一軸線定向，并且可定位或布置在子繞組的兩個(gè)幾何中心之間的中間。

所述中心平面可提供兩個(gè)相鄰的極點(diǎn)之間的中心平面。

在另一優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段由位于兩個(gè)低磁阻區(qū)段之間的間隙、特別是氣隙提供。這意味著磁通引導(dǎo)裝置包括兩個(gè)低磁阻區(qū)段，所述低磁阻區(qū)段被提供高磁阻區(qū)段的間隙分開。

模擬和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，磁通引導(dǎo)裝置的這種設(shè)計(jì)有利地使得能夠減小繞組結(jié)構(gòu)的周圍環(huán)境中、特別是繞組結(jié)構(gòu)旁的周圍環(huán)境中的磁通密度，同時(shí)保持主繞組結(jié)構(gòu)之上或副繞組結(jié)構(gòu)之下的磁通密度幾乎不變。換句話說，所提出的磁通引導(dǎo)裝置的設(shè)計(jì)使得繞組結(jié)構(gòu)之外的、例如繞組結(jié)構(gòu)旁的體積中的磁通密度比繞組結(jié)構(gòu)之上(如果繞組結(jié)構(gòu)提供一個(gè)主繞組結(jié)構(gòu))或繞組結(jié)構(gòu)之下(如果繞組結(jié)構(gòu)提供一個(gè)副繞組結(jié)構(gòu))的體積中的磁通密度減小得更多。這進(jìn)而意味著人或物體可能暴露于的不期望的輻射被有效地減少，而功率傳輸效率不降低或僅最低程度地降低。

在另一實(shí)施例中，至少磁通引導(dǎo)裝置設(shè)計(jì)為磁通引導(dǎo)層。如果提供主繞組結(jié)構(gòu)，則所述磁通引導(dǎo)層可布置在繞組組構(gòu)之下，如果提供副繞組結(jié)構(gòu)，則磁通引導(dǎo)層可布置在繞組結(jié)構(gòu)之上。特別地，層的長度可大于繞組結(jié)構(gòu)的長度，層的寬度可大于繞組結(jié)構(gòu)的寬度。這有利地提供磁通量的有效引導(dǎo)。

在另一實(shí)施例中，磁通引導(dǎo)層包括一個(gè)或一個(gè)以上的鐵素體條或鐵素體板，其中，鐵素體條或鐵素體板平行于繞組結(jié)構(gòu)的縱向方向延伸?？v向方向可與上述第一軸線平行地定向。這可意味著鐵素體條或鐵素體板的長度可大于鐵素體條/板的寬度和/或高度。優(yōu)選地，多個(gè)鐵素體條或鐵素體板彼此鄰近地布置，從而提供磁通引導(dǎo)裝置的封閉(上)表面。在這種情況下，鐵素體條或板可鄰接。這意味著鐵素體條/板的接觸表面之間不設(shè)有氣隙。

這有利地提供了磁通引導(dǎo)裝置的簡單和便宜的層。

在一優(yōu)選實(shí)施例中，所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段至少部分地通過減少所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置的截面面積來提供。截面面積可以是在垂直于磁通方向或縱向軸線的截面的面積。磁通引導(dǎo)裝置中的磁通方向可平行于縱向方向。術(shù)語“減少”還包括磁通引導(dǎo)裝置中的中斷或間隙、即截面面積為零。截面面積的減少例如可由所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置中的凹部提供。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“凹部”也可表示孔、間隙、凹槽、螺母或縫隙。凹部可以是開口或通孔。這意味著凹部可從磁通引導(dǎo)裝置的一個(gè)表面延伸至磁通引導(dǎo)裝置的相反的表面。凹部或孔可具有沿著上述第三軸線的預(yù)定高度、例如等于磁通引導(dǎo)裝置的高度的高度。凹部例如也可設(shè)計(jì)為通道或凹口。在通過開口、例如通孔提供高磁阻區(qū)段的情況下，磁通引導(dǎo)裝置、特別是低磁阻區(qū)段被高磁阻區(qū)段中斷或間斷。在這種情況下，高磁阻區(qū)段可由布置在凹部中的空氣或其它材料提供。

然而，也可提供具有上述另外的磁阻的材料，以便補(bǔ)償截面面積的減小，其中，由該材料提供的體積分?jǐn)?shù)至少部分地提供高磁阻區(qū)段。所述材料例如可以是塑料。換句話說，具有所述另外的磁阻的材料可布置在上述凹部內(nèi)。

總而言之，設(shè)置凹部提供了高磁阻區(qū)段的非常簡單的設(shè)計(jì)。間隙可平行于上述第二軸線優(yōu)選地沿著磁通引導(dǎo)裝置的總寬度延伸。

模擬和實(shí)驗(yàn)已表明，在兩個(gè)低磁阻區(qū)段、例如由一個(gè)或一個(gè)以上的鐵素體條或鐵素體板的布置提供的低磁阻區(qū)段之間設(shè)置氣隙有利地提供了不期望的輻射的顯著減少，同時(shí)最小化用于感應(yīng)式功率傳輸且將被副繞組結(jié)構(gòu)接收的電磁場(chǎng)的減小。

在另一實(shí)施例中，功率傳輸單元包括用于控制、例如用于增加或減少磁通引導(dǎo)裝置中的磁通的至少一個(gè)磁通控制裝置。磁通控制裝置也可稱為磁阻控制裝置。所述至少一個(gè)磁通控制裝置可設(shè)置成相對(duì)于繞組結(jié)構(gòu)單獨(dú)的裝置或元件。所述至少一個(gè)磁通控制裝置可相對(duì)于磁通引導(dǎo)裝置被設(shè)計(jì)和/或布置成使得可控制磁通引導(dǎo)裝置的預(yù)定區(qū)段中的用于功率傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)的磁通。在這種情況下，所述區(qū)段可提供上述高磁阻區(qū)段?？上鄬?duì)于截面面積的減少附加地或替代地設(shè)置所述至少一個(gè)磁通控制裝置。

特別地，所述至少一個(gè)磁通控制裝置可由至少一個(gè)磁通控制繞組結(jié)構(gòu)、例如磁通控制線圈提供。磁通控制繞組結(jié)構(gòu)也可稱為磁阻控制繞組結(jié)構(gòu)。磁通控制繞組結(jié)構(gòu)可相對(duì)于磁通引導(dǎo)裝置布置成使得由磁通控制繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的控制磁通至少部分地疊加由繞組結(jié)構(gòu)生成并由磁通引導(dǎo)裝置引導(dǎo)和/或在磁通引導(dǎo)裝置的預(yù)定區(qū)段內(nèi)引導(dǎo)的磁通。

例如，磁通控制繞組結(jié)構(gòu)可繞磁通引導(dǎo)裝置、尤其繞磁通引導(dǎo)裝置的預(yù)定區(qū)段纏繞。由磁通控制繞組結(jié)構(gòu)圍繞的區(qū)域可垂直于在磁通引導(dǎo)裝置內(nèi)引導(dǎo)的磁通方向定向。

如果向磁通控制繞組結(jié)構(gòu)提供磁通控制電流，則控制磁通的方向可與磁通引導(dǎo)裝置中被引導(dǎo)的磁通的方向相反地或相同地定向。如果控制磁通至少部分地與磁通引導(dǎo)裝置中被引導(dǎo)的磁通的方向相反的定向，則磁通引導(dǎo)裝置的區(qū)段的形成的磁阻增大?？刂拼磐刂齐娏饔欣厥沟媚軌蛘{(diào)整形成的磁阻，并且例如能夠提供高磁阻區(qū)段。

在另一實(shí)施例中，高磁阻區(qū)段相對(duì)于繞組結(jié)構(gòu)對(duì)稱地設(shè)置。

本文中的對(duì)稱可表示高磁阻區(qū)段布置在幾何中心中，或者沿著磁場(chǎng)偶極子的中心線延伸，所述磁場(chǎng)偶極子在繞組結(jié)構(gòu)被激勵(lì)的情況下被提供，即產(chǎn)生電磁場(chǎng)或接收電磁場(chǎng)。磁場(chǎng)表示電磁場(chǎng)的磁性部分，并且可具有虛擬極，其中，幾何中心在這些極之間居中。中心線可包括幾何中心并且可以垂直于連接虛擬極的直線定向、例如平行于上述第二軸線定向。

如果繞組結(jié)構(gòu)為8字形且單相式，則所述幾何中心對(duì)應(yīng)于繞組結(jié)構(gòu)的幾何中心。此外，中心線可平行于上述第二軸線延伸并與幾何中心相交。

在多相系統(tǒng)的情況下，中心線不一定平行于上述第二軸線延伸并與幾何中心相交，而是根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)的沿著繞組結(jié)構(gòu)在第一軸線方向上的長度平行于第二軸線定向的所有部分。由于期望為工作電流的每個(gè)電流值、例如多相電流源的每個(gè)分量提供在虛擬極之間的形成的恒定或幾乎恒定的磁阻。這可能意味著需要例如通過很多小凹部提供多個(gè)高磁阻區(qū)段，以為工作電流的每個(gè)電流值相同地提供所需的磁阻值。所述多個(gè)高磁阻區(qū)段可相連接或不連接。

在另一實(shí)施例中，繞組結(jié)構(gòu)包括第一子繞組和至少一個(gè)另外的子繞組，其中，第一子繞組的繞組區(qū)段和所述另外的子繞組的繞組區(qū)段彼此平行地延伸且在共同的繞組區(qū)段內(nèi)彼此鄰近地布置。因此，共同的繞組區(qū)由兩個(gè)鄰近的子繞組的該鄰近的繞組區(qū)段提供。

這尤其包括第一子繞組和所述另外的子繞組的繞組區(qū)段可沿著第一軸線和/或第三軸線彼此鄰近地布置并且沿著第二軸線延伸的情況。第一子繞組的繞組區(qū)段與所述另外的子繞組的繞組區(qū)段可鄰接。

所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段布置在共同的繞組區(qū)段之下。這在僅包括兩個(gè)子繞組的所謂的雙-d繞組結(jié)構(gòu)的情況下有利地提供了高磁阻區(qū)段的對(duì)稱布置。

在另一實(shí)施例中，高磁阻區(qū)段的沿著主繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線的最大長度大于0.0mm且小于或等于30.0mm。優(yōu)選地，最大長度大于5.0mm，小于或等于20.0mm。

已經(jīng)證明，尤其在與繞組結(jié)構(gòu)間隔有限的距離范圍內(nèi)，隨著高磁阻區(qū)段的沿縱向軸線的長度增大，位于繞組結(jié)構(gòu)之上或之下的參考體積中的場(chǎng)密度(主磁化強(qiáng)度)比繞組結(jié)構(gòu)的參考體積之外的體積中的場(chǎng)密度減小得更少。在所述距離范圍之外，場(chǎng)密度可以為零或接近于零。這意味著主磁化強(qiáng)度比外部磁化強(qiáng)度減小得更少。

位于主繞組結(jié)構(gòu)之上或副繞組結(jié)構(gòu)以下的參考體積可以是圓柱形的體積，其中，圓柱形的底面由繞組結(jié)構(gòu)的圍繞提供，并且殼表面沿著上述第三軸線延伸。

所提出的間隔有利地覆蓋在主磁化強(qiáng)度降低與外部磁化之間提供良好折衷的長度值。

本文還步提出一種制造功率傳輸單元、例如主單元或副單元的方法，所述方法包括以下步驟：

-設(shè)置繞組結(jié)構(gòu)、例如主繞組結(jié)構(gòu)或副繞組結(jié)構(gòu)，

-設(shè)置用于引導(dǎo)由繞組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或接收的電磁場(chǎng)的磁通量的裝置的至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置，其中，所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置設(shè)置成、例如布置或設(shè)計(jì)成使得所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置包括或提供具有第一磁阻的至少一個(gè)低磁阻區(qū)段和具有另外的磁阻的至少一個(gè)高磁阻區(qū)段，其中，所述另外的磁阻高于第一磁阻。

所提出的方法有利地使得能夠提供根據(jù)本發(fā)明中描述的實(shí)施例中的一個(gè)的功率傳輸單元。由此，提出了一種包括用于制造這種功率傳輸單元的所有必要步驟的方法。

在另一實(shí)施例中，所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段設(shè)計(jì)和布置成使得所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段設(shè)計(jì)和/或布置成使得能夠提供位于繞組結(jié)構(gòu)之上(如果繞組結(jié)構(gòu)是主繞組)或繞組結(jié)構(gòu)之下(如果繞組結(jié)構(gòu)是副繞組)的參考體積中的預(yù)定參考點(diǎn)處的第一預(yù)定場(chǎng)密度，其中，位于參考體積之外的參考點(diǎn)處的磁通密度小于另外的預(yù)定磁通密度。

位于參考體積之內(nèi)和之外的參考點(diǎn)可定位在相同的高度水平處。

所述另外的預(yù)定磁通密度例如可以是在所述至少一個(gè)磁通引導(dǎo)裝置僅包括或提供恒定的、例如均勻的磁阻的情況下提供的磁通密度。

這意味著所述至少一個(gè)高磁阻區(qū)段可設(shè)計(jì)和/或布置成使得能夠提供參考體積之外的磁通密度的期望的減小，同時(shí)確保繞組結(jié)構(gòu)的參考體積中的期望的磁通密度和進(jìn)而的期望的磁耦合。特別地，高磁阻區(qū)段、例如氣隙的沿繞組結(jié)構(gòu)的縱向軸線的長度可選擇成使得預(yù)定的參考體積中的磁通密度達(dá)到在沒有所提出的高磁阻區(qū)段的情況下的磁通密度的預(yù)定百分率、例如50％、60％、70％、80％或甚至90％。然后，可改變安匝數(shù)，從而提供參考體積中的期望的磁通密度。這使得能夠在減小外部磁通密度的同時(shí)提供期望的主磁化強(qiáng)度。

在另一實(shí)施例中，功率傳輸單元的至少一個(gè)磁通控制裝置被控制，從而在磁通引導(dǎo)裝置的至少一個(gè)區(qū)段中提供期望的磁阻。特別地，可控制提供給功率傳輸單元的磁通控制繞組結(jié)構(gòu)的磁通控制電流，使得磁通引導(dǎo)裝置的預(yù)定區(qū)段內(nèi)的磁阻大于其余區(qū)段內(nèi)的磁阻。磁通控制電流可具有與供給至繞組結(jié)構(gòu)用于生成功率傳輸場(chǎng)的電流或由接收功率傳輸場(chǎng)的繞組結(jié)構(gòu)示出的電流相同的頻率和相位。

附圖說明

下面參照附圖描述本發(fā)明。

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的繞組結(jié)構(gòu)和磁通引導(dǎo)裝置，

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的繞組結(jié)構(gòu)磁通引導(dǎo)裝置，

圖3示出呈現(xiàn)磁通密度分布作為側(cè)向區(qū)域間隙的間距和長度的函數(shù)的相關(guān)性的示意圖。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的磁通引導(dǎo)裝置的示意性俯視圖，以及

圖5示出磁通引導(dǎo)裝置和磁通控制繞組結(jié)構(gòu)的透視圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平的具有的磁通引導(dǎo)裝置的主繞組結(jié)構(gòu)的透視圖.

示出了具有縱向軸線x、側(cè)向軸線y和豎直軸線z的參考坐標(biāo)系。參考坐標(biāo)系的原點(diǎn)o位于繞組結(jié)構(gòu)1的幾何中心。繞組結(jié)構(gòu)1包括矩形的第一子繞組2a和矩形的第二子繞組2b。這些子繞組2a、2b沿著縱向軸線x彼此鄰近地布置。

縱向方向由縱向軸線x的箭頭指示。相應(yīng)地，側(cè)向方向和豎直方向由相應(yīng)的軸線y、z的箭頭表示。

這意味著第一和第二子繞組2a、2b的幾何中心(未示出)布置在平行于縱向軸線x的線上。繞組結(jié)構(gòu)1相對(duì)于包括原點(diǎn)o的反射鏡面鏡像對(duì)稱，并且垂直于縱向軸線x定向。

沿豎直方向，磁通引導(dǎo)元件3布置在繞組結(jié)構(gòu)1之下。示出了磁通引導(dǎo)裝置3包括提供封閉的上表面的多個(gè)長條形磁通引導(dǎo)元件4。磁通引導(dǎo)元件4由鐵素體制成，也可稱為鐵素體元件或鐵素體板。

示出了磁通引導(dǎo)裝置3的長度大于共同的投影平面中的繞組結(jié)構(gòu)1的長度，其中，所述共同的投影平面正交于豎直軸線z定向。此外，磁通引導(dǎo)裝置3的寬度大于繞組結(jié)構(gòu)1的寬度。

還示出了屏蔽元件5，其例如可由鋁板提供。

該屏蔽元件5布置在磁通引導(dǎo)裝置3之下。

以下的描述涉及由所示繞組結(jié)構(gòu)1提供的主繞組結(jié)構(gòu)。然而，以下描述的方面也適用于副繞組結(jié)構(gòu)。在所示繞組結(jié)構(gòu)2對(duì)應(yīng)于副繞組結(jié)構(gòu)的情況下，通線引導(dǎo)元件3將布置在繞組結(jié)構(gòu)之上，其中，屏蔽元件5將布置在磁通引導(dǎo)元件3之上。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的繞組結(jié)構(gòu)1的透視圖和磁通引導(dǎo)裝置3。

與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)水平不同，磁通引導(dǎo)裝置3包括第一區(qū)段3a和第二區(qū)段3b以及位于第一和第二區(qū)段3a、3b之間的氣隙6。第一和第二區(qū)段3a、3b中的每一個(gè)都包括為每個(gè)區(qū)段3a、3b提供封閉的上表面的磁通引導(dǎo)元件4。第一區(qū)段3a提供第一低磁阻區(qū)段，氣隙6提供高磁阻區(qū)段，第二區(qū)段3b提供第二低磁阻區(qū)段。這意味著第一和第二區(qū)段3a、3b的磁阻低于氣隙6的磁阻。第一和第二區(qū)段3a、3b可具有相同的磁阻。

氣隙6平行于側(cè)向軸線y延伸，其中，氣隙6的沿著所述側(cè)向軸線y的寬度等于區(qū)段3a、3b的寬度。沿著側(cè)向軸線y延伸可意味著氣隙6提供的沿著側(cè)向軸線y的高磁阻區(qū)段的尺寸大于沿著縱向軸線x的高磁阻區(qū)段的尺寸。氣隙6的沿著縱向軸線x的長度從0.0mm(不包括)到30.0mm(包括)的區(qū)間中選擇。

示出了，第一和第二區(qū)段3a、3b具有相同的寬度、相同的長度和相同的高度、即厚度。還示出了，氣隙6的對(duì)稱的中心軸線布置在上述鏡面中并且平行于側(cè)向軸線y延伸。這意味著氣隙6也設(shè)計(jì)成相對(duì)于所述鏡面鏡面對(duì)稱。

還示出了第一子繞組2a的繞組區(qū)段7a和第二子繞組2b的繞組區(qū)段7b，它們沿著側(cè)向軸線y彼此平行地延伸，并且沿著縱向軸線x彼此鄰近地布置、即彼此鄰接。這些繞組區(qū)段7a、7b布置在第一和第二子繞組2a、2b的共同的繞組區(qū)段中。氣隙6布置在該共同的繞組區(qū)段的下方。

第一子繞組2a可提供第一極，第二子繞組2b可提供電磁場(chǎng)的第二極，特別是在繞組結(jié)構(gòu)1被激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的磁性部分的虛擬極。氣隙6布置成關(guān)于這些極鏡面對(duì)稱。這例如可意味著氣隙6布置成關(guān)于與連接兩個(gè)極的直線正交地定向的鏡面鏡面對(duì)稱，其中，氣隙6的中心線布置在該鏡面內(nèi)。換句話說，氣隙6在第一和第二子繞組2a、2b的下方對(duì)中地布置。

圖3示出了對(duì)于氣隙6的不同長度，磁通密度fd作為沿著側(cè)向軸線y相對(duì)于原點(diǎn)o(見圖2)距離的函數(shù)的相關(guān)性。具有矩形點(diǎn)的曲線圖表示在氣隙長度為0.0mm的情況下的磁通密度fd，這意味著該配置對(duì)應(yīng)于圖1所示的實(shí)施例。具有平行四邊形點(diǎn)的曲線圖表示在氣隙長度為5.0mm的情況下的磁通密度。具有三角形點(diǎn)的曲線圖表示在氣隙長度為10.0mm的情況下的磁通密度fd。具有十字形點(diǎn)的曲線圖表示在氣隙長度為20.0mm的情況下的磁通密度fd。

可以看出，氣隙6的長度越大，則隨著距離d增大，磁通密度fd減小得越多。然而，氣隙6的增大的長度也將降低沿豎直軸線z的磁通密度(參見圖2)，并由此削弱所示繞組結(jié)構(gòu)1與系統(tǒng)的用于感應(yīng)式功率傳輸?shù)牧硗獾睦@組結(jié)構(gòu)、例如副繞組結(jié)構(gòu)(如果所示的繞組結(jié)構(gòu)1是主繞組結(jié)構(gòu))或主繞組結(jié)構(gòu)(如果所示的繞組結(jié)構(gòu)1是副繞組結(jié)構(gòu))之間的磁耦合。

因此，必須找到在繞組結(jié)構(gòu)1的參考體積之外的體積中的磁通密度fd的減小與繞組結(jié)構(gòu)1之上的所述參考體積內(nèi)的減小之間的折衷方案。

繞組結(jié)構(gòu)1的也可稱為有效體積的參考體積可表示沿著豎直軸線z延伸并在垂直于豎直軸線z的截面中包括繞組結(jié)構(gòu)1的圓柱體積。

如果所示的繞組結(jié)構(gòu)1將對(duì)應(yīng)于副繞組結(jié)構(gòu)，則參考體積將位于繞組結(jié)構(gòu)1之下。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的磁通引導(dǎo)裝置3的示意性俯視圖。示出了第一和第二區(qū)段3a、3b，它們由長條形引導(dǎo)元件4、例如鐵素體條的布置提供。這些區(qū)段3a、3b在空間上被氣隙6分開。根據(jù)本發(fā)明，提供高磁阻區(qū)段的氣隙6布置在空間上分離的第一和第二區(qū)段3a、3b之間。示出了，氣隙6沿著側(cè)向軸線y沿著磁通引導(dǎo)裝置3的全寬度延伸。

圖5示出了磁通引導(dǎo)裝置3和磁通控制繞組結(jié)構(gòu)8的透視圖。磁通引導(dǎo)裝置3由長條形引導(dǎo)元件4、例如鐵素體條的布置提供。磁通引導(dǎo)裝置3在垂直于縱向軸線x定向的截面中具有恒定的截面面積。由繞組結(jié)構(gòu)1產(chǎn)生或由繞組結(jié)構(gòu)接收的功率傳輸場(chǎng)的功率磁通的磁通方向可以以與縱向軸線x的方向相反的方向定向。磁通控制繞組結(jié)構(gòu)8繞磁通引導(dǎo)裝置3的中間區(qū)段纏繞。如果向磁通控制繞組結(jié)構(gòu)8提供磁通控制電流，則將產(chǎn)生疊加功率磁通的控制磁通。如果控制磁通的磁通方向與功率磁通的方向相反地定向、例如沿縱向軸線x的方向定向，則在中間區(qū)段提供了高磁阻區(qū)段。通過調(diào)整磁通控制電流，可將磁阻調(diào)整到所需的值。