用于通過四極子感應(yīng)式地傳輸能量的初級(jí)側(cè)的線圈裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在初級(jí)側(cè)的線圈裝置和次級(jí)側(cè)的線圈裝置之間傳輸能量的 感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)的線圈裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 用于感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)的線圈裝置已知是多樣化的。例如使用簡單 的圓形平坦線圈或者兩個(gè)平坦的矩形線圈以在初級(jí)側(cè)上進(jìn)行能量傳輸。
[0003] 在已知的初級(jí)側(cè)的線圈裝置中不利的是，功率密度通常不是足夠高的或者由于所 選擇的線圈裝置而該線圈裝置僅與次級(jí)側(cè)上的特定的線圈裝置以令人滿意的效率共同作 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，提供一種初級(jí)側(cè)的線圈裝置，所述線圈裝置具有盡可能高的功 率密度并且此外只要需要的話就與不同的次級(jí)側(cè)的線圈裝置兼容。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的線圈裝置的一種線圈裝置實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明基于下述基本構(gòu)思：通過線圈電流彼此間的相位能夠確定通過四個(gè)線圈區(qū)域產(chǎn)生的 磁通量的彼此間的相位，使得根據(jù)使用特定的或者多個(gè)次級(jí)側(cè)的線圈裝置類型可實(shí)現(xiàn)最大 的功率密度。然而，本發(fā)明也包括如下實(shí)施方式，其中初級(jí)側(cè)的裝置始終僅與特定的次級(jí) 側(cè)的線圈裝置類型運(yùn)行，其中因此不再必須執(zhí)行對(duì)其它的次級(jí)側(cè)的線圈裝置類型的自動(dòng)匹 配。在這種情況下，持久地設(shè)定或調(diào)節(jié)電流，使得在初級(jí)側(cè)的線圈裝置的線圈區(qū)域中設(shè)定磁 通量彼此間相應(yīng)所需的相位。
[0006] 尤其有利的是，初級(jí)側(cè)的裝置識(shí)別次級(jí)側(cè)的線圈裝置類型從而能夠相應(yīng)設(shè)定或調(diào) 節(jié)線圈電流的相位。這能夠通過初級(jí)側(cè)的裝置和次級(jí)側(cè)的裝置之間的通信進(jìn)行。然而同樣 可行的是，初級(jí)側(cè)的裝置由于耦合識(shí)別次級(jí)側(cè)的線圈裝置的類型。因此初級(jí)側(cè)的控制設(shè)備 能夠在不同的模式之間改變初級(jí)側(cè)的線圈裝置的線圈區(qū)域中的磁通量的相位并且對(duì)于每 個(gè)模式確定耦合，其中最佳的耦合確定要選擇用于能量傳輸?shù)哪Ｊ健?br>[0007] 在最簡單的情況下，根據(jù)本發(fā)明的四個(gè)線圈區(qū)域分別通過各個(gè)盡可能不疊加的平 坦的線圈形成。然而，當(dāng)使用疊加的初級(jí)側(cè)的線圈時(shí)，可實(shí)現(xiàn)顯著更高的功率密度，其中所 述疊加的初級(jí)側(cè)的線圈形成四個(gè)線圈區(qū)域，其中各兩個(gè)線圈至少在三個(gè)側(cè)圍繞一個(gè)線圈區(qū) 域。因此四個(gè)線圈區(qū)域能夠有利地由四個(gè)矩形線圈形成，其中各兩個(gè)矩形線圈通過其較長 的側(cè)彼此并排設(shè)置并且共同分別形成線圈對(duì)。這兩個(gè)線圈對(duì)以彼此間旋轉(zhuǎn)90°的方式疊加 地設(shè)置。通過該有利的設(shè)置得到線圈的機(jī)械解耦和電解耦，由此通過更佳地利用鐵氧體實(shí) 現(xiàn)磁解耦回路和更高的功率密度。
[0008] 兩相的在空間上和時(shí)間上彼此移位90°的線圈系統(tǒng)產(chǎn)生在空間上旋轉(zhuǎn)的兩極的 場(chǎng)分布。
[0009] 線圈區(qū)域也能夠稱為磁極，因?yàn)槠涮卣髟谟?，在線圈區(qū)域的內(nèi)部，磁通量普遍具有 相同的相位。
[0010] 如果使用由單獨(dú)的圓形的次級(jí)線圈構(gòu)成的次級(jí)線圈裝置，其中所述次級(jí)線圈裝置 的外輪廓能夠?qū)?yīng)于具有四個(gè)線圈區(qū)域的初級(jí)側(cè)的線圈裝置的形狀和大小，那么在所述四 個(gè)線圈區(qū)域中磁通量從其相位起必須是相同的。這種運(yùn)行類型也能夠稱為第一模式。
[0011] 如果使用由兩個(gè)單獨(dú)的、矩形的并且彼此并排設(shè)置的次級(jí)線圈構(gòu)成的次級(jí)線圈裝 置，其中所述次級(jí)線圈裝置的外部的整體輪廓對(duì)應(yīng)于具有四個(gè)線圈區(qū)域的初級(jí)側(cè)的線圈裝 置的形狀和大小，那么初級(jí)線圈裝置的分別配設(shè)給次級(jí)側(cè)的線圈的線圈區(qū)域分別產(chǎn)生相相 同的磁通量。配設(shè)給不同的次級(jí)側(cè)的線圈的初級(jí)側(cè)的線圈區(qū)域的磁通量的相位彼此間為 180。。
[0012] 反之，如果使用同樣如初級(jí)側(cè)的線圈裝置那樣具有四個(gè)線圈區(qū)域的次級(jí)側(cè)的線圈 裝置，那么四個(gè)初級(jí)側(cè)的線圈區(qū)域應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生其相位對(duì)應(yīng)于0°、90°、180°和270°的磁通 量。這種運(yùn)行類型也能夠稱為第三模式。
[0013] 線圈裝置的線圈分別與電容形成并聯(lián)或者串聯(lián)振蕩電路。在使用串聯(lián)振蕩電路 時(shí)，線圈對(duì)的線圈能夠有利地串聯(lián)。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的初級(jí)側(cè)的線圈裝置能夠由各個(gè)線圈、有利地由四個(gè)平坦地疊加的繞 組形成，所述繞組與鐵氧體并聯(lián)地設(shè)置并且與該鐵氧體共同形成線圈和線圈區(qū)域。線圈區(qū) 域能夠方形地、矩形地、扇形地（餅圖切片）或者三角形地構(gòu)成，其中每個(gè)線圈區(qū)域設(shè)置在 直角坐標(biāo)系的一個(gè)象限中。最后，每個(gè)線圈區(qū)域的形狀在象限內(nèi)部能夠任意地構(gòu)成。初級(jí)側(cè) 的線圈裝置因此能夠具有矩形的、尤其方形的、環(huán)形的、尤其圓形的、或者橢圓形的外輪廓。 這同樣適用于次級(jí)側(cè)的線圈裝置。
[0015] 平坦的繞組能夠以如下形式對(duì)應(yīng)于所需要的線圈區(qū)域的形狀構(gòu)成：即所述平坦的 繞組包圍兩個(gè)線圈區(qū)域或?qū)ζ鋰?。在此，一個(gè)線圈能夠包圍兩個(gè)設(shè)置在相鄰的或者對(duì)角 地相對(duì)置的象限中的線圈區(qū)域，其中分別疊加的線圈大致彼此正交地設(shè)置。
[0016] 此外可行的是，至少一個(gè)另外的線圈平行于之前所描述的具有四個(gè)線圈區(qū)域的線 圈裝置設(shè)置，所述另外的線圈能夠產(chǎn)生固有的、磁解耦的磁場(chǎng)。由此能夠在初級(jí)側(cè)的線圈裝 置和次級(jí)側(cè)的線圈裝置之間發(fā)生水平移位時(shí)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的耦合。
[0017] 如在所有的感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)中那樣，線圈裝置的線圈分別與至少一個(gè)電容 器共同地形成振蕩電路。初級(jí)側(cè)的振蕩電路在此由至少一個(gè)受控的逆變器饋電。
[0018] 已證實(shí)有利的是，之前所描述的線圈對(duì)的線圈分別串聯(lián)連接，其中中央抽頭阻抗 通過其一個(gè)極與線圈對(duì)的這兩個(gè)串聯(lián)連接的線圈的連接點(diǎn)電連接，并且通過其另一個(gè)極與 逆變器的振蕩電路的正極或負(fù)極、中央點(diǎn)/中央抽頭電連接。
[0019] 同樣，要求保護(hù)一種具有根據(jù)本發(fā)明的初級(jí)線圈裝置的感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)。 次級(jí)線圈裝置在此能夠如上述那樣構(gòu)成。可以說可行的是，次級(jí)線圈裝置與初級(jí)線圈裝置 相同地構(gòu)成，其中于是僅須在下游連接整流器電路。
【附圖說明】
[0020] 下面根據(jù)附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。
[0021] 附圖示出：
[0022] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的具有四個(gè)位于一個(gè)平面中的線圈區(qū)域的線圈裝置；
[0023] 圖2示出與次級(jí)的圓形的線圈裝置相互作用的具有四個(gè)線圈區(qū)域的初級(jí)線圈裝 置；
[0024] 圖3示出由四個(gè)矩形線圈構(gòu)成的初級(jí)線圈裝置；
[0025] 圖4和5示出與由兩個(gè)矩形線圈構(gòu)成的次級(jí)線圈裝置共同作用的具有四個(gè)線圈區(qū) 域的初級(jí)線圈裝置；
[0026] 圖6示出由四個(gè)半圓形的并且疊加的線圈構(gòu)成的初級(jí)線圈裝置；
[0027] 圖7示出由四個(gè)三角形的并且疊加的線圈構(gòu)成的初級(jí)線圈裝置；
[0028] 圖8示出由兩個(gè)形成8字形的線圈構(gòu)成的初級(jí)線圈裝置的特殊形狀，所述線圈彼 此正交地設(shè)置并且形成四個(gè)線圈區(qū)域；
[0029] 圖9示出具有初級(jí)側(cè)的和次級(jí)側(cè)的線圈裝置的感應(yīng)式的能量傳輸設(shè)備；
[0030] 圖10示出初級(jí)線圈裝置作為螺線管的一個(gè)可行的實(shí)施方式；
[0031] 圖11示出根據(jù)圖9的初級(jí)線圈裝置與次級(jí)螺線管線圈裝置；
[0032] 圖12示出用于感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)的初級(jí)側(cè)的電路；
[0033] 圖13示出用于感應(yīng)式的能量傳輸系統(tǒng)的次級(jí)側(cè)的電路。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的線圈裝置A1，所述線圈裝置具有四個(gè)位于一個(gè)平面中的線 圈區(qū)域BE P1、BEP2、BEpJP BE P4。線圈區(qū)域BEP1、BEP2、BEP#P BE P4設(shè)置在象限I至IV中以更 好地理解本發(fā)明。顯然也可行的是，各個(gè)線圈區(qū)域BEP1、BE P2、BEP3和BEP4具有彼此不同的形 狀和大小。線圈區(qū)域BE P1、BEP2、BEpJP BE P4通過線圈展開，所述線圈在圖1中未示出，因?yàn)?線圈形狀和線圈數(shù)量能夠不同地構(gòu)成。
[0035] 根據(jù)所使用的次級(jí)側(cè)的線圈裝置A2的類型，能夠設(shè)定在各個(gè)線圈區(qū)域BE P1、BEP2、 BEpJP BEp4中的磁通量的相位。如果始終僅使用或應(yīng)用一個(gè)次級(jí)側(cè)的線圈裝置類型，那么初 級(jí)側(cè)的線圈裝置A 1的各個(gè)線圈區(qū)域BE P1、BEP2、BEpJP BE P4中的相位能夠固定地預(yù)設(shè)。一旦 需要互通性、即不同構(gòu)成的次級(jí)側(cè)的線圈裝置A2應(yīng)借助于初級(jí)側(cè)的線圈裝置A i輸送能量， 那么在初級(jí)側(cè)的線圈區(qū)域BEP1、BEP2、BEpJP BE P4中的磁通量的相位是彼此可變的。
[0036] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的與次級(jí)線圈裝置A2共同作用的初級(jí)線圈裝置A1，所述初級(jí) 線圈裝置具有四個(gè)線圈區(qū)域BE pi、BEP2、BEjP BE P4，所述次級(jí)線圈裝置具有圓形的線圈SPsi。 線圈裝置4和A 2優(yōu)選具有相同的外輪廓。然而，線圈裝置A JP A 2的形狀和大小彼此不同 是可行的。為了能夠以最大的效率將能量從線圈裝置A1傳輸?shù)酱渭?jí)側(cè)的線圈裝置A 2，如在 圖2中右側(cè)所示出的那樣，在各個(gè)線圈區(qū)域BEP1、BEP2、BE P，BE Ρ4ψ，磁通量B連B 4的相位 φΒ,必須是相同的、即相位差在所有的線圈區(qū)域之間為0°。
[0037] 圖3示出由四個(gè)矩形線圈5?1至5?4構(gòu)成的初級(jí)的線圈裝置六 1。線圈SPdPSP2B 成第一線圈對(duì)3匕1并且線圈SP 3至SP 4形成第二線圈對(duì)SP S2。流經(jīng)線圈SP1的電流I i的相 位φ?ι被選擇為，使得在由線圈SP1合圍的總面積中設(shè)定相位CpBspiS 〇°的磁通量Bspi。 流經(jīng)