具有用于接收磁場和用于通過磁感應產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
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于接收磁場并且用于通過磁感應產生電能的、特別是由車輛使用的接收裝置。本發明還涉及一種制造所述接收裝置的方法。特別是，本發明可被應用于向車輛進行無線電能傳輸的領域，所述車輛是比如道路汽車、公共汽車、貨車、卡車以及運載車輛(例如鏟車)和軌道車。接收裝置應該適合以至少以千瓦范圍(例如，20kW)的速率產生電力。
【背景技術】
[0002]WO 2012/010649A2公開了一種用于接收電磁場、用于通過感應來由電磁場產生電能和為負載提供電能、特別是為軌道車(例如，電車)或者道路車輛提供能量的裝置。為了通過感應來產生電能，接收裝置包括可由一個或多個電導體繞組來實現的至少一個感應器。當從接收裝置為負載提供電能時，由感應器所產生的交流電被整流。整流器的輸出端連接至負載。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電容器來實現。
[0003]存在對于將所述接收裝置或者不同的接收裝置集成到現有機動車輛(比如道路汽車)中的需求。接收裝置的重量應該小，因為應該盡可能小地影響車輛的最大收益負載。另外，接收裝置的結構和接收裝置的安裝應該穩定并且還便于組裝。應該利用特別是車輛車身的底部區域中的已有空間。一般地，通過車輛底部下方的裝置來產生磁場(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，即從底側接收磁場。然而，如果磁場產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，并且在運行期間，磁場進入接收裝置或者接收側上的接收裝置殼體。
[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導電元件，所述導電元件被分配給接收線圈并且被設計成能聚集磁場強度并由與空氣相比導磁率高的材料制成。
[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超出可磁化材料的區域。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。
【發明內容】
[0006]本發明的一個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，接收裝置應該機械地穩定并且可以以小成本生產。
[0007]根據本發明的基本思想，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相反的一側之間。替代地，厚度可以被稱為“深度”。測量厚度或深度的方向是從接收裝置的接收側至接收裝置的與接收側相反的一側的方向。
[0008]通過改變可磁化材料的深度，可以節省重量。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更深并且在深度足夠時不過于深。特別是，可磁化材料的深度被設計成:從接收側觀察時，與由通過所述至少一個線圈的電流產生的電磁場較小的線圈區域后方位置相比，可磁化材料的深度在由通過所述至少一個線圈的電流產生的電磁場較大的線圈區域后方位置處更大。對于由用于通過感應將能量傳輸至接收裝置的發生裝置產生、并且在接收側進入接收裝置的磁場而言，假如該磁場的磁場強度沿線圈的延伸范圍是基本上恒定的，則僅線圈中感應出的電流引起線圈后方的磁場強度變化。
[0009]特別是，如果接收側是底側，則可磁化材料設置在線圈上方。在任何情況下，磁場的場線在接收側進入接收裝置，穿透由線圈覆蓋的區域并且被重新引導并被捆束在可磁化材料內以便返回至磁場產生裝置。
[0010]優選地，在線圈被設置成產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構的輪廓可以是具有較深的中心區域和兩個深度較小的邊緣區域的帽狀形狀。特別是，所述較深的中心區域位于線圈的具有更多平行電線的區域后方，從而與邊緣區域相比產生更大的電磁場。特別是，中心區域和兩個深度較小的邊緣區域可在面向線圈的一側上形成平面輪廓(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產生電能、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電線的至少一個線圈，且其中，磁場在運行期間在所述至少一個線圈中感應出電壓，
[0014]-接收裝置和所述至少一個線圈適于從接收裝置的接收側接收磁場，
[0015]-接收裝置包括磁場成形布置結構，該磁場成形布置結構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觀察時，磁場成形布置結構被布置在所述至少一個線圈后方，
[0017]-沿從接收裝置的接收側至接收裝置的與接收側相反的一側的方向所測得的磁場成形布置結構的深度是變化的。
[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產生電能、特別是由車輛使用的接收裝置的方法，其中
[0019]-提供具有至少一個電線的至少一個線圈，其中，所述至少一個線圈包括電感器，以使磁場在接收裝置運行期間在所述至少一個線圈中感應出電壓，
[0020]-所述線圈被設置成從接收裝置的接收側接收磁場，
[0021]-從接收裝置的接收側觀察時，磁場成形布置結構被布置在所述至少一個線圈后方，該磁場成形布置結構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至接收裝置的與接收側相反的一側的方向所測得的磁場成形布置結構的深度是變化的。
[0023]特別是，接收裝置可包括用于傳輸不同相交流電的多個電線。附加地或者選擇性地，接收裝置可包括多個線圈，其中，相同相線的線圈可彼此相鄰地設置，且不同相線的線圈可相互重疊。“重疊”是指磁場線也穿透了重疊的線圈，所述磁場線在接收側進入接收裝置并且朝著與接收側相反的一側穿透線圈。
[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可能改變。優選地，接收裝置的線圈與設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)相結合。
[0025]特別是，被所述至少一個線圈覆蓋的區域包括線圈的任何繞組所環繞的整個區域。
[0026]特別是，可以在線圈與磁性材料之間設置一層電絕緣材料和/或彈性材料。在導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械振動和磨損。
[0027]特別是，磁場成形布置結構由可磁化材料制成的多個磁場成形元件形成。使用磁場成形元件便于形成磁場成形布置結構。可以堆疊更多或更少的磁場成形元件，以便改變磁場成形布置結構的深度。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，可節省可磁化材料并且還減少了重量。優選地，所述間隙根據可磁化材料的期望屏蔽效應來選擇尺寸并且適于磁場成形布置結構的深度。例如，如果從線圈觀察，可以通過磁場成形布置結構后方的磁場的最大值來限定期望的屏蔽效應。
[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構的深度是變化的，因為不同數量的磁場成形元件沿從接收側至與接收側相反的一側的方向相互堆疊。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構的期望深度變化。
[0029]優選地，磁場成形布置結構的深度變化通過由不可磁化材料制成的至少一個補償元件來補償。優選地，補償元件的材料與磁性材料相比單位體積的重量更輕。“補償”是指由磁場成形布置結構和所述至少一個補償元件組成的組合布置結構的總深度變化小于磁場成形布置結構的深度變化。可能的、但不優選的是，所述至少一個補償元件被設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補償元件的組合堆疊。在該情況下，磁場成形布置結構的深度等于總深度減去所述至少一個補償元件的深度。例如，補償元件可由塑料、例如聚合物制成。
[0030]磁場成形布置結構的補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，這種層可以被設置在磁場成形布置結構后方。其他層可以是由導電材料制成的、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構的深度變化未被補償，則需要這些層和模塊被調整以適應磁場成形布置結構的深度剖面形狀。否則，機械穩定性就有危險。因為可制造出具有不同深度剖面形狀的磁場成形布置結構的接收裝置，因此需要用于相應接收裝置的單獨成形部分。因此，如果深度變化被補償，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]優選地，深度變化被補償，以使由磁場成形布置結構和所述至少一個補償元件組成的組合裝置的深度是恒定的。由于該深度補償，可在接收裝置超出磁性層的區域中(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