專利名稱：感應(yīng)式電力傳輸設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生或接收磁通的設(shè)備。本發(fā)明特別但不唯一具有對(duì)于低輪廓 (low profile)、大體平的裝置的應(yīng)用，該裝置例如是板(pad)，用于使用感應(yīng)式電力傳輸 (IPT)系統(tǒng)的電力傳輸。
背景技術(shù)：
IPT系統(tǒng)、和包括一個(gè)或多個(gè)繞組的板的使用在公開(kāi)國(guó)際專利申請(qǐng)WO 2008/140333中有介紹，該專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)參考包括在這里，這些繞組可以包括用于感應(yīng)式電力傳輸?shù)某跫?jí)或次級(jí)繞組。IPT電力傳輸板的一種具體應(yīng)用是電動(dòng)車輛充電。IPT 電力傳輸板既用在車輛中作為電力“拾取”裝置(即，IPT系統(tǒng)的次級(jí)側(cè)繞組)，又用在諸如車庫(kù)地板之類的靜止位置處作為“充電板”(即，初級(jí)側(cè)繞組)，電力來(lái)源于該“充電板”。在用于感應(yīng)充電電動(dòng)車輛的拾取裝置的發(fā)展中，引起一些關(guān)注的問(wèn)題是在車輛下方可用的空隙(clearance)。利用常規(guī)拾取電路，可在高達(dá)大概IOOmm的距離處提供足夠量的功率，在這時(shí)，耦合因數(shù)變得如此小，以致于它成為不實(shí)際的。一般承認(rèn)，對(duì)典型的電動(dòng)車輛整夜充電要求的功率是約2. OkW，從而在整夜充電模式中，可以傳輸大約MkWH。對(duì)于現(xiàn)代電動(dòng)車輛，這是足以行駛大于IOOkm的能量，并且對(duì)用于諸如送小孩上學(xué)、跑腿、短程上下班等之類的任務(wù)的小型車輛是理想的。感應(yīng)耦合充電器通常使用兩個(gè)電力板，這兩個(gè)電力板的形狀是圓形的，并且可以具有400mm直徑乘25mm厚的尺寸，如圖1所示。然而，為了使用諸如這樣的感應(yīng)式充電器， 車輛必須相對(duì)準(zhǔn)確地定位在充電板上方(典型地在50mm的精確對(duì)準(zhǔn)內(nèi))，并且必須緊密地控制車輛上的電力板與地面上的電力板之間的間隔。在原理上，感應(yīng)式電力傳輸對(duì)于在Omm 與IOOmm之間的垂直間距可以實(shí)現(xiàn)，但如果系統(tǒng)被設(shè)置為100mm，則它在120mm處功率將有非常大的減小，并且在50mm以下將是不可操作的。這種狀態(tài)的事情的發(fā)生是因?yàn)殡娏Π宓淖愿泻突ジ卸茧S板之間的距離變化而大大地不同。作為兩個(gè)相同圓形板的間隔的函數(shù)的自感和互感示出在圖2中，這兩個(gè)相同圓形板具有圖1的構(gòu)造。因而在IOOmm處，電力板接收器或拾取器對(duì)于500W的功率額定值可以具有100V的拾取電壓和5. OA的短路電流。如果 IPT系統(tǒng)電子裝置按4的Q因數(shù)操作，那么2kW可傳輸?shù)诫姵?，盡管在適當(dāng)電池電壓下產(chǎn)生需要的功率時(shí)仍然有要克服的困難。在拾取板(即，車輛安裝電力板)中的感應(yīng)電壓對(duì)于間隔非常敏感(與在圖2中示出的互感的變化相對(duì)應(yīng))，從而在120mm處，它減少近似40%，而在50mm處增大因數(shù)2。 功率的減小意味著，車輛在通常時(shí)間中不會(huì)充分地充電，但更有挑戰(zhàn)性的情形是，在較小間隔處，功率傳輸可能如此之高，從而電路的元件過(guò)載。而且，隨著間隔減小，拾取線圈的自感也變化，從而電路偏移頻率操作，將額外的壓力置于電源上。隨著間隔變得更小，在電源上由在初級(jí)側(cè)上的非調(diào)諧拾取引起的這種壓力不能承受，并且系統(tǒng)必須停機(jī)。在實(shí)際中，可行的是，按在40與IOOmm之間的間隔操作，但更大范圍太困難。從40至IOOmm的間隔范圍很小。如果車輛具有相對(duì)高的地面間隙，那么或者在車輛上的電力板必須降低，或者在地面上的電力板必須升高。用于這樣做的自動(dòng)系統(tǒng)犧牲了充電系統(tǒng)的可靠性?？蛇x擇地，在地面上的板可在固定的但增高的平面臺(tái)上，但當(dāng)汽車不是正在充電時(shí)，這樣的板是有絆倒危險(xiǎn)的，并且這種情形一般在涉及車輛和行人的車庫(kù)或其它位置要避免。圖1的已知電力板構(gòu)造包括鋁殼體1，該鋁殼體1典型地包含八個(gè)鐵氧體磁棒2和線圈3。在線圈中的電流在鐵氧體磁棒中弓I起磁通，并且這種磁通具有在鐵氧體磁棒上開(kāi)始并且在包括線圈的路徑中傳播到磁棒的另一個(gè)端部的磁力線，該路徑可以被設(shè)想成是半橢圓形狀。用于單個(gè)磁棒的磁力線4示出在圖3中。磁力線沿向上方向離開(kāi)鐵氧體，并且傳播到磁棒的另一個(gè)端部，按直角進(jìn)入。沒(méi)有磁通從板的背后出去，因?yàn)閷?shí)心鋁支撐板1防止它這樣做。在實(shí)際的板中，八個(gè)磁棒給出在圖4中的橫截面中近似表示的磁通圖案。實(shí)際磁通圖案的仿真示出在圖4A中。由圖4A可看到，在最高點(diǎn)處，磁力線基本上是水平的。因此，為了得到在初級(jí)板與次級(jí)板之間可能的最大間隔，有利的是檢測(cè)該水平磁通。然而，水平磁通仍然相對(duì)靠近板 (從板延伸板的直徑的近似四分之一)，并且在電力板的正中心處根本沒(méi)有水平磁通。因而在其中最大磁通密度理想的點(diǎn)(中心)處，實(shí)際可用的水平磁通分量是零。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于感應(yīng)式電力傳輸?shù)母倪M(jìn)設(shè)備或方法、或一種改進(jìn) IPT電力傳輸板，或者至少提供一種有用的替換方案。相應(yīng)地，在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種磁通板，該磁通板具有前正面和后正面，用來(lái)在前正面中或從超出前正面的空間產(chǎn)生磁通或接收磁通，所述板包括兩個(gè)磁極區(qū)域，用于發(fā)送或接收磁通，導(dǎo)磁磁芯，兩個(gè)線圈，磁性地與磁芯相關(guān)聯(lián)，由此，磁通在磁極區(qū)域中的一個(gè)磁極區(qū)域處進(jìn)入板，并且在另一個(gè)磁極區(qū)域處離開(kāi)板。線圈在一個(gè)實(shí)施例中是扁平線圈，并且每個(gè)線圈可以限定磁極區(qū)域之一。線圈可以是螺旋纏繞線圈。在一個(gè)實(shí)施例中，線圈布置在磁芯的最靠近板的前正面的一側(cè)上，并且線圈和磁芯一起形成在板中的磁通路徑。磁芯可以包括導(dǎo)磁材料(如鐵氧體)的多個(gè)節(jié)段。在一個(gè)實(shí)施例中，線圈的多個(gè)匝散布在磁極區(qū)域之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，線圈的多個(gè)匝集中在磁極區(qū)域之間的區(qū)以外的區(qū)域處，如在板的端部的區(qū)域處。線圈中的每一個(gè)可以是非對(duì)稱的，線圈的繞組的組合在磁極區(qū)域之間比在板的外周處寬。在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)線圈彼此緊密相鄰地布置在磁極區(qū)域之間的區(qū)中。線圈可以在磁極區(qū)域之間的區(qū)彼此接觸。線圈可以被成形為提供磁極區(qū)域和在磁極區(qū)域之間的磁通管(flux pipe)。線圈也可以大體在同一平面中。在另外的方面，本發(fā)明提供一種磁通板，該磁通板具有前正面和后正面，用于在板的超出前正面的空間中產(chǎn)生磁通，所述板包括兩個(gè)磁極區(qū)域，用于發(fā)送或接收磁通，導(dǎo)磁磁芯，兩個(gè)線圈，與磁芯相關(guān)聯(lián)并且設(shè)置在磁芯與板的前正面相鄰的一側(cè)上，由此，板在空間中產(chǎn)生弧形磁通，從而基本上每根磁力線在磁極區(qū)域之一上開(kāi)始， 呈弧形，直到(arch to)第二磁極區(qū)域，并且穿過(guò)磁芯與其自己接合，從而在板的后正面處基本上沒(méi)有磁通存在。在更進(jìn)一步的方面，本發(fā)明提供一種磁通板，該磁通板具有前正面和后正面，用來(lái)從板的超出前正面的空間中接收磁通，該板包括兩個(gè)磁極區(qū)域，用于發(fā)送或接收磁通，導(dǎo)磁磁芯，兩個(gè)線圈，與磁芯相關(guān)聯(lián)并且設(shè)置在磁芯的與板的前正面相鄰的一側(cè)上，并且適于接收水平磁通分量，及另外的線圈，磁性地與磁芯相關(guān)聯(lián)，并且適于接收垂直磁通分量。在又進(jìn)一步的方面，本發(fā)明提供一種IPT系統(tǒng)，該IPT系統(tǒng)包括根據(jù)以上陳述的任一項(xiàng)的磁通板。該系統(tǒng)也可以包括根據(jù)以上陳述的發(fā)射器板和接收器板。IPT系統(tǒng)可以將電力供給到電動(dòng)車輛。在另外的方面，本發(fā)明提供一種IPT電力傳輸磁通發(fā)射器或接收器，該發(fā)射器或接收器包括磁通攜帶部件，具有相對(duì)高的磁導(dǎo)率，并且具有兩個(gè)端部；兩個(gè)繞組，電磁地與磁通攜帶部件相關(guān)聯(lián)，并且磁通攜帶部件具有兩個(gè)磁通發(fā)射或接收區(qū)，一個(gè)區(qū)被設(shè)置成與每個(gè)端部相鄰，由此磁通大體僅在發(fā)射或接收區(qū)處或其鄰近存在或者進(jìn)入磁通攜帶部件。本發(fā)明的其它方面由如下描述將成為顯然的。


下面參照附圖作為例子將描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，在附圖中圖1是已知形式的IPT電力傳輸板的一部分的立體圖；圖2是對(duì)于諸如圖1的板之類的板，電感測(cè)量和磁鏈(flux linkage)效率關(guān)于高度位移的曲線圖
圖3是圖1的板的一部分的橫截面的示出了磁力線的視圖；圖4是圖1的板的橫截面的示出了磁力線的平面圖和視圖；圖4A是圖1的板的磁場(chǎng)(由磁力線指示)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的仿真的橫截面的視圖；圖5A是感應(yīng)式電力傳輸設(shè)備的實(shí)施例的平面圖，該感應(yīng)式電力傳輸設(shè)備可以被設(shè)置成板的形式；圖5B是圖5A的設(shè)備的側(cè)視圖；圖5C是圖5B的視圖，但還示出了磁力線；圖5D是穿過(guò)根據(jù)圖5A-5C的板的橫截面的計(jì)算機(jī)仿真，表明在使用中由這樣的板產(chǎn)生的磁力線；圖6是用于感應(yīng)式電力傳輸設(shè)備的另外的實(shí)施例的電布線圖的圖示說(shuō)明，該感應(yīng)
6式電力傳輸設(shè)備包括中心線圈或正交線圈；圖7A是從磁通發(fā)射器和磁通接收器(定向在磁通發(fā)射器上方)下方看到的等軸測(cè)圖；圖7B是從圖7A的布置的上方看到的等軸測(cè)圖；圖8A示出了當(dāng)發(fā)射器和接收器按在發(fā)射器與接收器之間的200mm間隔對(duì)準(zhǔn)時(shí)基于圖7A和7B的布置的仿真的磁力線；圖8B示出了當(dāng)發(fā)射器和接收器在X軸方向上誤對(duì)準(zhǔn)時(shí)基于圖7A和7B的布置的仿真的磁力線；圖9是關(guān)于圖7A和7B的布置，功率相對(duì)于在X軸方向上的位移的圖；圖10是關(guān)于圖7A和7B的布置，功率相對(duì)于在Y軸方向上的位移的圖；圖11是用于以上圖的板的線圈的繞組布置的示例圖；圖12是用于根據(jù)以上圖的板的構(gòu)造的線圈架(former)或支撐板的平面圖；圖13是圖12的線圈架的等軸測(cè)圖；及圖14是支持板的等軸測(cè)圖，該支持板適于連結(jié)到在圖12和13中示出的線圈架的后部。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在公開(kāi)IPT電力傳輸布置的一種新概念。在本文中描述的實(shí)施例涉及磁通傳輸和接收設(shè)備。這些通常(盡管不是必需地)按分離的單元的形式提供，該分離的單元可以方便地稱作電力傳輸板，即可以是便攜式的裝置，并且典型地相對(duì)于第三維在兩維方面具有較大的范圍，從而它們可以用在諸如電動(dòng)車輛充電的應(yīng)用中，在電動(dòng)車輛充電中，一個(gè)板設(shè)置在地面(如車庫(kù)地板)上，并且另一個(gè)在車輛中。然而，公開(kāi)的主題也可以被設(shè)置成其它布置，包括像例如道路之類的永久結(jié)構(gòu)，并且不需要采取板的形式。類似附圖標(biāo)記貫穿說(shuō)明書指示類似特征。參照?qǐng)D5A的布置，示出了板，該板使用整體被標(biāo)記為10的新穎的“磁通管”，以連接包括磁極區(qū)域11和12的兩個(gè)分離的磁通發(fā)射器/接收器區(qū)。磁通管提供高磁通集中度的大致細(xì)長(zhǎng)區(qū)，從該細(xì)長(zhǎng)區(qū)理想地沒(méi)有磁通逸出。在這個(gè)實(shí)施例中的磁通管10具有磁芯 14，該磁芯14包括導(dǎo)磁材料，如鐵氧體，以吸引磁通停留在磁芯中。關(guān)于電路，在導(dǎo)體(典型地對(duì)于銅導(dǎo)電率是5. 6X IO7)和空氣(在10_14的量級(jí)上)的電導(dǎo)率之間具有巨大差別， 但這種情形不適合磁場(chǎng)，其中，在鐵氧體與空氣之間的磁導(dǎo)率差別僅為10，000 1或更小的量級(jí)。因而，在磁路中，在空氣中的泄漏磁通始終存在，并且這必須被控制以得到最好結(jié)^ ο扁平線圈或繞組17位于磁芯14的頂部上，以提供磁通管。沒(méi)有穿過(guò)線圈17的、 經(jīng)由磁通管的直路徑。相反，線圈17的布置意味著，穿過(guò)區(qū)域11或12之一進(jìn)入板的磁通穿過(guò)相關(guān)線圈17傳播到磁芯14中，從該處它沿磁芯傳播，然后穿過(guò)另一個(gè)區(qū)域12或11離開(kāi)板出去，并穿過(guò)空氣回到第一個(gè)區(qū)域11或12完成其路徑，以形成完整彎曲磁通路徑。如此形成的磁通路徑基本上完全在板的前表面上方，并且延伸到前表面以外的空間中。線圈 17的布置也意味著，基本上沒(méi)有磁通延伸超出板的后正面。因而，繞組17的取向保證了磁通路徑按曲線導(dǎo)向出到在板的前表面前方的空間中，并且線圈17跨磁芯14的上表面的散布或分布性質(zhì)保證，在板的中心中的磁通主要約束在磁芯內(nèi)。線圈17也限定間隔開(kāi)的磁極區(qū)域，從而經(jīng)磁極區(qū)域?qū)⒋磐ㄒ龑?dǎo)到板中和板外，并且在超出板的前表面的空間中形成弧形環(huán)路，以在板的前表面上方的較遠(yuǎn)距離處提供顯著的水平磁通分量。在優(yōu)選實(shí)施例中，有彼此緊密接近的兩個(gè)線圈17。線圈17是螺旋纏繞的。在圖 5A至5C中示例的圖示實(shí)施例中，線圈17采取阿基米德螺線的形式，并且沿中心線17A接觸。包括磁芯14的磁通管10延伸到線圈17的端部。線圈17大體是平面的，并且布置在磁芯14 一側(cè)上的大體同一平面中。磁芯14的實(shí)際長(zhǎng)度不是關(guān)鍵的。在一個(gè)實(shí)施例中，它應(yīng)該包括線圈17的中心線，并且應(yīng)該延伸穿過(guò)在每個(gè)線圈的中心的孔至少到由A指示的位置。磁芯14可以在線圈17下方延伸到位置B或甚至更遠(yuǎn)。在線圈17中的孔限定磁極區(qū)域11和12，這些磁極區(qū)域11和12起用于板的磁通接收器/發(fā)射器區(qū)的作用。在一個(gè)實(shí)施例中，磁芯14由呈帶條或節(jié)段的鐵氧體磁棒制成(未示出在圖5A-C 中，但示例在圖7A和7B中)。氣隙在帶條之間是可接受的，這簡(jiǎn)化了制造。理想的磁通路徑20示出在圖5C中，并且僅在磁芯14的一側(cè)上，這是理想情形。在原理上，理想地沒(méi)有磁通延伸到板的后面以外(即，在磁芯14的與安裝線圈17的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上)，并因此不需要鋁屏或其它磁通排斥部件。然而，在實(shí)際中，輕的屏可以用在某些實(shí)施例中，因?yàn)樵诎ù判?4的鐵氧體磁棒中的誤差和缺陷，可引起應(yīng)該包含的少量泄漏磁通。圖5D示出了在圖5A-5C中的板構(gòu)造當(dāng)用于產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)的仿真結(jié)果。如可看到的那樣，磁通路徑穿過(guò)超出板的前表面的空間，符合大致弧形形狀。根據(jù)上面剛剛描述的布置的感應(yīng)式電力傳輸板非常容易使用，因?yàn)閬?lái)自它們的泄漏磁通很小。它們可被放置得很靠近金屬物體，而沒(méi)有性能的損失，并且它們不受連接導(dǎo)線等的巨大影響。第二實(shí)施例在另外的實(shí)施例中，可注意到，在車輛上水平安裝的接收器或拾取板中的線圈的布置，例如，使得拾取板對(duì)于磁通的第一方向敏感，該第一方向相對(duì)于磁通發(fā)生器(水平定向的發(fā)射器板)縱向取向(即，具有與磁芯14相平行的方向，并且參照附圖是在X軸方向上)。為了關(guān)于誤對(duì)準(zhǔn)改進(jìn)接收器的磁耦合，可布置“第二”線圈，該“第二”線圈對(duì)于磁通的第二分量敏感，該第二分量?jī)?yōu)選地相對(duì)于靜止發(fā)射器是垂直的。圖6示出了接收器板的另一個(gè)實(shí)施例的電氣圖，該接收器板具有現(xiàn)在定位在中心的“水平”磁通敏感線圈22和異相地連接的在外側(cè)的兩個(gè)線圈17，以產(chǎn)生對(duì)于垂直分量敏感的另一個(gè)線圈。對(duì)于圖5A-5C的接收板，另外的扁平線圈22也可放置在磁通管上方，在圖7A和7B 中示出了一種適當(dāng)布置，線圈22對(duì)于磁場(chǎng)的垂直分量敏感。如在原始拾取結(jié)構(gòu)中那樣，這個(gè)輔助線圈僅在磁芯14的一側(cè)上存在，并因此理想地將全部磁力線保持在接收器的、朝向發(fā)射器的一側(cè)上。如圖7A和7B所示，只有接收器被修改成具有中心線圈或正交線圈22。該第二線圈對(duì)于在X方向(即，水平縱向方向)上的誤對(duì)準(zhǔn)特別敏感，但對(duì)于在Y方向(是與磁芯14 相垂直的水平橫向方向)上的誤對(duì)準(zhǔn)不敏感。這補(bǔ)充了原始接收器，該原始接收器對(duì)于在 Y方向上的誤對(duì)準(zhǔn)敏感，但該原始接收器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于在X方向上的運(yùn)動(dòng)較不敏感。兩個(gè)接收器線圈的組合輸出增強(qiáng)接收器的靈敏度，使接收器能夠在表面上(nominally)定位在理想位置中，并且仍然耦合所要求的功率。圖7A和7B也示出了間隔的鐵氧體磁桿或磁棒M的布置，這些間隔的鐵氧體磁桿或磁棒M包括磁芯對(duì)。作為例子，使用如圖7A和7B所示的沒(méi)有任何形式的補(bǔ)償?shù)陌逶O(shè)計(jì)的磁力線示出在圖8B和8A中，分別為有和沒(méi)有一些誤對(duì)準(zhǔn)的情況。這里，發(fā)射器板和接收器板是相同的， 不同之處在于，在接收器板中添加了第二“垂直磁通”線圈(即，圖7A和7B的線圈2 。發(fā)射器板和接收器板兩者都具有長(zhǎng)度588mm和寬度406mm，并且垂直地間隔開(kāi)200mm。在發(fā)射器板的線圈中的電流在20kHz下是23安培。值得注意地，磁通的大部分在發(fā)射器板與接收器板之間存在，而非常小的泄漏磁通被示出在這個(gè)區(qū)域外存在。在圖8A中，這些磁力線耦合第一接收器線圈，而在圖8B中，磁力線的大部分耦合第二接收線圈(S卩，圖7A和7B的線圈22)，由此增強(qiáng)拾取裝置的輸出功率能力。在圖9和10中，也示出了在有和沒(méi)有誤對(duì)準(zhǔn)的情況下從接收器板線圈的輸出產(chǎn)生的VA。根據(jù)在圖7A和7B中示出的板的磁仿真，在圖9中示出了當(dāng)接收器板在X方向上誤對(duì)準(zhǔn)時(shí)(相對(duì)于其在發(fā)射器板上方中心處的理想位置)，接收器線圈的總的和分別的VA貢獻(xiàn)。在圖9中，曲線26代表線圈22的VA貢獻(xiàn)，曲線28代表線圈17的組合VA貢獻(xiàn)，并且剩余的曲線代表來(lái)自線圈17和22的總貢獻(xiàn)。如提到的那樣，第二線圈22顯著地增強(qiáng)輸出，從而如果在OX-偏移下要求2KW輸出，則所需電子調(diào)諧必須將VA輸出增大約3. 2。在140mm 的X-偏移下，在沒(méi)有線圈22的情況下所需的電子增大(boost) (Q)大于17倍(由于所需調(diào)諧的靈敏度，這實(shí)際上很困難)，而在有線圈22的情況下，需要約4. 8的有效增大，并且這容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)接收器被定位成在X-方向上0偏移時(shí)，不期望線圈22在Y方向上敏感。這在圖 10中示出的磁仿真中被證實(shí)，其中，被示出成沒(méi)有來(lái)自線圈22對(duì)于總功率的貢獻(xiàn)。然而，這不是被要求的，因?yàn)榫€圈17的組合輸出在這個(gè)方向上是自然敏感的。在Y方向上的140mm 偏移下，借助約5. 5的電子調(diào)諧(Q)，2KW輸出是可能的。第三實(shí)施例現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11，示意性地示出了線圈17的繞組布置。在這個(gè)實(shí)施例中，線圈17中的各個(gè)匝散布在每個(gè)繞組的、相對(duì)于板的端部較靠近板的中心的那個(gè)端部處。因而，線圈17 分別是非對(duì)稱的，并且線圈的繞組的組合在磁極區(qū)域之間比在板的外周處寬。這個(gè)實(shí)施例允許磁極區(qū)域11和12的較大間隔(并因而得到超出板的前正面的較大磁通延伸)。通過(guò)在磁極區(qū)域的狹窄邊緣上纏繞的、和在磁極區(qū)域之間的中心磁通管區(qū)的扁平邊緣上纏繞的橢圓或矩形橫截面絞合線(litz wire)，可使在磁極區(qū)域11和12之間的間距更大。可選擇地，如果線圈用圓形導(dǎo)線纏繞，則利用在磁極區(qū)域之間的磁通管部分的繞組之間的間隙可以使磁極區(qū)域11和12之間的間距更大。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在磁通管部分上的各個(gè)繞組中的間隙要小心地處理，因?yàn)樗鼈兛闪粝驴祝磐纱┻^(guò)這些孔泄漏，從而損害磁通管的效率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選的是，保持繞組均勻地間隔，并且如果有間隙，則它們應(yīng)該典型地小于一根導(dǎo)線直徑的一半，以將磁通損失保持為最小。在實(shí)際中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單圓形導(dǎo)線的方便性使得這成為精選的技術(shù)。在又一個(gè)實(shí)施例中，繞組17的形狀可以幫助得到較大磁極區(qū)域間隔。例如，線圈 17可以按近似三角形形狀纏繞，使每個(gè)三角形的頂點(diǎn)面對(duì)板的中心?，F(xiàn)在參照?qǐng)D12，按平面圖示出線圈架或支撐板30，該線圈架或支撐板30用于提供包括圖11的繞組布局的板。線圈架30可以由任何非導(dǎo)磁材料建造，像例如由塑料建造。線圈架30包括第一通用區(qū)32和第二區(qū)38，該第一通用區(qū)32用于形成和支撐線圈17中的一個(gè)(未示出)，該第二區(qū)38用于形成和支撐線圈17中的另一個(gè)。凹陷34被設(shè)置成定位和支撐鐵氧體磁棒或其它導(dǎo)磁部件。凹槽36接收各個(gè)導(dǎo)線，這些導(dǎo)線構(gòu)成線圈17的匝，并且保證匝被正確地間隔。為了清楚，在圖13中示出了線圈架30的等軸測(cè)圖表示。圖14示出了支持板40，該支持板40適于定位在線圈架30的后表面上，即，定位在線圈架的與定位有線圈17的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上，并且與板的后表面相鄰。支持板40可以由磁通排斥材料建造，例如由鋁建造。不一定必須防止磁通在使用中離開(kāi)板的后正面，因?yàn)楸馄骄€圈17的設(shè)計(jì)和它們?cè)诖判?4上的定位大體將磁通導(dǎo)向到在板的前表面的前面的空間中。然而，板40可為板提供輔助結(jié)構(gòu)支撐。如果板在使用中被安裝成與例如導(dǎo)磁材料相鄰，則板40也可起防止板的磁性的任何變化(例如，電感的變化)的作用。線圈架30的尺寸近似地是790mm乘600mm乘25mm，并且由這樣的線圈架建造的板將具有非常相似的尺寸。另外的實(shí)際考慮在實(shí)際中，要慎重地確保在板的終端處的電壓不達(dá)到不安全電平。因此，在某些實(shí)施例中，可以與板內(nèi)的繞組串聯(lián)地添加電容，以降低在板終端處看到的電感，并因此將在這些終端處的電壓控制到在適當(dāng)極限內(nèi)(比如300-400V)。如果不這樣做，終端電壓可能是幾個(gè)KV，這是不希望的并且潛在地不安全?？蓪㈦娙菖c繞組相串聯(lián)地放置在對(duì)于設(shè)備的幾乎任何方便的地方。因而，在某些實(shí)施例中，可將一個(gè)或多個(gè)電容器與繞組串聯(lián)地放置在板殼體內(nèi)的端點(diǎn)處，并且在其它實(shí)施例中，通過(guò)將繞組斷開(kāi)成具有串聯(lián)電容器的適當(dāng)?shù)亩鄠€(gè)段， 可使電容器沿繞組分布，以防單個(gè)線圈上的內(nèi)部電壓會(huì)太高。因此，本發(fā)明提供低輪廓裝置，這里稱作板，該裝置可用作磁通發(fā)生器，該磁通發(fā)生器可以在離裝置的較遠(yuǎn)距離處產(chǎn)生可用磁通。裝置也可用作磁通的接收器，由此由接收的磁場(chǎng)產(chǎn)生電能。板在較遠(yuǎn)距離上產(chǎn)生或接收磁通的能力對(duì)于充電或勵(lì)磁式電動(dòng)車輛特別有用。以上和下面(如果有的話)引用的全部申請(qǐng)、專利及出版物的全部公開(kāi)通過(guò)參考包括在這里。在本說(shuō)明書中對(duì)于任何現(xiàn)有技術(shù)的參考，不要并且不應(yīng)該當(dāng)作如下確認(rèn)或任何形式的建議該現(xiàn)有技術(shù)形成在世界上任何國(guó)家中在努力領(lǐng)域中的普通一般知識(shí)的一部分。其中，對(duì)于具有其已知等同物的整體或元件進(jìn)行了上述描述參考，這些整體包括在這里，就像被分別地?cái)⑹鲆粯?。?yīng)該注意，對(duì)于這里描述的目前優(yōu)選實(shí)施例的各種變更和修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯然的?？梢赃M(jìn)行這樣的變更和修改，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，并且不減少其附屬優(yōu)點(diǎn)。因此，旨在將這樣的變更和修改包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種磁通板，具有前正面和后正面，所述磁通板用于在超出前正面的空間中產(chǎn)生磁通或從該空間接收磁通，所述板包括兩個(gè)磁極區(qū)域，用于發(fā)送或接收磁通， 導(dǎo)磁磁芯，兩個(gè)線圈，磁性地與磁芯相關(guān)聯(lián)，由此，磁通在磁極區(qū)域中的一個(gè)磁極區(qū)域處進(jìn)入板，并且在另一個(gè)磁極區(qū)域處離開(kāi)板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通板，其中，線圈是扁平線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的磁通板，其中，每個(gè)所述線圈限定磁極區(qū)域之一。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，線圈是螺旋纏繞線圈。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，線圈定位在磁芯的最靠近板的前正面的一側(cè)上.
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，線圈和磁芯一起形成在板中的磁通路徑。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，磁芯包括導(dǎo)磁材料的多個(gè)節(jié)段。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁通板，其中，導(dǎo)磁材料包括鐵氧體。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，線圈分別是非對(duì)稱的，線圈的繞組的組合在磁極區(qū)域之間比在板的外周處寬。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，線圈被定位成在磁極區(qū)域之間的區(qū)中彼此緊相鄰。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板，其中，線圈被成形為提供磁極區(qū)域和在磁極區(qū)域之間的磁通管。
12.一種磁通板，具有前正面和后正面，所述磁通板用于在超出板的前正面的空間中產(chǎn)生磁通，所述板包括兩個(gè)磁極區(qū)域，用于發(fā)送或接收磁通， 導(dǎo)磁磁芯，兩個(gè)線圈，與磁芯相關(guān)聯(lián)，并且被設(shè)置在磁芯的與板的前正面相鄰的一側(cè)上， 由此，板在所述空間中產(chǎn)生弧形磁通，從而基本上每根磁力線在磁極區(qū)域之一上開(kāi)始， 呈弧形直到第二磁極區(qū)域，并且穿過(guò)磁芯與自己接合，從而在板的后正面處基本上沒(méi)有磁通存在。
13.—種磁通板，具有前正面和后正面，所述磁通板用于從超出板的前正面的空間中接收磁通，所述板包括兩個(gè)磁極區(qū)域，用于發(fā)送或接收磁通， 導(dǎo)磁磁芯，兩個(gè)線圈，與磁芯相關(guān)聯(lián)，并且被設(shè)置在磁芯的與板的前正面相鄰的一側(cè)上，并且適于接收水平磁通分量，及另一個(gè)線圈，磁性地與磁芯相關(guān)聯(lián)并且適于接收垂直磁通分量。
14.一種IPT系統(tǒng)，包括根據(jù)以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的磁通板。
15.一種IPT系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁通板和根據(jù)權(quán)利要求13所述的磁通板的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的IPT系統(tǒng)，用于將電力供給到電動(dòng)車輛。
17.—種IPT電力傳輸磁通發(fā)射器或接收器，包括磁通攜帶部件，具有相對(duì)高的磁導(dǎo)率，并且具有兩個(gè)端部；兩個(gè)繞組，電磁地與磁通攜帶部件相關(guān)聯(lián)，并且磁通攜帶部件具有兩個(gè)磁通發(fā)射或接收區(qū)，一個(gè)區(qū)被設(shè)置成與每個(gè)端部相鄰，由此磁通大體僅在發(fā)射或接收區(qū)處或其鄰近存在， 或者大體僅在發(fā)射或接收區(qū)處或其鄰近進(jìn)入磁通攜帶部件。
18.一種磁通板，大體如這里參照在附圖中示出的實(shí)施例的任一個(gè)所描述的那樣。
19.一種IPT系統(tǒng)，大體如這里參照附圖所描述的那樣。
全文摘要
一種磁通板，用于接收或產(chǎn)生磁通。板包括兩個(gè)磁極區(qū)域(11、12)，這兩個(gè)磁極區(qū)域(11、12)與導(dǎo)磁磁芯(14)相關(guān)聯(lián)。線圈(17)限定磁極區(qū)域。板允許在板的表面上方的顯著高度處產(chǎn)生有用磁通。
文檔編號(hào)H02J3/00GK102362406SQ201080012846
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者G·A·考維奇, J·T·伯伊斯, M·B·布迪亞, 黃昌玉 申請(qǐng)人:奧克蘭聯(lián)合服務(wù)有限公司