电磁感应充电装置的制作方法

1.本发明涉及一种用于利用电能对至少部分电气化的机动车辆进行感应充电，尤其是非接触式充电的电磁感应充电装置。


背景技术：

2.对于通常包括用于存储在充电期间馈送到车辆的电能的电能存储装置的至少部分电气化的机动车辆所进行的无线和非接触充电而言，通常使用电磁感应原理。在此，对于此类机动车辆的无线充电，使用具有至少一个电磁(发射器)线圈的电磁感应充电装置，借助于该电磁感应充电装置能够在至少一个电磁(接收器)线圈中感应出电流，该电磁(接收器)线圈存在于机动车辆中并且电连接到电能储存装置。机动车辆的电能存储装置能够是用于为机动车辆的电驱动供应电能的牵引电池。“至少部分电气化”的机动车辆至少使用电力作为其驱动的能量载体，但也能够另外使用其他能量载体，因此该术语明确包括纯电动车辆和混合动力车辆。在用于对至少部分电气化的机动车辆进行无线充电的典型布置中，电磁感应充电装置安装在基板上，使得待感应充电的机动车辆能够以其上存在电磁接收线圈的底部在电磁感应充电装置上方行驶。这种电磁感应充电装置，因为它们被布置在基板上，所以也被称为“地面组件”。在这种地面组件中，感应充电装置的背离基板的外表面通常暴露在外。
3.在这种电磁感应充电装置的操作中，即在机动车辆与感应充电装置之间的电能的感应传输中，感应充电装置通常生成废热。在传统的感应充电装置中，这种废热不利地导致感应充电装置的暴露的外表面能够被加热到超过60℃的表面温度。然而，如果有人有意或无意地接触到如此热的表面，就会造成很高的受伤风险。


技术实现要素：

4.因此，本发明的一个目的——尤其是为了消除上述缺点——是指出用于利用电能对至少部分电气化的机动车辆进行感应充电的电磁感应充电装置的新方式。
5.该问题通过根据独立权利要求1的电磁感应充电装置来解决。优选的实施例是从属权利要求的主题。
6.相应地，本发明的基本思想是为电磁感应充电装置的壳体配备热绝缘件，借助于该热绝缘件，由壳体部分界定的壳体内部在壳体区域中被热绝缘。壳体的开口借助于导热的盖来封闭，以用于冷却容纳在壳体内部中的电磁谐振器，使得盖与壳体一起以流体密封的方式界定壳体内部。借助于壳体的热绝缘件，壳体内部与在外部围绕电磁感应充电装置的环境之间的热传递集中在盖上，从而将感应充电装置操作中产生的废热至少主要借助于盖来排放到环境。
7.相反，这意味着与传统的电磁感应充电装置相比，能够有利地降低输入到壳体中的热量并因此降低壳体的暴露的外表面的表面温度。
8.根据本发明的电磁感应充电装置用于对至少部分电气化的机动车辆的电能进行
感应式、尤其是非接触式充电。然而相反地，电能也能够从机动车辆传输到电磁感应充电装置并且能够借助于电磁感应充电装置而被馈入到外部电网中，使得机动车辆或相应地其能量存储装置能够用作外部电网的缓冲器。因此，电磁感应充电装置能够被设置为用于在机动车辆与电磁感应充电装置之间双向传输电能。电磁感应充电装置包括以罐状方式形成的壳体，该壳体具有罐底和罐颈，其中，背离罐底的罐颈包围罐开口。应当理解，术语“罐底”不建立其相对于重力方向的任何定位。电磁感应充电装置还包括覆盖罐开口的导热盖。此外，电磁感应充电装置包括布置在壳体内部的电磁谐振器，以用于向机动车辆感应地传输电能。在此，壳体具有热绝缘件，该热绝缘件布置在罐颈和罐底处以用于使壳体内部相对于外部环境热绝缘。借助于这种热绝缘件，壳体内部能够在壳体侧上与外部环境热绝缘，使得壳体内部与环境之间的热传递集中在优选无绝缘的盖上。有利地，由此实现了在电磁感应充电装置的操作中产生的废热大部分地、优选绝大部分地经由盖来排放到外部环境，使得相反地，能够可靠地确保壳体的暴露的外表面的表面温度能够保持较低，尤其是低于60℃。因此，即使没有完全消除，也有利地降低了源自电磁充电装置的伤害风险。
9.在电磁感应充电装置的有利的另一改进方案中，盖以流体密封的方式封闭罐开口。这样做时，盖形成热桥，该热桥将壳体内部与外部环境热连接。因此，在电磁感应充电装置的操作中产生的废热的特别大的比例能够经由热桥从壳体内部排出。
10.有利地，电磁感应充电装置的盖形成为冷却板。形成为冷却板的这种盖使得来自壳体内部的废热能够特别有效地热消散。同时，这种冷却板在结构上特别平坦，从而能够实现电磁感应充电装置整体高度较小。
11.根据电磁感应充电装置的优选的另一改进方案，热绝缘件布置在壳体的面向壳体内部的内侧。因此，热绝缘件背离外部环境，使得能够借助于壳体的优选硬的外壳来有效地保护其免受环境影响。特别地，当机动车辆驶过电磁感应充电装置时，因此能够保护热绝缘件不受电磁感应充电装置所承受的机械负载的影响。
12.在电磁感应充电装置的另一有利的改进方案中，热绝缘件布置在壳体的面向外部环境的外侧。这具有的优点是避免了壳体内部的体积减小，例如将热绝缘件面向壳体内部设置在壳体上时。
13.根据感应充电装置的优选另一改进方案，热绝缘件形成为层厚1mm至5mm的绝缘层。该绝缘层包围壳体或/和衬套壳体。形成为热绝缘层的这种热绝缘件提供了用于形成绝缘层的绝缘材料消耗与能够借助于绝缘层实现的热绝缘效果之间的最佳比率。
14.在电磁感应充电装置的另一有利的改进方案中，规定壳体包括壳体内表层和壳体外表层，热绝缘件以夹层状方式布置在它们之间。这种壳体被证明是特别坚固的。
15.在电磁感应充电装置的另一优选的改进方案中，热绝缘件的热导率最大为0.04w/(m*k)。替代地或附加地，盖的热导率为至少20w/(m*k)，优选至少100w/(m*k)。这允许理想地主要经由盖从壳体内部消散废热。
16.根据电磁感应充电装置的另一有利的改进方案，热绝缘件包括电绝缘的绝缘材料或由这样的电绝缘的绝缘材料组成。因此，热绝缘件同时能够是电绝缘件。优选地，绝缘材料是玻璃棉、岩棉、泡沫玻璃、硅酸钙、膨胀粘土、珍珠岩或其组合。替代地或附加地，盖包括导电盖材料或由这种导电盖材料组成。优选地，盖材料是铝、铜、钢或它们的组合。因此，以有利的方式，电磁感应充电装置的电接地和磁屏蔽两者都能够借助于盖以技术上特别简单
的方式实现。
17.在电磁感应充电装置的一个优选改进方案中，壳体内部能够被工作介质流过，使得按照惯例，热量能够从谐振器传递到盖。有利地，壳体内部构造成使得工作介质能够在其中循环以实现常规的热传递。这改善了在电磁感应充电装置的操作期间在谐振器上产生的热损失到盖的传递。
18.电磁感应充电装置的另一优选的改进方案规定，用于将热量从谐振器经由盖传输到外部环境中的壳体内部形成由谐振器部分地界定的封闭的循环路径，工作介质沿着该循环路径循环或能够沿该循环路径循环。因此，由于对流，能够实现从谐振器到工作介质的特别有效的热传递。
19.有利地，谐振器在循环路径中布置成使得它被循环路径完全包围。有利地，谐振器因此在循环路径中在所有侧上被工作介质环绕地流过，这使得能够在谐振器与工作介质之间进行更有效的热传递。
20.根据电磁感应充电装置的另一优选的改进方案，在壳体内部存在输送装置，借助于该输送装置能够引起工作介质的循环。因此，由自然对流产生强制对流，从而进一步改进废热的排放。
21.电磁感应充电装置的另一有利的改进方案规定，在壳体内部存在能够被工作介质或不同于工作介质的次级工作介质流过的至少第一冷却通道，该至少第一冷却通道热耦接到谐振器以用于在谐振器与工作介质或次级工作介质之间进行热传递。替代地或附加地，存在能够被工作介质或次级工作介质流过的第二冷却通道，该第二冷却通道能够与第一冷却通道连通。优选地，两个冷却通道形成在其中工作介质或次级工作介质能够围绕谐振器流动的回路。因此，能够从壳体内部消散特别大量的热。
22.在电磁感应充电装置的另一优选的改进方案中，工作介质是气体，尤其是空气。替代地，工作介质或次级工作介质是液体，尤其是介电或导电液体。在另一替代方案中，工作介质是气体并且次级工作介质使液体，尤其是介电或导电液体。借助于液体工作介质，壳体内部或相应地布置在其中的谐振器能够被特别好地冷却，然而，引导液体工作介质的部件必须被广泛地密封。相比之下，气态介质确实允许较小的冷却能力，然而，其中——尤其是在使用空气作为工作介质时——由于热吸收而被加热的工作介质能够以易于实施的方式与待消散的热量一起被引导到环境中。
23.根据电磁感应充电装置的另一有利的改进方案，电磁感应充电装置包括电力电子设备，其优选地布置在壳体内部外部或部分地布置在壳体内部中，最优选地完全布置在壳体内部外部或完全在壳体内部内。有利地，电力电子设备因此能够集成在感应充电装置中。在此，能够借助于感应充电装置的壳体来保护电力电子设备不受环境影响，并且能够借助于感应充电装置的盖来被冷却。
24.根据电磁感应充电装置的另一有利的改进方案，盖包括腔体网络，其适于引导次级工作介质或分别用于使次级工作介质在盖内循环。因此，防止了盖以不允许的方式加热。在一个有利的实施例中，次级工作介质是液体，尤其是水基液体，优选为防冻水溶液。通过液体的高比热容使得能够以特别简单的方式实现将在腔体网络的小安装空间内通过第一工作介质从谐振器传递到盖子的热量从盖排出。盖内的腔体网络优选地连接到输送装置，这使得次级工作介质能够在腔体网络中循环。
25.在电磁感应充电装置的另一优选的改进方案中，电磁感应充电装置包括再冷却器，该在冷却器优选地布置在壳体内部的外部或部分地布置在壳体内部中，最优选地完全布置在壳体内部的外部或完全在壳体内部内。有利地，借助于再冷却器，热量能够特别有效地从工作介质或从次级工作介质排放到外部环境，尤其是当工作介质在封闭的冷却回路中循环时。
26.根据电磁感应充电装置的另一有利的改进方案，规定壳体包括分隔壁，该分隔壁将壳体内部分成第一隔室和第二隔室。在此，谐振器布置在第一隔室中，并且电力电子设备或/和再冷却器布置在第二隔室中。这种分隔壁对壳体具有有利的加强作用。
27.根据电磁感应充电装置的另一有利的改进方案，电磁谐振器包括优选地以基本上平坦的或相应平面的方式水平地缠绕的电磁线圈和优选为铁氧体的磁场导体。这种谐振器使得能够实现电能的特别有效的感应传输。
28.在电磁感应充电装置的另一优选的改进方案中，热绝缘件完全填充壳体内部，使得布置在壳体内部中的其余部件嵌入热绝缘件中。所述部件因此能够有利地借助于绝缘以技术上特别易于实施的方式固定在壳体内部中。
29.根据电磁感应充电装置的另一有利的改进方案，电磁感应充电装置被设置为用于安装在基板上，该基板能够由待充电的机动车辆驶过。在此，在感应充电装置的操作位置中，盖在重力方向上布置在壳体下方，并且感应充电装置优选仅借助于盖接触基板。这种感应充电装置允许待充电的机动车辆相对于感应充电装置的特别精确的定位。
30.本发明的另外的重要特征和优点将从从属权利要求、附图和借助于附图的相关附图说明显现。
31.应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提到的以及以下将进一步解释的特征不仅能够用于分别示出的组合，也能够用于其他组合或单独使用。
32.本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且将在以下的描述中更详细地解释，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的组件。
附图说明
33.分别示意性示出：
34.图1至图9分别是处于操作位置的根据本发明的电磁感应充电装置的垂直截面示例。
具体实施方式
35.图1在沿着重力方向s的截面中示出了根据本发明的电磁感应充电装置1在操作位置中的示例。应当理解，根据本发明的感应充电装置1也能够在不同于所示操作位置的另一操作位置操作。电磁感应充电装置1用于利用电能对至少部分电气化的机动车辆2进行感应充电。借助于感应充电装置1，这种至少部分电气化的机动车辆2能够以无线的方式(在所示的示例中为非接触方式)利用电能感应地充电。为此，机动车辆2能够包括电能存储装置，电能能够在感应充电之后或分别在感应充电期间存储在该电能存储装置中。该能量存储装置例如能够是用于为机动车辆2的电驱动供应电能的牵引电池。相反地，电磁感应充电装置1也能够设置为用于感应接收电能，例如以便将机动车辆2的电能存储装置用作相对于机动
车辆2在外部的电网的缓冲存储器。
36.从图1中能够看出，电磁感应充电装置1包括以罐状方式形成的壳体3。壳体3能够具有槽的形式。壳体3包括罐底4和罐颈5，该罐颈例如以成角度的方式从罐底4突出。罐颈5以背离罐底4的方式围绕罐开口6。罐底4能够以平坦的方式形成并且能够具有角形形状，例如矩形或圆形形状。电磁感应充电装置1另外还包括导热盖7，该导热盖位于罐颈5上，使得其覆盖罐开口6。在此，盖7覆盖罐开口6，使得盖7与壳体3一起将壳体内部8与外部环境9流体分离。因此盖7以流体密封的方式封闭罐开口6。外部环境9围绕电磁感应充电装置1。盖7形成例如热桥10，该热桥将壳体内部8与外部环境9彼此热耦接，使得壳体内部8和外部环境9借助于盖7彼此热连接。盖7例如形成为冷却板。
37.此外，图1示出了用于将电能感应传输到机动车辆2的电磁谐振器11布置在壳体内部8中。在该示例中，电磁谐振器11为了其冷却而热耦接到盖7。壳体3包括热绝缘件12。为了壳体内部8相对于壳体3的面向外部环境9的外侧14的热绝缘，将热绝缘件12布置在罐颈4处以及在罐底5处。因此，外侧14上的温度能够与内部8中的温度解耦，并且因此能够最大程度地对应于环境9的温度。在所示的示例中，热绝缘件12抵靠罐颈4并且抵靠罐底5。热绝缘件12在壳体侧上将壳体内部8与外部环境9隔绝。在此，热绝缘件12将壳体内部与外部环境9隔绝，使得其能够将壳体内部8与环境9之间的热传递集中到热桥10。因此，电磁感应充电装置1的主要热传递路径(热流遵循其)直接(即，direkt)从盖7延伸至环境9。盖7因此能够形成感应充电装置1的散热片。
38.热绝缘件12包括例如不含金属或导电成分的绝缘材料。因此，绝缘材料例如是电绝缘的。热绝缘件12的绝缘材料能够是阻燃的。热绝缘件12的绝缘材料能够是玻璃棉、岩棉、泡沫玻璃、硅酸钙、膨胀粘土、珍珠岩或其组合。绝缘材料能够具有半成品的形式。这种半成品能够是盘、垫、可倾倒材料包装或松散填充物。这种半成品能够具有蜂窝结构。半成品能够适应安装位置处的结构和机械条件，以用于形成电磁感应充电装置1的热绝缘件12，例如借助于铣削、开槽或加强。绝缘材料能够是多孔的。绝缘材料能够是泡沫材料。绝缘材料能够具有例如小于0.04w/(m*k)的低热导率。热绝缘件12能够具有大于0.2mm2*k/w的热阻。壳体3能够——不考虑绝缘件12——由塑料形成。
39.根据图1的示例，热绝缘件12布置在壳体3的面向壳体内部8的内侧13上。在图2中，在沿着重力方向s的截面中示出了根据本发明的感应充电装置1的另一示例。与图1的示例相反，在图2的示例中，热绝缘件12布置在壳体3的面向外部环境9的外侧14上。
40.根据图1和图2，热绝缘件12例如形成为绝缘层15。绝缘层15具有例如1毫米至5毫米的层厚16，其中，层厚16由绝缘层15的在壳体内部8与环境9之间测量的最小延伸来确定。在图2的示例中，热绝缘层15包围壳体3。在图1的示例中，热绝缘层15衬套壳体3。绝缘层15能够在整个表面上包围或相应地衬套壳体3，因此能够基本上完全覆盖壳体的外侧14或相应的内侧13。
41.图3同样在沿着重力方向s的截面中示出了根据本发明的感应充电装置1的另一示例。因此，壳体3具有例如壳体内表层17和壳体外表层18。绝缘件2以夹心状的方式布置在壳体内表层17与壳体外表层18之间，热绝缘件2能够是壳体3的夹心主体的核心，该夹心主体包括壳体内表层17、壳体外表层18和绝缘件2。壳体外表层18能够以壳套的方式形成。
42.图1至图3进一步示出了壳体内部8能够被工作介质f流过，从而热量能够借助于对
流经由循环的工作介质f来从谐振器11传递到盖7。因此，由谐振器11在操作中生成的废热在借助于盖7排放到外界环境9之前，能够先传递到工作介质f，并借助于对流从谐振器11排出并馈送到盖7。例如，在壳体内部8中存在输送装置20，借助于该输送装置20能够引起工作介质f的循环19。由此产生的循环19导致所谓的强制对流，这进一步明显改善了谐振器11与工作介质f之间的热传递。在所示的示例中，该输送装置20被实现为风扇。为了将热量从谐振器11经由盖7传输到外部环境9中，壳体内部8形成由谐振器11部分地界定的封闭的循环路径32。工作介质f沿着该循环路径32循环。这里，在图1至图3的示例中，谐振器11在循环路径32中布置成使得其完全被循环路径包围。循环19能够借助于输送装置20产生。
43.在图8中，在沿着重力方向s的截面中示出了根据本发明的电磁感应充电装置1的另一示例。能够看出，在壳体内部8中存在导流元件31，其影响工作介质f的循环19。
44.图9在沿着重力方向s的截面中示出了根据本发明的电磁感应充电装置1的另一示例。根据该示例，壳体内部8中存在能够被工作介质f流过的至少第一冷却通道21。为了在谐振器11与工作介质f之间传递热量，第一冷却通道21热耦接到谐振器11。在盖7中存在能够被工作介质f流过的第二冷却通道22，其与第一冷却通道21流体连通。工作介质f能够经由第一冷却通道21和第二冷却通道22循环。第二冷却通道22和第一冷却通道21因此能够包括在冷却回路中。
45.工作介质f例如是气体g，其能够是空气。替代地，工作介质f例如是液体l，其能够是介电或导电的。因此，在图1至图3的示例中，工作介质是气体g，并且在图9的示例中，它是液体l。
46.图4至图7在沿着重力方向s的截面中分别示出了根据本发明的电磁感应充电装置1的另一示例。能够看出，电磁感应充电装置1包括例如电力电子设备23。在这些示例中，感应充电装置1另外包括再冷却器24，借助于该再冷却器24，借助于盖7从谐振器11和壳体内部8消散的热量能够排放到外部环境9。再冷却器24因此用于冷却工作介质f。在图4至图7中，次级工作介质f2流过盖7。次级工作介质f2能够被引导通过再冷却器24，使得工作介质f能够借助于次级工作介质f2和再冷却器24被冷却。盖7能够具有腔体网络，其适合引导次级工作介质f2或分别使次级工作介质在盖7内循环。次级工作介质f2例如是液体l，特尤其是水基液体，优选防冻水溶液。腔体网络存在于盖7内。盖7内的腔体网络优选地连接到传送装置，这使得能够使次级工作介质f2在腔体网络中循环。次级工作介质f2能够是气体g或液体l，尤其是介电或导电液体。当工作介质f是气体g时，次级工作介质f2能够是液体l。
47.这里，根据图4的示例，电力电子设备23和再冷却器24都完全布置在壳体内部8的外部。相反，在图5的示例中，电力电子设备23部分地布置在壳体内部8中并且部分地在壳体内部8的外部，其中，再冷却器24完全存在于壳体内部8的外部。与此相反，根据图4的示例，电力电子设备23完全布置在壳体内部8中并且再冷却器24完全布置在壳体内部8的外部。在图7的示例中，再次与图4至图6的示例形成对比，再冷却器24和电力电子设备23两者完全布置在壳体内部8中。电磁感应充电装置1的根据图4至图6布置在壳体内部8的外部的部件能够固定到建筑物的墙壁。
48.图5至图7示出了壳体3包括例如分隔壁25。该分隔壁25将壳体内部8分成第一隔室26和第二27。这里，谐振器11布置在第一隔室26中，并且电力电子设备23的至少一部分布置在第二隔室27中，根据图6和图7为整个电力电子设备23布置在第二隔室27中。另外，根据图
7的示例，再冷却器24能够存在于第二隔室27中。
49.根据图1至图9，电磁感应充电装置1的电磁谐振器11包括电磁线圈28和磁场导体29。电磁线圈28例如以大致水平h的扁平方式缠绕。水平h是平面，其法向量沿着重力方向s延伸。磁场导体28能够由例如铁氧体构成。
50.根据图9，例如，热绝缘件12完全填充壳体内部8。此处，壳体内部8借助于热绝缘件12被完全填充成使得感应充电装置1的布置在壳体内部8中的其余部件——因此，在图9的示例中，具有线圈28以及磁场导体29的谐振器11和第二冷却通道21——被嵌入热绝缘件12中。
51.此外，图8中还示出了存在于壳体内部8中的感应充电装置1的至少单个部件条目的这种嵌入。因此，线圈28和磁场导体29嵌入在热绝缘件12中，然而其中，壳体内部8没有被热绝缘件12完全填充。
52.根据本发明的感应充电装置1被设置为，例如如图1所示安装在基板30上，待充电的机动车辆2能够驶过该基板30。此处，盖7在图1所示的操作位置中布置在壳体3下方。感应充电装置例如仅借助于盖7接触基板30。