用于非接触地传输能量的设备和系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于将能量从至少一个能量馈入装置非接触地传输到至少一个耗电器/负载、尤其是移动式耗电器的设备，该设备包括多个转换器和多个初级线圈。本发明还涉及一种用于非接触地传输能量的系统，该系统包括至少一个能量馈入装置、至少一个根据本发明的用于非接触地传输能量的设备和至少一个移动式耗电器。


背景技术：

2.为了给移动式耗电器供给电能，已知一种感应充电系统。感应充电系统允许向移动式耗电器非接触地传输能量。移动式耗电器尤其是具有用于存储电能的可充电电池的自动驾驶车辆。
3.从de 10 2004 055 154 b4中已知一种用于非接触地传输能量的系统。该系统包括与细长的初级导体连接的电源。可沿初级导体运动的移动式耗电器具有传输头。传输头具有与初级导体感应耦合的绕组。通过该感应耦合，能量可被从初级导体传输到耗电器的传输头。
4.de 10 2010 050 935 b4公开了一种用于向车辆非接触地传输能量的设备。在此，能量被从具有线圈绕组的固定式线圈装置感应地传输到设置在车辆中的次级绕组。
5.从us 2016/0221461 a1中已知一种用于非接触地传输能量的系统。该系统包括多个固定布置的初级线圈和多个次级线圈。能量通过感应耦合被从初级线圈传输到次级线圈上。
6.文献de 100 53 373b4公开了一种用于非接触地传输能量的方法和设备。在此，能量经由多个传输路段被从多个中频电源传输到至少一个运动的耗电器上。
7.一种用于非接触地传输能量的设备例如包括转换器，该转换器将中频初级电流馈入固定式的初级线圈中。移动式耗电器具有次级线圈，在次级线圈中感应出次级电流。为了对车辆的电池进行充电，需要直流电流。为此，移动式耗电器具有对次级电流进行整流的变流器。具有高波动性的强脉冲直流电流不适用于对电池进行充电；借助于转换器产生恒定的、平滑的直流电流是比较复杂的。


技术实现要素：

8.本发明的目的是，改进一种用于非接触地传输能量的设备和系统。
9.根据本发明，该目的通过具有在权利要求1中给出的特征的用于非接触地传输能量的设备来实现。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。该目的还通过具有在权利要求8中给出的特征的用于非接触地传输能量的系统来实现。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
10.根据本发明的用于将能量从至少一个能量馈入装置非接触地传输到至少一个耗电器、尤其是移动式耗电器的设备包括多个转换器和多个初级线圈，其中，多个转换器中的每个产生中频的初级电流并将其分别馈入多个初级线圈中的相应一个初级线圈中，其中，
初级电流具有相同的基本频率，并且其中，初级电流彼此之间具有相移。
11.利用根据本发明的用于非接触地传输能量的设备，可以产生用于对移动式耗电器的电池进行充电的电流，该电流具有比较低的波动性，因此，该电流被比较强地平滑。不需要或仅在小的尺寸中需要用于电流平滑的附加的元件、例如平滑电感。因此，在根据本发明的设备中以及在移动式耗电器中，有利地减小了结构空间、重量和成本。附加地，由初级线圈中的初级电流产生的不期望的电磁远场至少近似地相互抵消。
12.根据本发明的一个优选的设计方案，在每两个初级电流之间的相移等于180
°
与转换器数量的商或等于该商的整数倍。在该设计方案中，用于对移动式耗电器的电池进行充电的所产生的电流的波动性是特别低的，因此平滑是特别有效的。
13.根据本发明的一个特别优选的设计方案，设备包括刚好六个转换器，其中，第二初级电流相对于第一初级电流具有30
°
的相移，第三初级电流相对于第一初级电流具有60
°
的相移，第四初级电流相对于第一初级电流具有90
°
的相移，第五初级电流相对于第一初级电流具有120
°
的相移，并且第六初级电流相对于第一初级电流具有150
°
的相移。
14.根据本发明的一个有利的设计方案，转换器的数量等于初级线圈的数量，并且给每个转换器分配刚好一个初级线圈，其中，每个转换器将所产生的初级电流仅馈入所分配的初级线圈中。由此使所需的结构元件的数量最小化。
15.根据本发明的一个有利的设计方案，多个转换器中的每个具有用于从直流电压产生中频初级电流的逆变器。因此，可以从通过能量馈入装置提供的直流电压产生中频初级电流。
16.根据本发明的一个有利的改进方案，多个转换器中的每个具有用于从交变电压产生直流电压的整流器。因此，可以从通过能量馈入装置提供的、频率为例如50hz或60hz的三相或单相交变电压产生中频初级电流。
17.根据本发明的一个有利的设计方案，转换器借助于同步线路相互连接，其中，产生第一初级电流的第一转换器将信号馈入同步线路中，该信号具有第一初级电流的基本频率和相位，并且其中，剩余的转换器分别产生相对于第一初级电流具有相移的初级电流。
18.根据本发明的另一个有利的设计方案，转换器与同步装置连接，其中，同步装置向每个转换器发送信号，该信号具有要产生的初级电流的基本频率和相位。
19.根据本发明的用于非接触地传输能量的系统包括至少一个能量馈入装置、至少一个根据本发明的用于非接触地传输能量的设备和至少一个具有多个次级线圈的移动式耗电器，其中，次级线圈可以与初级线圈感应耦合，使得每一个在初级线圈之一中的初级电流在次级线圈之一中感应出次级电流。
20.利用根据本发明的用于非接触地传输能量的系统，可以产生用于对移动式耗电器的电池进行充电的电流，该电流具有比较低的波动性，该电流因此被比较强地平滑。不需要或仅在小的尺寸中需要用于电流平滑的附加的元件、例如平滑电感。因此，在根据本发明的设备中以及在移动式耗电器中，有利地减小了结构空间、重量和成本。附加地，由初级线圈中的初级电流产生的不期望的电磁远场至少近似地相互抵消。
21.根据本发明的有利的设计方案，初级线圈的数量等于次级线圈的数量。由此使所需的结构元件的数量最小化。
22.根据本发明的一个有利的改进方案，至少一个移动式耗电器具有多个变流器，其
中，多个次级线圈中的每个将感应出的次级电流分别馈入多个变流器中的相应一个变流器中，并且其中，变流器从次级电流分别产生脉冲直流电流形式的输出电流。多个变流器中的每个为此包括整流器电子装置。
23.根据本发明的一个有利的设计方案，变流器的数量等于次级线圈的数量，并且给每个次级线圈分配刚好一个变流器，其中，每个次级线圈将感应出的次级电流仅馈入所分配的变流器中。由此使所需的结构元件的数量最小化。
24.根据本发明的一个优选的设计方案，变流器彼此互连，使得产生的输出电流相加为总电流。总电流用于对移动式耗电器的电池进行充电。因此，以脉冲直流电流的形式存在的输出电流的波动性至少近似地相互抵消。总电流具有比较低的波动性，因此被比较强地平滑。
25.根据本发明的一个有利的设计方案，至少一个移动式耗电器具有可充电电池和平滑电感，其中，用于对电池进行充电的总电流流过平滑电感。由此，总电流仍然具有低的波动性，因此被更强地平滑。
26.根据本发明的一个有利的设计方案，初级线圈以二维矩阵的形式布置，和/或次级线圈以二维矩阵的形式布置。通过初级线圈和次级线圈的这种布置进一步减小所需的结构空间。
27.根据本发明的一个有利的设计方案，初级线圈布置在建筑物的天花板上，和/或次级线圈布置在移动式耗电器的顶侧。在此尤其地，移动式耗电器被设计为商用车辆，并且次级线圈布置在商用车辆的车顶上。
28.本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员而言，特别是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其他合理的组合可能性。
附图说明
29.现在根据附图详细说明本发明。本发明不局限于在附图中示出的实施例。这些附图仅示意性地示出本发明的主题。其中：
30.图1示出用于非接触地传输能量的系统的示意图。
具体实施方式
31.图1示出用于非接触地传输能量的系统的示意图。该系统包括能量馈入装置1，该能量馈入装置当前被设计为三相电流系统，并且提供频率为50hz的三相交变电压。还可想到的是，能量馈入装置1被设计为简单的交变电流系统，并且提供频率例如为50hz或60hz的单相交变电压。
32.该系统还包括移动式耗电器9。移动式耗电器9当前是自动驾驶车辆，其具有用于存储电能的可充电电池8。该系统还包括用于将能量从能量馈入装置1非接触地传输到耗电器9的设备7，尤其用于给电池8充电。
33.用于非接触地传输能量的设备7包括第一转换器21、第二转换器22、第三转换器23、第四转换器24、第五转换器25和第六转换器26。转换器21...26通过馈入线路12与能量馈入装置1电连接。转换器21...26中的每个具有整流器，用于从由能量馈入装置1提供的单
相或三相交变电压产生直流电压。还可想到的是，能量馈入装置1向转换器21...26提供直流电压。在该情况下，整流器是可有可无的。
34.转换器21...26中的每个具有逆变器，用于从由整流器产生的或由能量馈入装置1提供的直流电压产生中频初级电流p1...p6。第一转换器21产生第一初级电流p1，第二转换器22产生第二初级电流p2，第三转换器23产生第三初级电流p3，第四转换器24产生第四初级电流p4，第五转换器25产生第五初级电流p5，第六转换器26产生第六初级电流p6。初级电流p1...p6在此具有相同的例如为25khz、50khz、100khz或150khz的基本频率。
35.用于非接触地传输能量的设备7还包括第一初级线圈31、第二初级线圈32、第三初级线圈33、第四初级线圈34、第五初级线圈35和第六初级线圈36。第一转换器21将第一初级电流p1馈入第一初级线圈31中，第二转换器22将第二初级电流p2馈入第二初级线圈32中，第三转换器23将第三初级电流p3馈入第三初级线圈33中，第四转换器24将第四初级电流p4馈入第四初级线圈34中，第五转换器25将第五初级电流p5馈入第五初级线圈35中，并且第六转换器26将第六初级电流p6馈入第六初级线圈36中。
36.转换器21...26的数量在此等于初级线圈31...36的数量。当前，数量等于6。给每个转换器21...26分配刚好一个初级线圈31...36，其中，每个转换器21..26将所产生的初级电流p1...p6仅馈入所分配的初级线圈31..36中。
37.初级电流p1...p6在此相互具有相移。在每两个初级电流p1...p6之间的相移等于180
°
与转换器21...26数量的商或等于该商的整数倍。因此当前，在每两个初级电流p1...p6之间的相移为30
°
、60
°
、90
°
、120
°
或150
°
。
38.例如，第二初级电流p2相对于第一初级电流p1具有30
°
的相移，第三初级电流p3相对于第一初级电流p1具有60
°
的相移，第四初级电流p4相对于第一初级电流p1具有90
°
的相移，第五初级电流p5相对于第一初级电流p1具有120
°
的相移，并且第六初级电流p6相对于第一初级电流p1具有150
°
的相移。
39.转换器21...26当前借助于同步线路10相互连接。在此，第一转换器21将具有第一初级电流p1的基本频率和相位的信号馈入同步线路10中。剩余的转换器22
…
26分别产生具有所提到的基本频率的初级电流p2
…
p6，所述初级电流相对于第一初级电流p1具有所提到的相移。
40.还可想到的是，转换器21...26与中央同步装置连接。在此，同步装置向每个转换器21...26发送信号，该信号具有要产生的初级电流p1...p6的基本频率和相位，并且转换器21...26相应产生初级电流p1...p6。
41.移动式耗电器9具有第一次级线圈41、第二次级线圈42、第三次级线圈43、第四次级线圈44、第五次级线圈45和第六次级线圈46。次级线圈41...46在这里示出的图示中与初级线圈31...36感应耦合，使得每一个在初级线圈31...36之一中的初级电流p1...p6在次级线圈41...46之一中感应出次级电流s1...s6。
42.在此，初级电流p1...p6在初级线圈31...36中分别产生磁场，该磁场穿过次级线圈41...46之一并感应出相应的次级电流s1...s6。因此，在第一次级线圈41中感应出第一次级电流s1，在第二次级线圈42中感应出第二次级电流s2，在第三次级线圈43中感应出第三次级电流s3，在第四次级线圈44中感应出第四次级电流s4，在第五次级线圈45中感应出第五次级电流s5，并且在第六次级线圈46中感应出第六次级电流p6。
43.在此，初级线圈31...36的数量等于次级线圈41...46的数量。当前，数量等于6。在此，次级电流s1
…
s6彼此之间具有与初级电流p1...p6彼此之间相比相同的相移。
44.移动式耗电器9具有第一变流器51、第二变流器52、第三变流器53、第四变流器54、第五变流器55和第六变流器56。第一次级线圈41将第一次级电流s1馈入第一变流器51中，第二次级线圈42将第二次级电流s2馈入第二变流器52中，第三次级线圈43将第三次级电流s3馈入第三变流器53中，第四次级线圈44将第四次级电流s4馈入第四变流器54中，第五次级线圈45将第五次级电流s5馈入第五变流器55中，并且第六次级线圈46将第六次级电流s6馈入第六变流器56中。
45.第一变流器51从第一次级电流s1产生第一输出电流i1，第二变流器52从第二次级电流s2产生第二输出电流i2，第三变流器53从第三次级电流s3产生第三输出电流i3，第四变流器54从第四次级电流s4产生第四输出电流i4，第五变流器55从第五次级电流s5产生第五输出电流i5，第六变流器56从第六次级电流s6产生第六输出电流i6。在此，输出电流i1
…
i6分别以脉冲直流电流的形式产生。
46.在此，变流器51
…
56的数量等于次级线圈41...46的数量。当前，数量等于6。给每个次级线圈41...46分配刚好一个变流器51
…
56，其中，每个次级线圈42
…
46将感应出的次级电流s1
…
s6仅馈入所分配的变流器51
…
56中。
47.变流器51
…
56在输出侧彼此互连，使得产生的输出电流i1
…
i6相加为总电流ig。如已经提到的那样，输出电流i1
…
i6分别具有脉冲直流电流的形式。由于次级电流s1
…
s6的相移，总电流ig是平滑的直流电流。
48.当前被设计为自动驾驶车辆的移动式耗电器9包括用于驱动移动式耗电器9的驱动装置，该驱动装置具有电机、变速器和驱动轮。可充电电池8是电能存储器，并且尤其用于给驱动装置供给电能。移动式耗电器9还包括用于控制驱动装置的控制单元。移动式耗电器9还具有平滑电感6。总电流ig流过平滑电感6以对电池8进行充电。
49.用于非接触地传输能量的设备7被固定地布置。例如，初级线圈31...36固定在建筑物的地板中、天花板上、墙壁或支架上。次级线圈41...46布置在移动式耗电器9上，使得在移动式耗电器9相对于设备7正确取向的情况下，次级线圈41
…
46与初级线圈31...36感应耦合。
50.例如，初级线圈31...36布置在建筑物的天花板上，并且次级线圈41...46布置在移动式耗电器9的顶侧。例如，移动式耗电器9被设计为商用车辆，并且次级线圈41...46布置在商用车辆的车顶上。
51.例如，初级线圈31...36在一列中并排布置，在一个圆中或以二维矩阵的形式布置。相应地，次级线圈41...46也在一列中并排布置，在一个圆中或以二维矩阵的形式布置。
52.附图标记列表：
[0053]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
能量馈入装置
[0054]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
平滑电感
[0055]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
用于非接触地传输能量的设备
[0056]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池
[0057]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
耗电器
[0058]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
同步线路
[0059]
12
ꢀꢀꢀꢀ
馈入线路
[0060]
21...26转换器
[0061]
31...36初级线圈
[0062]
41...46次级线圈
[0063]
51
…
56变流器
[0064]
i1
…
i6输出电流
[0065]
ig总电流
[0066]
p1...p6初级电流
[0067]
s1
…
s6次级电流

技术特征：
1.一种用于将能量从至少一个能量馈入装置(1)非接触地传输到至少一个耗电器(9)——尤其是移动式耗电器(9)——的设备(7)，所述设备包括多个转换器(21
…
26)和多个初级线圈(31
…
36)，其特征在于，所述多个转换器(21
…
26)中的每个产生中频的初级电流(p1
…
p6)并将初级电流分别馈入所述多个初级线圈(31
…
36)中的相应一个初级线圈中，初级电流(p1
…
p6)具有相同的基本频率，初级电流(p1
…
p6)彼此之间具有相移。2.根据权利要求1所述的设备(7)，其特征在于，在每两个初级电流(p1
…
p6)之间的相移等于180
°
与转换器(21
…
26)数量的商或等于该商的整数倍。3.根据前述权利要求中任一项所述的设备(7)，其特征在于，设备(7)包括刚好六个转换器(21
…
26)，第二初级电流(p2)相对于第一初级电流(p1)具有30
°
的相移，第三初级电流(p3)相对于第一初级电流(p1)具有60
°
的相移，第四初级电流(p4)相对于第一初级电流(p1)具有90
°
的相移，第五初级电流(p5)相对于第一初级电流(p1)具有120
°
的相移，第六初级电流(p6)相对于第一初级电流(p1)具有150
°
的相移。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备(7)，其特征在于，转换器(21
…
26)的数量等于初级线圈(31
…
36)的数量，给每个转换器(21
…
26)分配刚好一个初级线圈(31
…
36)，其中，每个转换器(21
…
26)将所产生的初级电流(p1
…
p6)仅馈入所分配的初级线圈(31
…
36)中。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(7)，其特征在于，所述多个转换器(21
…
26)中的每个具有用于从直流电压产生中频初级电流(p1
…
p6)的逆变器。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(7)，其特征在于，转换器(21
…
26)借助于同步线路(10)相互连接，其中，产生第一初级电流(p1)的第一转换器(21)将信号馈入同步线路(10)中，该信号具有第一初级电流(p1)的基本频率和相位，剩余的转换器(22
…
26)分别产生相对于第一初级电流(p1)具有相移的初级电流(p2
…
p6)。7.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(7)，其特征在于，转换器(21
…
26)与同步装置连接，其中，同步装置向每个转换器(21
…
26)发送信号，该信号具有要产生的初级电流(p1
…
p6)的基本频率和相位。8.一种用于非接触地传输能量的系统，所述系统包括至少一个能量馈入装置(1)、至少一个根据前述权利要求中任一项所述的设备(7)和至少一个移动式耗电器(9)，所述至少一个移动式耗电器具有多个次级线圈(41
…
46)，其中，所述多个次级线圈(41
…
46)能与初级线圈(31
…
36)感应耦合，使得每一个在初级线圈(31
…
36)之一中的初级电流(p1
…
p6)在所述多个次级线圈(41
…
46)之一中感应出次级电流(s1
…
s6)。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，初级线圈(31
…
36)的数量等于次级线圈(41
…
46)的数量。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少一个移动式耗电器(9)具有多个变流器(51
…
56)，所述多个次级线圈(41
…
46)中的每个将感应出的次级电流(s1
…
s6)分别馈入所述多个变流器(51
…
56)中的相应一个变流器中，变流器(51
…
56)从次级电流(s1
…
s6)分别产生脉冲直流电流形式的输出电流(i1
…
i6)。11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，变流器(51
…
56)的数量等于次级线圈(41
…
46)的数量，给每个次级线圈(41
…
46)分配刚好一个变流器(51
…
56)，其中，每个次级线圈(41
…
46)将感应出的次级电流(s1
…
s6)仅馈入所分配的变流器(51
…
56)中。12.根据权利要求10至11中任一项所述的系统，其特征在于，变流器(51
…
56)彼此互连，使得产生的输出电流(i1
…
i6)相加为总电流(ig)。13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述至少一个移动式耗电器(9)具有可充电电池(8)和平滑电感(6)，其中，用于对电池(8)进行充电的总电流(ig)流过平滑电感(6)。14.根据权利要求8至13中任一项所述的系统，其特征在于，初级线圈(31
…
36)以二维矩阵的形式布置，和/或次级线圈(41
…
46)以二维矩阵的形式布置。15.根据权利要求8至14中任一项所述的系统，其特征在于，初级线圈(31
…
36)布置在建筑物的天花板上，和/或次级线圈(41
…
46)布置在移动式耗电器(9)的顶侧。

技术总结
本发明涉及一种用于将能量从至少一个能量馈入装置(1)非接触地传输到至少一个耗电器(9)、尤其是移动式耗电器(9)的设备(7)，该设备包括多个转换器(21


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：索尤若驱动有限及两合公司
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2023/6/26