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CN110621533B - 具有冷却装置的感应充电设备 - Google Patents

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CN110621533B CN201880027768.4A CN201880027768A CN110621533B CN 110621533 B CN110621533 B CN 110621533B CN 201880027768 A CN201880027768 A CN 201880027768A CN 110621533 B CN110621533 B CN 110621533B
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Abstract

本发明涉及一种用于部分或全电动机动车辆的感应充电设备(1)。感应充电设备(1)包括具有金属屏蔽板(4)的辐射保护装置(2)和固定到辐射保护装置(2)的充电装置(3)。充电装置(3)在充电壳体(11)中包括至少部分亚铁磁性或铁磁性的至少一个磁板(5)和至少一个感应线圈(6)。根据本发明，充电装置(3)包括主动冷却装置(7)，该主动冷却装置以热传递的方式固定在充电壳体(11)中。

Description

具有冷却装置的感应充电设备
本发明涉及一种用于部分或全电动机动车辆的感应充电设备。
感应充电设备在现有技术中是已知的，并且能够用于将能量以非接触方式从外部源传递到机动车辆中的能量存储设备以及直接传递到用电器或驱动器中。
因此感应设备具有包括能够电磁耦合到初级线圈的至少一个次级线圈的充电装置。次级线圈例如能够固定到机动车辆的底盘并且初级线圈能够固定到与底盘齐平或高度可调的充电位置。通过临近充电点，则次级位置能够电磁耦合到初级线圈，并且借助于初级线圈和次级线圈之间的电磁相互作用，能够对机动车辆的能量存储设备非接触地充电。通过底盘中或行车道中的多个线圈，能量还能够在“停和走”操作中半动态传递，或者在驱动操作中动态传递。初级线圈和次级线圈因此例如能够设计成环形线圈或双D形线圈的形式或不同的形式。
在充电过程中，在初级线圈和次级线圈之间建立电磁场，借助于至少部分亚铁磁性或铁磁性的磁板(例如包括软磁性铁氧体)影响该电磁场来减少充电损耗。在充电装置中产生辐射强度随充电功率增加而增加的电磁场辐射。借助于通常是铝制金属屏蔽板的辐射保护装置能够捕获场辐射，以免损坏机动车辆中的电子设备并防止对人的健康的不利影响。
随着充电功率的增加，聚集在磁板处和金属屏蔽板处的热量也会增加。在高充电功率的情况中，热量仅能够部分地散发，这能够导致过热并因此损坏感应充电设备。
因此，本发明的目的是提供一种感应充电设备，通过该感应充电设备获得更高的充电功率并防止由于过热而损坏感应充电设备。
根据本发明，借助于独立权利要求1的主题解决该问题。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
本发明基于一般构思：主动冷却感应充电设备来获得更高的充电功率以及防止由于过热而损坏感应充电设备。为此，感应充电设备具有包括金属屏蔽板的辐射保护装置和固定到辐射保护装置的充电装置。充电装置因此在充电壳体中具有面向辐射保护装置的至少部分亚铁磁性或铁磁性的至少一个磁板和至少一个感应线圈。根据本发明，充电装置具有主动冷却装置，该主动冷却装置固定在充电壳体中以传递热。
感应线圈(即所谓的次级线圈)能够电磁耦合到外部感应线圈(即所谓的初级线圈)，并且能量能够无接触地从外部感应线圈传递到感应线圈，并因此传递到能量存储设备。主动冷却装置因此冷却充电装置，并且应将其理解为是冷却流体(例如水、油或冷却剂)能够至少部分地流过的装置。为此，冷却装置能够具有冷却流体能够流过的至少一个冷却管道。根据本发明，主动冷却装置固定在充电壳体中，从而借助于冷却装置的较冷的冷却流体和充电装置的较热的元件之一之间的热传递来主动冷却充电壳体。有利地，热传递在充电装置的发热元件处直接发生，由此能够获得更高的温度梯度并因此获得更好的热传递。总体上，以这种方式能够防止感应充电设备的过热并且能够提高充电功率。
辐射保护装置的金属屏蔽板屏蔽充电装置的电磁场辐射并且例如能够由铝或铝合金制成。有利地，辐射保护装置布置在感应充电设备的顶侧并且充电装置布置在感应充电设备的底侧。在此，将顶侧定义为包括感应线圈(所谓的次级线圈)的感应充电设备的、面向机动车辆的一侧，并且将底侧定义为包括感应线圈(所谓的次级线圈)的感应充电设备的、背离机动车辆的一侧。以这种方式，辐射保护装置能够针对充电装置中产生的场辐射屏蔽机动车辆，并且充电装置的感应线圈能够耦合到例如为充电位置的外部感应线圈。
通过面向辐射保护装置的至少部分亚铁磁性或铁磁性的磁板，能够影响由感应线圈产生的电磁场并且提高充电功率。为此，磁板能够具有至少部分地布置在金属板上的例如软磁铁氧体。感应充电设备还能够具有用于提高充电功率的多个感应线圈。相应的感应线圈在此能够是环形线圈或双D形线圈或螺线管线圈或双极线圈。相应的感应线圈的尺寸还能够适合于所需的充电功率。
总体上，借助于主动冷却装置能够主动冷却根据本发明的感应充电设备，由此提高了充电功率并且避免了感应充电设备的过热。可替代地，在根据本发明的感应充电设备中，能够使用更轻和具有较小尺寸的感应线圈来获得与传统感应充电设备相同的充电功率。由此能够有利地减少感应充电设备的总质量、尺寸以及成本。
在根据本发明的感应充电设备的进一步改进中，有利地提供：冷却装置至少部分地以冷却底侧布置在至少一个感应线圈上并且以冷却顶侧布置在磁板上。以这种方式将冷却装置直接布置在发热的感应线圈上，由此在冷却装置和感应线圈之间直接发生热传递。由此有利地避免了感应线圈、磁板以及充电壳体的过热。在此冷却装置能够部分地以及完整地大面积地抵接在感应线圈上。
有利地提供：冷却装置由非金属材料制成，优选地由防渗透塑料制成或由具有防渗透涂层的塑料制成。感应线圈耦合到外部感应线圈时塑料不会干扰磁板和感应线圈之间的相互作用，从而保持充电功率。通过防渗透塑料或者可替代地通过具有防渗透涂层的塑料，防止冷却流体渗透到充电装置的感应线圈以及其他导电地连接的部件。以这种方式能够实现对感应充电设备的有效冷却并且能够防止对感应充电设备的电子和机械损坏。为了借助冷却流体也不会不利地影响由感应线圈产生的电磁场，能够使用不导电或仅轻微导电的冷却流体。总体上，在这种实施方案中，冷却装置能够大面积地布置在例如感应线圈和磁板上，并因此能够有效地冷却充电装置而不会减小感应充电设备的充电功率。
可替代地或此外，提供：冷却装置以冷却底侧布置在磁板的磁板顶侧上。在冷却装置的该实施方案中，在感应线圈耦合到外部感应线圈时不影响磁板与感应线圈的相互作用，从而能够将冷却装置部分地或大面积地布置在磁板上。此外，冷却装置能够由任何材料制成。
有利地提供：冷却装置由金属优选为铝制成，或，由金属合金优选为铝合金制成。金属和一些金属合金具有相对高的导热能力，从而能够有利地提高较冷的冷却流体和充电装置的待冷却的较热的元件之间的热传递。
在根据本发明的解决方案的进一步改进中，提供：冷却装置以冷却顶侧布置在壳体底侧和/或线圈底侧上。在充电装置的该实施方案中，冷却装置还能够部分地或大面积地抵接在感应线圈和/或壳体底侧上。为了不会不利地影响耦合时感应线圈与外部感应线圈的相互作用，冷却装置能够由非金属材料制成。非金属材料优选地是防渗透塑料或具有防渗透涂层的塑料。此外在充电装置的该实施方案中，也能够使用不导电或仅轻微导电的冷却流体。
为了能够将待冷却的各个元件布置在充电装置中，有利地提供：在壳体顶侧上，充电壳体具有用于至少一个感应线圈的至少一个线圈凹部和/或用于磁板的至少一个磁板凹部，和/或，在壳体底侧上，充电壳体具有用于冷却装置的至少一个冷却凹部。以这种方式，在充电壳体中能够节省空间地固定感应线圈、磁板或冷却装置。此外，能够使充电装置的待冷却的各个元件大面积地彼此抵接，从而改善了充电装置的冷却装置和待冷却的各个元件之间的热传递。
有利地提供：冷却装置具有整体形成在充电壳体的冷却凹部中的至少一个冷却管道，并且充电装置具有流体密封地固定到充电壳体的壳体底侧的底侧盖。冷却装置因此由壳体底侧和流体密封地抵接在壳体底侧上的底侧盖形成。冷却流体流过冷却管道，从而直接冷却充电壳体。以这种方式能够显著改善冷却装置的效率。底侧盖到壳体底侧的流体密封的固定能够例如借助于粘结结合来获得。可替代地，密封剂(例如弹性材料，诸如橡胶)也能够结合螺纹连接或夹持连接使用。
在此，为了也不会不利地影响耦合时感应线圈与外部感应线圈的相互作用，有利地提供：充电壳体和/或底侧盖由非金属材料制成，优选地由防渗透塑料制成或由具有防渗透涂层的塑料制成。则能够例如在壳体底侧上铣削冷却管道，或者可替代地能够以注塑工艺制造包括整体构成的冷却管道的充电壳体。
有利地，冷却装置能够具有包括至少一个冷却流体管的管装置。该管装置在此能够具有多个冷却流体管，冷却流体能够流过该多个冷却流体管并且例如借助于冷却流体收集器连接该多个冷却流体管。
可替代地或此外，冷却装置能够具有包括至少一个冷却盘的盘装置，该至少一个冷却盘包括至少一个冷却管道。冷却管道在此例如能够通过改造冷却盘来形成或者能够设计成敞开的。冷却管道因此能够例如借助于对金属或塑料冷却盘的深拉形成。为了封闭敞开的冷却管道，能够将盘装置流体密封地固定到例如磁板、充电壳体盖或充电壳体的壳体底侧。可替代地，冷却装置能够具有冷却壳体，盘装置流体密封地固定在该冷却壳体中。
可替代地或此外，冷却装置还能够具有包括至少一个管道板的管道装置，该管道板包括在管道板中整体形成的至少一个冷却管道。管道板能够例如是金属的或非金属的，并且冷却导管能够在管道板中例如借助于铣削来形成。有利地，充电装置的待冷却的各个元件的表面(例如充电壳体盖或磁板或充电壳体)也能够用作管道板。管道装置将冷却装置特别节省空间地固定在充电装置中。
为了提高冷却装置和充电装置的待冷却的各个元件之间的热传递，有利地提供：充电壳体至少部分地填充有温度稳定的和/或导热的和/或电绝缘的散热填料。散热填料能够例如是导热膏或浇铸到充电壳体中并且借助于热供应而固化的浇铸物。充电装置的待冷却的元件能够借助于散热填料导热地彼此固定，从而改善待冷却的各个元件彼此之间以及与冷却装置之间的热传递。以这种方式也能够有效地冷却充电装置的、不直接抵接在冷却装置上的元件。特别是在金属冷却装置中，能够有利地使用电绝缘的散热填料。
有利地提供：充电装置具有抵接在充电壳体盖的盖顶侧上和金属屏蔽板的金属板底侧上的导热层。导热层能够是导热板、导热膜或导热膏。以这种方式，辐射保护装置的金属屏蔽板也能够导热地连接到充电装置并因此连接到冷却装置并且能够被主动冷却。这里导热层的固定能够借助于材料配合、力配合或形状配合地实现。
在根据本发明的感应充电设备的有利的进一步改进中，提供：感应充电设备具有导热地固定在充电装置中或在充电装置上或在金属屏蔽板上的电力电子单元。电力电子单元包括能够借助于冷却装置以这种方式冷却的多个电发热部件。
为了能够节省空间地将感应充电设备固定到机动车辆，有利地提供：将感应充电设备形成为基本上平的或基本上遵循三维表面。因此能够将形成为平的感应充电设备固定到例如机动车辆底盘，并且能够通过临近平的充电位置将感应充电设备的感应线圈耦合到外部感应线圈。可替代地，感应充电设备能够基本上遵循三维表面并且能够例如适合于机动车辆底盘的形状。在该实施方案中，感应充电设备能够节省空间地布置在机动车辆底盘上，并且能够避免由于机动车辆的使用导致感应充电设备的不希望的脱离。
总体上，借助于主动冷却装置能够主动冷却感应充电设备，由此增加充电功率并且避免感应充电设备的过热。
本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图以及基于附图的相应的图片说明中得出。
不言而喻，在不脱离本发明的范围情况下，上述特征和以下将要描述的特征不仅能够在相应的指定组合中使用，而且能够在其他组合中使用或单独地使用。
附图中示出了本发明的优选实施例，并且在下面的描述中将对其进行详细描述，其中相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
分别示意性地
图1示出了根据本发明的第一实施例中的感应充电设备的分解图；
图2示出了图1所示的感应充电设备的视图；
图3示出了根据本发明的第二实施例中的感应充电设备的分解图；
图4示出了图3所示的感应充电设备的视图；
图5示出了根据本发明的第三实施例中的感应充电设备的分解图；
图6示出了图5所示的感应充电设备的视图。
图1和图2示出了根据本发明的感应充电设备1的分解图和示意图。感应充电设备1具有辐射保护装置2和充电装置3。辐射保护装置2包括屏蔽充电装置3朝向机动车辆的电磁辐场射的金属屏蔽板4。金属屏蔽板4例如能够由铝或铝合金制成。充电装置3具有至少部分亚铁磁性或铁磁性的磁板5、感应线圈6和主动冷却装置7。
感应线圈6在此示例性地构成为环形线圈并且能够电磁耦合到外部感应线圈。在该实施例中，冷却装置7是包括多个冷却流体管9的管装置8，所述多个冷却流体管借助于冷却流体收集器10a和10b在两侧彼此连接。以导热的方式，冷却装置7以冷却顶侧7a布置在磁板5的磁板底侧5b上并且以冷却底侧7b布置在感应线圈6的线圈顶侧6a上。通过冷却装置7能够因此有利地防止感应线圈6和磁板5的过热。为了不对磁板5和感应线圈6的磁场引导有负面影响，冷却装置7能够由非金属材料制成。此外，在冷却装置7中还能够使用不导电的或仅轻微导电的冷却流体。磁板5、感应线圈6以及冷却装置7布置在借助于充电壳体盖12封闭的充电壳体11中。感应线圈6在此以线圈底侧6b抵接在壳体顶侧11a上。
辐射保护装置2和充电装置3借助于例如导热板、导热膜或导热膏的导热层13彼此连接，该导热层抵接在充电壳体盖12的盖顶侧12a上并且抵接在金属屏蔽板4的金属板底侧4b上。以这种方式，辐射保护装置2的金属屏蔽板4导热地连接到充电装置3，并因此连接到冷却装置7，并被主动冷却。为了改善金属屏蔽板5、感应线圈6和冷却装置7之间的热传递，能够用温度稳定的和/或导热的和/或电绝缘的散热填料(例如导热膏或浇注化)合物至少部分地填充充电壳体11。
图3和图4示出了根据本发明的感应充电设备1的分解图和示意图。在该实施例中，冷却装置7以冷却底侧7b布置在例如铁氧体板的磁板5的磁板顶侧5a上。在感应充电设备1中，冷却装置7不影响磁板5以及感应线圈6的磁场引导，从而冷却装置7能够由任何材料制成。在此，冷却装置7是包括冷却盘15的盘装置14。在冷却盘15上形成多个冷却管道16，并且冷却盘15流体密封地固定到磁板底侧5b。可替代地，盘装置14能够是以下的形式：包括多个管的管盘装置或者包括多个封闭的冷却管道的管道盘装置，该多个封闭的冷却管道整体形成在管道盘装置中。
图5和图6示出了根据本发明的感应充电设备1的分解图和示意图。在该实施例中，冷却装置7以冷却顶侧7a布置在壳体底侧11b上。在此，冷却装置7是包括冷却管道16的管道装置17。冷却管道16在充电壳体11的壳体底侧11b上整体形成在冷却凹部18中，并且与底侧盖19流体密封地分开。管道装置17因此借助于壳体底侧11b和流体密封地抵接在壳体底侧11b上的底侧盖19形成。为了不对感应线圈6与外部感应线圈的相互作用有负面影响，充电壳体11和底侧盖19能够由非金属材料制成。另外，冷却流体还能够是不导电的。
在这里示出的实施例中，感应充电设备1形成为平的。然而，感应充电设备1也能够基本上遵循三维表面，以能够节省空间地将感应充电设备1固定到例如不平坦的机动车辆底盘。
总体上，能够借助于冷却装置7主动地冷却根据本发明的感应充电设备1，由此能够提高充电功率并且防止感应充电设备1的过热。在充电功率恒定的情况下，可替代地，能够减小根据本发明的感应充电设备1中的感应线圈6的尺寸，并因此能够减少感应充电设备1的总质量、尺寸以及成本。

Claims (9)

1.一种用于部分或全电动机动车辆的感应充电设备(1)，
-其中，所述感应充电设备(1)具有包括金属屏蔽板(4)的辐射保护装置(2)和固定到所述辐射保护装置(2)的充电装置(3)，
-其中，所述充电装置(3)在充电壳体(11)中具有面向辐射保护装置的至少部分亚铁磁性或铁磁性的磁板(5)和至少一个感应线圈(6)，
其中，所述充电装置(3)具有主动冷却装置(7)，所述主动冷却装置固定在充电壳体(11)中以传递热，
其特征在于，
-在壳体底侧(11b)上，所述充电壳体(11)具有用于冷却装置(7)的至少一个冷却凹部(18)，
-所述冷却装置(7)具有在充电壳体(11)的至少一个冷却凹部(18)中整体形成的至少一个冷却管道，
-所述充电装置(3)具有流体密封地固定到充电壳体(11)的壳体底侧(11b)的底侧盖(19)。
2.根据权利要求1所述的感应充电设备，
其特征在于，
在壳体顶侧(11a)上，所述充电壳体(11)具有用于所述至少一个感应线圈(6)的至少一个线圈凹部和/或用于磁板(5)的至少一个磁板凹部。
3.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述充电壳体(11)和/或底侧盖(19)由非金属材料制成。
4.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述充电壳体(11)至少部分地填充有以下散热填料中的一种：温度稳定的散热填料、导热的散热填料、电绝缘的散热填料、温度稳定并且导热的散热填料、温度稳定并且电绝缘的散热填料、导热并且电绝缘的散热填料、以及温度稳定并且导热并且电绝缘的散热填料。
5.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述充电装置(3)具有导热层(13)，所述导热层抵接在充电壳体盖(12)的盖顶侧(12a)和金属屏蔽板(4)的金属板底侧(4b)上。
6.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述感应充电设备(1)具有电力电子单元，所述电力电子单元导热地固定在充电装置(3)中或固定在充电装置(3)上或固定在金属屏蔽板(4)上。
7.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述感应充电设备(1)形成为基本上平的或基本上遵循所述感应充电设备固定到的物体的三维表面。
8.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述充电壳体(11)和/或底侧盖(19)由防渗透塑料或具有防渗透涂层的塑料制成。
9.根据权利要求1或2所述的感应充电设备，
其特征在于，
所述充电装置(3)具有导热板、导热膜或导热膏，所述导热板、导热膜或导热膏抵接在充电壳体盖(12)的盖顶侧(12a)和金属屏蔽板(4)的金属板底侧(4b)上。
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