[发明专利]能量传输装置和能量传输系统

说明书

本发明涉及一种用于具有一轮轴和至少一个车轮的车辆的能量传输装置，其中所述车轮的轮辋借助于连接单元与所述轮轴机械地耦合，并且其中所述车轮构造用于在地面上滚动，用于能够移动所述车辆。

此外，本发明涉及一种用于具有一轮轴和至少一个车轮的车辆的能量传输系统，其中所述车轮与所述轮轴机械地耦合并且构造用于在地面上滚动，用于能够移动所述车辆。

背景技术

在进行能量传输时，比如将电能由一个物体传输到另一个物体上。在此比如可以将电缆用于所述传输。作为替代方案，存在着借助于无线的能量传输来传输电能的可能性。所述无线的能量传输引起较高的灵活性，并且在建立电的接触时避免问题。由此可以提高操作舒适性。

用于在近场范围内的无线的能量传输的物理基础要么是电容的耦合要么是感应的耦合。

在进行电容的能量传输时，发送器磁敏元件和接收器磁敏元件彼此平行地布置，并且就这样相应地形成一个平面电容器。如果将电的负载耦合到所述接收器磁敏元件上，那么在加载交流电压时，交流电通过所构成的平面电容器来流动，并且由此将电的功率传输到所述电的负载上。不过，感应的能量传输系统通常明显地更有效率。

在进行感应的能量传输时，在初级侧上借助于线圈来产生交变磁场。这种交变磁场的至少一部分穿过同样具有线圈的次级侧。由此，在所述次级侧的线圈中通过感应引起电压，并且由此将能量从所述初级侧传输到所述次级侧上。所述两个相耦合的线圈的耦合系数形成了在进行感应的能量传输时的重要的特征参量。所述耦合系数通过所述线圈的、互感对自感的比例来定义。所述线圈之间的耦合系数的扩大或者耦合情况的改进可以通过铁磁的材料的使用来实现，所述铁磁的材料比如被安置在所述线圈的上方或者下方并且使磁通量聚束。由此可以改进所述能量传输的效率。

此外，存在着在所述初级侧和所述次级侧上布置所谓的共振电容器的可行方案，所述共振电容器与所述线圈一起形成相应的共振电路。如果如此选择所述共振电容器的电容值，使得所述两条共振电路在使用工作频率时处于共振中，那就抵消所述线圈的电感的作用。由此，可以使所传输的功率最大化，并且使功率传输的效率得到优化。所述初级侧的和次级侧的这种共振的运行一般来说被称为磁共振方法。但是，由于在所述磁共振方法中所使用的共振电路，所述功率传输强烈地取决于频率。

无线的能量传输方法比如可以用于给用电驱动的车辆的牵引用蓄电池充电。对于所熟知的、用于四轮车辆（比如电动车、混合动力车）的系统来说，比如将发送器线圈水平地安装在底部中或者安装在踏脚垫中。所述接收器线圈水平地处于车辆的底部（车身）中。已经知道，这种系统的能够传输的功率直接取决于所述线圈的直径和有待跨越的无线的空气间隙。所述线圈构造得越小，效率就越低，并且由此在所述发送器线圈与所述接收器线圈之间的有利的、能够跨越的间距就越小。此外，所述耦合或者所述能量传输的效率受到所述两个线圈的、水平的偏移的影响。出于这个原因，所述发送器线圈和所述接收器线圈比如具有相同的、较大的直径（比如30cm）。为了集成在具有敞开的底盘的双轮车（比如自行车）中，这样的系统由于所选择的线圈直径而不合适。

已知用于双轮车的系统，在这些系统中所述发送器线圈比如布置在车内地毯中，并且所述接收器线圈布置在车辆立柱（Fahrzeugst?nder）中。在此，所述接收器线圈可以仅仅用大约2到3cm的直径来实现。因此，所述有利的传输距离同样仅仅为几厘米（比如2到3cm）。随后，对于所述发送器线圈及接收器线圈的、沿着垂直的以及侧向的方向的定位精度提出较高的要求。如果没有将所述发送器线圈和所述接收器线圈相对于彼此精确地定位，那就缩小所述耦合系数，并且由此缩小所述能量传输的效率。但是，这导致所述无线的能量传输系统的较差的操作舒适性。

本发明的公开内容

因此，本发明提供一种用于具有一轮轴和至少一个车轮的车辆的能量传输装置，其中所述车轮的轮辋借助于连接单元与所述轮轴机械地耦合，并且其中所述车轮构造用于在地面上滚动，用于能够移动所述车辆，其中所述能量传输装置具有一用于连接电的能源或者电的势阱的联结单元和至少一个传输元件，所述传输元件与所述联结单元进行电耦合，并且所述传输元件构造用于：借助于无线的能量传输，在所述电的能源或者势阱与布置在所述车辆之外的外部的能量传输单元之间交换电能，其中所述能量传输装置抗旋转地与所述车辆的车轮相连接。