CN102257698B - 用于传递电能的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将电能感应地传递到移动式的在车行道或轨道上静止或运动的物体(3)或者从所述物体感应地传递电能的装置,所述物体具有耗电器和/或蓄能器,所述物体具有耗电器和/或蓄能器,所述装置包括配设于车行道(1)或轨道的底部感应器(5),所述底部感应器包括多个沿着所述车行道(1)或轨道设置的、连接在电源上的第一感应线圈(4),所述第一感应线圈具有能导磁的铁芯(6),用于产生朝着所述可移动的物体(3)定向的磁场。安装在所述可移动的物体(3)上的感应轮(8)具有包括能导磁的铁芯(10)的固定的第二感应线圈(9)和在两侧与所述铁芯连接的、在所述车行道(1)或轨道上定向的、能导磁的轮盘(11、12)。所述轮盘为了接触导通所述车行道(1)和为了确保在所述感应线圈(4、9)之间损失少的磁通量配设有随着所述物体(3)运动而转动的弹性的能导磁的轮胎(13),所述轮胎在压平的状态下可靠地消除留在车行道和轮盘之间的气隙。所述装置与电动车相关联地可在行驶或停车时有利地应用于蓄电池的舒适和快速的再充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将电能感应地传递到移动式的在车行道或轨道上静止或运动的物体或者从所述物体感应地传递电能的装置,所述物体具有耗电器和/或蓄能器。
背景技术
在工业和物流业的许多领域中,例如在制造设备或移动式物体如铁路、陆地运输装置、电动车、起重机设备、移动桥或类似的装置的情况下,但是也在载重车拖车、火车车厢或冷藏集装箱的情况下,电能的供应是必要的,所述电能通常借助于滑动触头和能量链或借助于电池和充电电缆供应。除了缺少运动自由度和停车时间,这种类型的能量传递由于它的易受干扰和高的维护费用是不利的。此外,例如从EP1337001B1或DE4236340C2中还已知用于通过具有气隙的变压器感应地无接触地能量传递的方法,在所述方法中不出现前面提及的缺点,并且借助于所述方法也能够将功率不需维修地传递直到兆瓦范围中。除了向上受限的效率,使用感应的能量传递由于保持恒定的小的气隙和在基底的特性和清洁度高的要求与明显的结构性费用相连。
在私车交通中研发指向电动车,所述电动车借助于蓄电池供应电能。用于对蓄电池充电的能量传递以已知的方式在车辆的静止状态中在固定的充电站使用已知的插头解决方案进行,由于充电时间长并且与此相关联的等候时间对于使用者是不利的。已放电的蓄电池的更换也与很大的费用关联。此外,用于蓄电池的成本和它的重量是高的。
发明内容
本发明基于的目的是,研发一种用于将电能感应地传递到移动式物体上的装置,所述移动式物体结构简单且维护成本低地构造,并且在移动式物体的静止状态中或运动中在不清洁的车道上也能确保损失少且快速的能量传递。
根据本发明,所述目的借助具有以下特征的用于将电能感应地传递到可移动的在车行道或轨道上静止或运动的物体或者从所述物体感应地传递电能的装置得以解决。其中,所述物体具有耗电器和/或蓄能器,所述装置设有:配设于车行道或轨道的底部感应器,所述底部感应器包括多个沿着所述车行道或轨道设置的、连接在电源上的第一感应线圈,所述第一感应线圈具有能导磁的铁芯,用于产生朝着所述可移动的物体定向的磁场,以及感应轮,所述感应轮安装在所述可移动的物体上并且在所述车行道或轨道上滚动,所述感应轮包括具有能导磁的铁芯的固定的第二感应线圈和在两侧与所述铁芯连接的朝所述车行道或轨道定向的能导磁的轮盘(11、12),其中,所述轮盘配设有随着所述物体运动而转动的弹性的能导磁的轮胎(13),用于无气隙地接触导通车行道或轨道并且用于确保损失少的磁通量。
本发明的基本构思在于将电能感应地传递到在静止状态中或在运动中的位于车行道或轨道上的移动式物体或从所述物体传递电能,所述移动式物体具有耗电器(例如电动机或冷却器)和/或蓄能器,借助于配设于车行道或轨道的底部感应器以及安装在可移动的物体上的、接触底部感应器的感应轮,也就是说,吸收或放出磁通量的轮。所述底部感应器包含多个由在车行道中或沿着轨道设置的、连接在电源上的第一感应线圈,所述第一感应线圈具有能导磁的铁芯,用于产生朝着可移动的物体定向的磁场。所述感应轮包括具有能导磁的铁芯的固定的第二感应线圈和在两侧与所述铁芯连接的朝车行道或轨道定向的能导磁的轮盘。为了车行道或轨道的接触导通并且为了避免气隙,并且因此为了确保损失少的磁通量,所述轮盘配设有随着所述物体运动而转动的弹性的能导磁的轮胎。借助所建议的装置确保在车行道或轨道和位于其上可移动的物体之间损失少的、舒适的、坚固的和快速的感应的能量传递,更确切地说在物体的静止状态中和运动中沿两个方向的能量传递。
在第一实施变体中,带有所述铁芯的所述轮盘与第二感应线圈固定地保持在可移动的物体上,而能导磁的轮胎安装在围绕第二感应线圈转动的轮辋上。在此,在车行道上被压平的轮胎在两侧压入到留在所述轮盘和车行道(轨道)之间的气隙中,以便因此关闭所述气隙,并且实现在底部感应器的第一感应线圈和感应轮的第二感应线圈之间的损失少的磁通量。
根据感应轮的另一实施形式,构造成整圆的轮盘与所述铁芯共同可转动地保持在可移动的物体上,并且能导磁的轮胎分别安装在所述轮盘的外圆周上,而第二感应线圈通过保持元件与可移动的物体固定地连接。
在本发明的构造中,所述轮胎由能导磁的弹性体组成。
所述底部感应器可以设置在底部中或在底部上,但是也可以设置在壁或盖上,并且相应的车行道或轨道线路沿任意方向延伸。
根据本发明的另一特征,所述底部感应器的感应线圈分别配设有用于检测可移动的物体的感应器,以便只将可移动的物体正好位于其上方的感应线圈与所述电网连接。
在本发明的另一构造中,所述底部感应器包括两个或更多个间隔一定距离地平行地设置的纵向轨,所述纵向轨由能导磁的材料制成,所述纵向轨通过横向接板连接,所述感应线圈位于所述横向接板上。所述底部感应器可构造成双轨感应器,所述双轨感应器包括多个接连地设置的部分,所述部分分别包括两个纵向轨和连接所述纵向轨的容纳第一感应线圈的横向接板,或者,所述部分构造成做模块设计的大面积的栅极感应器,所述栅极感应器包括多个平行设置的、通过装配有感应线圈的横向接板连接的纵向轨。
在优选的实施变体中,可移动的物体是借助于蓄能器驱动的电动车,在所述电动车上固定有感应轮,并且为了对蓄电池再充电,感应轮暂时可降低到构造成栅极感应器的车行道或停车场的慢行区域或停车区域上地固定。根据本发明的能量传递***在电动车中的应用由于简单、舒适和快速的再充电并且由于对蓄电池的重量和成本节省是特别有利的。
在本发明的构造中,在汽车中感应轮的暂时降低通过轮胎压力或轴线位置的改变实现。在本发明的另一构造中,通过安装板保持在所述电动车上的感应轮也能够借助于翻转展开机构降低到构造有栅极感应器的车行道上。
附图说明
借助于附图详细解释本发明的实施例,附图中:
图1用于感应地传递电能到移动式物体的装置的原理示意图,所述移动式物体具有安装在其上的感应轮;
图2在图1中示出的装置的剖视图;
图3用于有轨(schienengebundene)的可移动的物体的双轨感应器的俯视图,所述双轨感应器由成排设置的部分组成;
图4a/b用于将能量传递到单独可移动的电动车上以便供应驱动能或传递和储蓄能量的栅极感应器的俯视图和前视图,所述栅极感应器能集成在车行道中;
图5位于具有集成的栅极感应器的车行道上的、单独可移动的电动车;并且
图6如图1的用于传递电能的能由车辆在车行道上接通的装置。
具体实施方式
如图1和2所示,在车行道1的区域中,电动的、可移动的物体3应在所述车行道上移动,设置多个围绕铁芯6缠绕的、通过供电网络连接在低频范围中交流电压上的第一感应线圈4,所述第一感应线圈以它们的整体构成为底部感应器5,并且产生向上定向的磁场。第一感应线圈4沿着所述车道在所述电网上的接线端根据位于所述车行道1上的可移动的物体3而控制,也就是说,总是仅接通位于可移动的物体3的范围中的感应线圈4。为了识别可移动的物体3,所述感应线圈配设有传感器2。
在图1和2中仅简示出的可移动的物体3具有围绕轮轴线14可转动地支承在保持装置7上的感应轮8,所述感应轮具有轴衬15,所述轴衬包括由第二感应线圈9包围的、能导磁的(成金属板的)铁芯10,所述铁芯具有在它的每一侧上配设的能导磁的(成金属板的)轮盘11和12。在所述轮盘11、12的外表面上安装有非磁性的防尘盖17。第二感应线圈9固定在与可移动的物体3连接的保持元件16上。感应轮8的外周表面通过由能导磁的弹性体制成的弹性的轮胎13构成,所述轮胎接触导通车行道1并且在所述车行道上滚动,并且在此这样地被压平或扁平地延伸(平的轮胎13’),使得在集成在车道中的底部感应器5和能导磁的轮盘11、12之间不留气隙。在所述底部感应器5的第一感应线圈4和所述感应轮8的第二感应线圈9之间通过轮胎13的能导磁的弹性体和在两侧的能导磁的轮盘11、12产生损失少的磁性能量,所述能量通过所述感应线圈9以高的效率转换为电能。以这种方式,感应地传递的电能通过线圈引线20和整流器输送给设置在可移动的物体3上的耗电器或电容式的蓄能器(分别未示出)。在前面说明的实施变型中,所述感应轮8直接通过可转动地支承在保持装置7中的、能导磁的轮盘11、12构成,所述轮盘具有设置在所述轮盘的圆周面上的能导磁的轮胎13。
本发明不局限于用于感应地传递电能到移动式物体3或从所述物体传递电能的装置的在前面示例说明的实施形式。从本发明的基本构思出发,实现在固定的底部感应器5和安装在可移动的物体上的感应轮8之间的感应的能量传递,所述感应轮8由能导磁的轮盘11、12和配设于所述轮盘的能导磁的弹性体组成,用于获得无气隙的、损失少的磁通量,但是也可设想的是,固定地设置所述轮盘并且将为了抑制间隙配设于所述轮盘的能导磁的弹性体设置在与固定在可移动的物体上的保持装置连接的轮上。
借助所提出的装置,既可以在可移动的物体的静止状态下也可以在所述物体运动时感应地传递电能,更确切的说,在固定的底部感应器和在所述底部感应器上可移动的感应轮之间沿两个方向传递电能。所述装置既用于有轨的可移动的物体,例如铁路或类似的运输工具,也用于不约束在规定的车道上的物体,例如适于在车行道上借助电动车的私车交通。相应地,所述底部感应器5构造成适配于所述感应轮8的双轨感应器17,在所述双轨感应器上设有能导磁的弹性体的轮(在这里为具有弹性的轮胎13的轮盘11、12)沿轨道延伸的方向滚动,或者所述底部感应器5是绑定在车行道中的或构造成垫子的大面积的栅极感应器21,在所述栅极感应器上,可自由移动的电动车在能量传递期间能够沿任意方向移动,或能够静止地定位。
图3示出双轨感应器17的多个依次设置的部分或模块,所述部分或模块根据按图1和2的感应轮8的相应的构造分别由两个通过横向接板18连接的由能导磁材料制成的纵向轨19以及安装在所述横向接板18上的感应线圈4组成。在各感应线圈4的高度中设置有传感器2,所述传感器识别位于所述感应线圈4上方的可移动的物体3,以便启动将相关的第一感应线圈4连接到所述电网上以及将电能感应地传递到正好定位在所述感应线圈4上的可移动的物体3的蓄能器或耗电器。
图4a和b示出构造成用于借助电动车的私车交通的栅极感应器21的俯视图和前视图。所述栅极感应器21包括多个间隔一定距离相互平行地设置的纵向轨19’,各纵向轨通过沿纵向方向以及在高度中相互位错的横向接板18’彼此连接,所述横向接板具有设置在所述横向接板上的(可单独接通的)感应线圈4。所述纵向轨19’和所述横向接板18’由能导磁的材料组成。所述栅极感应器21由多个接连设置的栅极感应器部分(未示出)构成。
用于感应地能量传递的上述装置的特殊应用领域是电动车,它的使用由于大的重量和用于蓄电池的高成本和成本过高的充电而受限。图5示出配备有用于供应必要的电的驱动能的蓄电池(未示出)的电动车22,它的轮23配设有根据图1和2构造的感应轮8。所述感应轮8在正常行驶工作中不接触导通所述车行道1并且可在设置在所述车行道覆层中或车行道覆层上的、构造成栅极感应器21的底部感应器的情况下暂时地下降到车行道1上,以至于在第一感应线圈4连接在电网上的情况下可通过压在车行道1上的弹性的、能导磁的轮胎13实现朝着驱动电动机或朝着所述电动车22的蓄电池的能量传递。感应轮到所述车行道1上的下降可例如通过在所述车辆轮胎26中的气压降低或通过在感应轮8方面的轴线位置的改变得以实现。感应轮在所述车行道1上的降低和位置正确的定位借助于控制元件23进行。通过上述设置在栅极感应器21中的传感器2检测所述车轮的位置,并且控制各线圈在低频范围中借助交流电压的通电。所述接通仅在当也检测所述车辆标记时进行,以便能够进行能量消耗的准确的计算。图6还示出独立于车辆轮地固定在电动车22上的感应轮8,所述感应轮具有安装在其上的安装板24,所述安装板通过未详细说明的翻转展开机构25与所述电动车连接,并且实现所述感应轮8降低到具有集成的栅极感应器21的车行道1上。安装在电动车22上的感应轮可在车辆静止的状态(例如在停车场或在十字路口)或在移动时(例如在居住区中的慢行道上)降低到设有栅极感应器21的车行道1上,以便在此期间对蓄电池再充电。这种简单和舒适的类型的再充电减少必要的存储容量,并且降低所述蓄电池的重量和成本。
附图标记列表
1 车行道
2 传感器
3 可移动的物体
4 第一感应线圈
5 底部感应器(栅极感应器,双轨感应器)
6 4的铁芯
7 保持装置
8 感应轮
9 第二感应线圈
10 9的铁芯
11 轮盘
12 轮盘
13 能导磁的轮胎
13’ 平的轮胎
14 轮轴线
15 轴衬
16 9的保持元件
17 双轨感应器
18、18’ 横向腹部
19、19’ 纵向轨
20 线圈引线
21 栅极感应器
22 电动车
23 控制元件
24 安装板
25 翻转展开机构(Ausklappmechanik)
26 22的车辆轮胎
27 防尘盖
Claims (11)
1.用于将电能感应地传递到可移动的在车行道或轨道上静止或运动的物体(3)或者从所述物体感应地传递电能的装置,所述物体具有耗电器和/或蓄能器,
其特征在于,设有:
配设于车行道(1)或轨道的底部感应器(5),所述底部感应器包括多个沿着所述车行道或轨道设置的、连接在电源上的第一感应线圈(4),所述第一感应线圈具有能导磁的铁芯(6、18、19),用于产生朝着所述可移动的物体(3)定向的磁场,以及
感应轮(8),所述感应轮安装在所述可移动的物体(3)上并且在所述车行道或轨道上滚动,所述感应轮包括具有能导磁的铁芯(10)的固定的第二感应线圈(9)和在两侧与所述铁芯连接的朝所述车行道(1)或轨道定向的能导磁的轮盘(11、12),其中,所述轮盘配设有随着所述物体(3)运动而转动的弹性的能导磁的轮胎(13),用于无气隙地接触导通车行道(1)或轨道并且用于确保损失少的磁通量。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,带有所连接的铁芯(10)的所述轮盘(11、12)固定地保持在所述可移动的物体(3)上,并且所述能导磁的轮胎(13)安装在围绕所述第二感应线圈(9)转动的轮辋上。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,带有所连接的铁芯(10)的所述轮盘(11、12)可转动地保持在所述可移动的物体(3)上,并且所述能导磁的轮胎(13)安装在所述轮盘(11、12)的外圆周上。
4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述轮胎(13)由能导磁的弹性体制成。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述底部感应器(5、17)的所述第一感应线圈(4)分别配设有用于检测可移动的物体(3)和用于控制第一感应线圈(4)与电网的连接的传感器(2)。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述底部感应器(5、17)包括两个或多个间隔一定距离平行设置的且由能导磁的材料制成的纵向轨(19、19’),所述纵向轨通过由能导磁的材料制成的横向接板(18、18’)与配设的第一感应线圈(4)连接。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述底部感应器(5)构造成双轨感应器(17),所述双轨感应器包括多个成排设置的部分,所述部分分别包括两个通过设有第一感应线圈(4)的横向接板(18)连接的纵向轨(19)。
8.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述底部感应器(5)构造成扁平的配设于车行道面或停车面的栅极感应器(21),所述栅极感应器包括多个平行设置的纵向轨(19’),各纵向轨通过在各纵向轨(19’)之间位错地设置的且装配有第一感应线圈(4)的横向接板(18’)连接。
9.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述可移动的物体是借助于蓄电池驱动的电动车(22),在所述电动车上,为了对所述蓄电池再充电,所述感应轮(8)暂时地以能降低到车行道(1)或停车场的构造成栅极感应器(21)的慢行区域或停车区域上的方式固定。
10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述感应轮(8)配设于所述电动车(22)的车辆轮胎并且通过改变轮胎压力或者轴线位置能降低。
11.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述感应轮(8)通过安装板(24)保持在所述电动车(22)上并且能借助于翻转展开机构(25)降低到构造有栅极感应器(21)的车行道(1)上。
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