-
Die
Erfindung betrifft einen Übertragerkopf und
eine Anlage.
-
Aus
der
DE 44 46 779 C2 und
der WO 92/17929 sind Verfahren und zur berührungslosen Energieübertragung
bekannt, bei denen eine induktiv schwache Kopplung vorliegt.
-
Aus
der
DE 202 09 174
U1 ist eine Weichenanordnung bekannt, bei der vor dem Bereich
der Weiche jeder beiden verlegten Primärleiter mit einer Schleife
derart verlegt sind, dass während
des Durchfahrens der Weiche die Energieversorgung nicht geschwächt wird.
Dabei umfasst der Wagen einen E-förmigen Kern, dessen Mittelschenkel
im mittleren Bereich zwischen den langgestreckten Primärleitungen
gehalten wird.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine komplexe Anlage
mit geringem Aufwand herstellbar zu machen.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei der nach dem Übertragerkopf
nach den in Anspruch 8 und bei der Anlage nach den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Wichtige
Merkmale bei der Anlage sind, dass sie ein Primärleitersystem und zumindest
eine daran entlang bewegbar angeordnete Vorrichtung mit einem Übertragerkopf
umfasst,
wobei die Anlage zumindest eine Kreuzung mindestens
zweier Strecken des Primärleitersystems,
insbesondere linienhafte Strecken, umfasst,
wobei jede Strecke
zumindest einen Streckenabschnitt vor der Kreuzung und einen Streckenabschnitt
nach der Kreuzung umfasst,
wobei jeder Streckenabschnitt einen
Hinleiter und einen Rückleiter,
insbesondere einen zum Hinleiter parallel verlegten Rückleiter,
als Primärleitersystem
umfasst,
jeder Hinleiter eines Streckenabschnittes einer ersten
Strecke derart in der Kreuzung verlegt ist, dass er Rückleiter
eines Streckenabschnittes einer anderen Strecke ist.
-
Von
Vorteil ist dabei, dass durch die genannte Verlegung eine derartige
Struktur entsteht, dass durch den Übertragerkopf im Bereich der
Kreuzung effektiv zwei Stromschleifen sieht und somit ohne wesentlichen
Verlust an Wirkungsgrad weiter den Verbraucher versorgbar ist. Dies
gilt insbesondere auch für
das Drehen der verfahrbaren Vorrichtung.
-
Insbesondere
ist der erste Streckenabschnitt und der andere Streckenabschnitt
rechtwinklig zueinander vorsehbar. Somit ist eine bloße Links-
oder Rechtskurve beim Verlegen des Primärleiters auszuführen.
-
Wichtig
ist bei der Erfindung, dass Hinleiter und Rückleiter nicht in beiden Streckenabschnitten der
ersten Strecke vorgesehen sind. Dies gilt zumindest für eine Anlage
mit einer einzigen Kreuzung. Durch die Hinzufügung weiterer Kreuzungen oder Weichen
sind andere Verhältnisse
erreichbar. Jedoch ist die Erfindung aus Sicht der direkten Umgebung
einer Kreuzung in einer Anlage formuliert. Dass jeder die Kreuzung
tangierende Streckenabschnitt an seinem von der Kreuzung entfernten
anderen Ende andere Anschlussverhältnisse aufweisen kann, ist
für die
Erfindung unerheblich.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Streckenabschnitt der
ersten Strecke ein Streckenabschnitt vor der Kreuzung und der Streckenabschnitt
der anderen Strecke ein Streckenabschnitt nach der Kreuzung. Von
Vorteil ist dabei, dass der Hinleiter des ersten Streckenabschnittes
seine Funktionalität
beim Durchlaufen der Kreuzung wechselt und in einem anderen Streckenabschnitt
wirkt, also beispielsweise in einem um 90° versetzt angeordneten Abschnitt.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übertragerkopf entlang eines
langgestreckten Primärleiters,
insbesondere Hinleiter und/oder Rückleiter, verfahrbar vorgesehen.
Von Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf
an einem Wagen anordenbar ist. Es sind schienengebundene oder schienenlose
Anordnungen vorteilhaft verwendbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verlegung der Hinleiter
und Rückleiter
in der Kreuzung innerhalb einer Dose vorgesehen, insbesondere einer
mit einem Deckel lösbar
verschließbaren
Dose. Von Vorteil ist dabei, dass die Kreuzung in einem geschützten Bereich
verlegbar ist. Außerdem
ist die Dose mit Deckel überfahrbar
ausstattbar. Darüber
hinaus ist die Dose beispielsweise aus Kunststoff ausführbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst zur einfachen Verlegung
die Dose Führungsmittel
zum Führen
der Hinleiter und Rückleiter.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verlegung einfach ausführbar ist
und Fehler beim Verlegen verhinderbar sind.
-
Wichtige
Merkmale bei dem Übertragerkopf sind,
dass er für
eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung
vorgesehen ist, wobei die Spulenwicklung ein Flachbandkabel umfasst,
welches mindestens zwei parallel geführte Leitungen umfasst, insbesondere
auf Abstand voneinander hält
und/oder gegeneinander isoliert.
-
Von
Vorteil ist dabei, dass eine Spulenwicklung mit vielen Teilwicklungen,
welche in Reihe schaltbar sind, ohne großen Aufwand herstellbar ist. Denn
es muss die Wicklung nur mit dem Flachbandkabel ausgeführt werden.
Für die
Herstellung der Teilwicklungen ist kein weiterer Aufwand notwendig.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spulenwicklung aus zwei
oder mehr Flachbandkabeln ausgeführt
ist, wobei die von innen nach außen die Flachbandkabel in periodischer
Reihenfolge angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine sehr große Anzahl
von Teilwicklungen mit geringem Aufwand herstellbar ist. Außerdem sind
die benachbarten Leitungen eines Flachbandes axial zueinander benachbart.
Jedoch sind die benachbarten Leitungen zweier Leitungen in verschiedenen
Flachbandkabeln sind radial nebeneinander vorsehbar. Somit treten zwischen
benachbarten Teilwicklungen nur kleine Spannungen auf.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Leitungen Litzenleitungen
sind, deren einzelne Litzendrähte
gegeneinander isoliert. Von Vorteil ist dabei, dass der Skineffekt
verringert ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Leitung als Teilwicklung
der gesamten Spulenwicklung vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass
die Leitungen in einem Flachbandkabel zusammengefasst sind und somit
die Spulenwicklung, umfassend alle Teilwicklungen, schnell und einfach
herstellbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist Übertragerkopf für eine Anlage
zur berührungslosen Energieübertragung
vorgesehen, wobei das Gehäuse
des Übertragerkopfes
eine Sekundärspule
samt deren Spulenkern umgibt sowie Kondensatoren zur Bildung einer
elektrisch mit der Spule verbundenen Kapazität.
-
Von
Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf
als Einheit montierbar ist und eine gemeinsame Entwärmung der
Bauteile vorsehbar ist. Außerdem ist
nur ein Gehäuse
für alle
Bauteile notwendig und diese sind kompakt anordenbar und isolierbar.
Weiter wesentlicher Vorteil ist aber auch, dass die auftretenden
großen
Spannungen, insbesondere beim Reihenschwingkreis, oder großen Ströme, insbesondere beim
Parallelschwingkreis, einfach beherrschbar sind und es vermieden
wird lange elektrische Leitungen zwischen der Induktivität und der
Kapazität
zu verlegen, was aufwendig und kostspielig wäre sowie erhöhte Abstrahlungen
und Verluste zur Folge hätte. Außerdem wird
zum Verbraucher hin nur eine Anschlussleitung vorgesehen, die den
Verbraucherstrom und die Verbraucherspannung übertragen muss. Höhere Ströme oder
Spannungen, die nur innerhalb oder wegen des parallelen oder seriellen Schwingkreises
auftreten, bleiben räumlich
innerhalb des Übertragerkopfes.
Somit sind die zugehörigen technischen
Mittel, wie Stromschienen für
Starkstrom und/oder Isoliermittel für hohe Spannungen, innerhalb
des Übertragerkopfes,
also auf räumlich
eng begrenztem Bereich angeordnet. Somit sind die Mittel kompakt
ausführbar.
Außerdem
ist das Gehäuse
des Übertragerkopfes
zur Isolierung und als Berührschutz
mit verwendbar. Des Weiteren ist die Verdrahtung, also die elektrischen
Verbindungen und Verbindungsstellen, mit Ausnahme der Anschlussleitung vorsehbar
auf diesem räumlich
eng begrenzten Gebiet.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind im Übertragerkopf zumindest eine
Induktivität
und Kapazität
als Schwingkreis, insbesondere Parallel- oder Reihen-Schwingkreis,
vorgesehen, wobei die Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz des Primärstromes im
Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass die elektromagnetischen
Abstrahlungen und der Aufwand für
elektrische Verbindungen verringerbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse aus Gehäuseteilen zusammengesetzt,
insbesondere dicht, lösbar
verbindbar und/oder in hoher Schutzart. Von Vorteil ist dabei, dass
der Übertragerkopf
auch in feuchter Umgebung oder nasser Umgebung oder sogar Wasser-Umgebung
einsetzbar ist. Durch Vergussmasse innerhalb des Übertragekropfes
lässt sich
eine noch höhere
Dichtigkeit und bessere mechanische Stabilität erreichen.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern aus Ferrit
ausgeführt,
insbesondere aus einer Vielzahl von Ferritteilen zusammengesetzt
ist, insbesondere gleichen Ferritteilen. Von Vorteil ist dabei,
dass verschiedene Spulenkerne aus stets denselben Teilen herstellbar
sind. Es ist also eine ganze Baureihe von Spulenkernen oder entsprechend Übertragerköpfen herstellbar,
wobei nur eine oder wenige Sorten von teilen bevorratet werden muss. Die
somit hohe erreichbare Varianz innerhalb eines solchen Baukastens
benötigt
trotzdem nur ein geringes Lagervolumen und entsprechend geringen
Aufwand und Kostenbedarf.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind eine, zwei oder mehr Sorten
von Ferritteilen verwendet innerhalb des Gehäuses. Von Vorteil ist dabei,
dass eine hohe Varianz im Baukasten unter geringem Aufwand herstellbar
ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Übertragerkopf eine elektrische
Verbindung zu einem Verbraucher, welcher aus dem Übertragerkopf
mit Energie versorgbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine
einzige Anschlussleitung nach außen zum Verbraucher hin notwendig
ist. Somit sind die weiter notwendigen Verbindungsmittel und Verbindungen
innerhalb des Übertragerkopfes
vorsehbar und mit der Vergussmasse und/oder dem Gehäuse schützbar, isolierbar
und mechanisch festlegbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Kondensatoren auf mindestens
einer Leiterplatte angeordnet, deren Leiterbahnen elektrisch mit
der Sekundärspule
verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindungen in
einfacher und kostengünstiger
Weise herstellbar sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umgeben die Spulenwicklung oder
Spulenwicklungen den Spulenkern und an der äußeren Oberfläche der
Spule sind Ferritplatten vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass
eine Verminderung des Streufeldes und somit eine Verbesserung des
Wirkungsgrades erreichbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern U-förmig, C-förmig oder
E-förmig
ausgeführt,
insbesondere mit an ihrem Ende verbreiterten Schenkeln des U, E
oder C. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung bei verschieden
ausführbaren Spulenkernen
und somit auch bei verschiedenen Arten der Anordnung der Primärleiter,
wie sie beispielhaft in der
DE
44 46 779 C2 und der WO 92/17929 gezeigt sind, anwendbar
ist. Bei der ersteren ist ein Hinleiter ungefähr im Inneren des U vorgesehen.
Bei einem E-förmigen
Kern ist im Beriech der ersten beiden Schenkel ein Hinleiter und
im Bereich der letzten beiden Schenkel ein Rückleiter vorsehbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Leiterplatte und
Spulenkern ein Isolierkörper vorgesehen.
Von Vorteil ist dabei, dass eine räumlich sehr kompakte Anordnung
ausführbar
ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärspule aus Teilwicklungen zusammengesetzt,
welche jeweils mit einer zugehörigen
Kapazität als
Reihenschwingkreis ausgeführt
sind, wobei die Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz des Primärstromes
im Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass bei dem
Reihen-Schwingkreis die auftretenden Spannungen reduzierbar sind
im Vergleich zur Ausführung
des Übertragerkopfes
mit nur einer einzigen Induktivität und einer einzigen Kapazität. Bei analoger
Ausführung
mit Parallelschwingkreis, der aus parallel geschaltete Schwingkreise
aus jeweiligen Teilwicklungen und zugehörigen, entsprechend abgestimmten
Kapazitäten
zusammengesetzt ist, lassen sich entsprechend Ströme reduzieren.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Übertragerkopf eine Reihenschaltung
der Reihenschwingkreise, umfassend jeweilige Teilwicklung und jeweils
zugehörige
Kapazität.
Von Vorteil ist dabei, dass die auftretenden Spannungen innerhalb des Übertragerkopfes
reduzierbar sind und somit eine einfachere Isolierung ausführbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Übertragerkopf eine Reihenschaltung
der Reihenschwingkreisen, umfassend Teilwicklung und jeweils zugehörige Kapazität. Von Vorteil
ist dabei, dass die im Übertragerkopf
auftretenden Spannungen, insbesondere an den Wicklungsabgriffen,
klein haltbar sind.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spulenwicklung als Flachwicklung
ausgeführt.
Von Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf
besonders kompakt ausführbar
ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse als Metall, insbesondere
Aluminium, ausgeführt.
Von Vorteil ist dabei, dass Streufelder beziehungsweise Wirbelstromverluste
gering haltbar sind. Außerdem
wird die Wärmeaufspreizung
verbessert, also die von der Spule erzeugte Wärme schneller auf dem Gehäuse verteilt
und somit die Spitzentemperatur am Gehäuse verringert. Das Metall
bewirkt des Weiteren eine Verbesserung der Abschirmung von aus dem Übertragerkopf
austretenden magnetischen Streufeldern. Somit ist sogar eine Montage
des Übertragerkopfes
auf Stahl ermöglicht.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist im Inneren des Übertragerkopfes
Vergussmasse vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass elektrische
Isolierung, mechanische Haltekraft, Stabilität gegen Schwingungsneigung
und die Wärmeableitung
an die Umgebung verbesserbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Spulenwicklung Litzen-Flachband,
wobei die einzelnen Litzendrähte
gegeneinander isoliert sind, insbesondere ein spiralförmig oder
rechteck-spiralförmig
aufgewickeltes Flachband. Von Vorteil ist dabei, dass HF-Litze kostengünstig erhältlich ist
und die Auswirkungen des Skin-Effektes verringerbar sind. Somit
sind auch bei Frequenzen des Wechselstromes zwischen 10 und 100
kHz hohe Wirkungsgrade erreichbar.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Teilwicklung eine zugeordnete
Kapazität
in Reihe nachgeschaltet, welcher wiederum eine andere Teilwicklung
in Reihe nachgeschaltet ist, wobei die Teilwicklungen in räumlicher
Nähe angeordnet
sind, insbesondere benachbart. Von Vorteil ist dabei, dass räumlich benachbarte
Teilwicklungen eine geringe Spannungsdifferenz zueinander aufweisen.
Somit sind die Anforderungen an Isolierabstand zwischen diesen benachbarten
Teilwicklungen gering.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Teilwicklung eine zugeordnete
Kapazität
in Reihe geschaltet, welcher wiederum eine andere Teilwicklung in
Reihe nachgeschaltet ist, wobei die erste Teilwicklung einem ersten
Flachbandkabel und die andere Teilwicklung einem anderen Flachbandkabel
zugeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die beiden Flachbandkabel
miteinander aufwickelbar sind zur Bildung der Spule. Außerdem hat
jedes Flachbandkabel ein Ende und einen Anfang. Vorteil ist dabei, dass
eine Vielzahl von Teilwicklungen schnell und einfach mit einer Vielzahl
von Kapazitäten
und diese wiederum mit einer Vielzahl weiterer Teilwicklungen verbindbar
sind, indem ein Ende des ersten und ein Anfang des anderen Flachbandkabels
auf eine Leiterplatte geführt
und elektrisch verbunden wird. Somit ist eine umfangreiche Reihenschaltung
einer Vielzahl von Induktivitäten
und Kapazitäten
schnell und einfach herstellbar.
-
Wichtige
Merkmale bei der Anlage sind, dass ein vorbeschriebener Übertragerkopf
entlang eines langgestreckten Primärleiters verfahrbar vorgesehen ist.
Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders kompakte Anlage vorsehbar
ist, bei der aus einer Einspeisung ein Primärleitersystem speisbar ist,
aus dem bewegbar angeordnete Verbraucher berührungslos über eine schwache induktive
Kopplung, also auch großen
Luftspalt, versorgbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übertragerkopf entlang eines
langgestreckten Primärleiters
verfahrbar vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass Energie an einen
bewegbar angeordneten Verbraucher übertragbar ist, also beispielsweise
einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Primärleiter
in Richtung der Achse der Spulenwicklung einen Abstand zum Spulenkern
auf, der kleiner ist als der Abstand zweier Schenkel des Spulenkerns
zueinander. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad erzielbar
ist, obwohl die Primärleiter
in einer ersten Ebene angeordnet sind, beispielsweise im Boden verlegt
sind, und der Übertragerkopf über dieser
Ebene ungestört
verfahrbar ist.
-
Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Schnitt des Spulenkerns
derart E-förmig,
dass ein Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel an in einer Ebene
angeordneten Rückenteilen
vorgesehen ist, insbesondere wobei die Normalenrichtung der Schnittebene
in Richtung der langgestreckten Primärleiter verläuft. Von
Vorteil ist dabei, dass die Primärleiter
jeweils im Bereich zwischen dem äußeren und
mittleren Schenkel vorsehbar sind, wobei allerdings der Primärleiter
einen Abstand von den Schenkeln aufweist und der Abstand zwischen
Primärleiter und
dem die Schenkel verbindenden Teil größer ist als jede Schenkellänge. Bei
einem E-förmigen
Spulenkern ist das Teil dabei das Rückenteil des E.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
-
In
der 1a ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Draufsicht,
in 1b im Schnitt in 1c in
Schrägansicht
und in 1d in Explosionsdarstellung
gezeichnet.
-
Dabei
handelt es sich um einen sogenannten Übertragerkopf, der beispielhaft
an einem Verbraucher anbringbar ist. Der Verbraucher ist längs einem Primärleiter
bewegbar angeordnet, wobei von einer Einspeisung in den Primärleiter
ein mittelfrequenter Wechselstrom eingeprägt wird. Die Einspeisung ist vorzugsweise
als Stromquelle ausgeführt.
Vorzugsweise liegt die Mittelfrequenz zwischen 10 und 100 kHz.
-
Im Übertragerkopf
ist die zugehörige
Sekundärwicklung,
welche induktiv an den Primärleiter
koppelbar ist, vorgesehen. Die Kopplung ist schwach, also über einen
großen
Luftspalt, ausgeführt.
Damit aber trotzdem ein hoher Wirkungsgrad beim berührungslosen Übertragen
der elektrischen Leistung vom Primärleitersystem an die Sekundärspule erfolgen
kann, ist der Sekundärspule
eine Kapazität
derart in Serie beschaltet, dass der zugehörige Schwingkreis eine Resonanzfrequenz
aufweist, die im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht.
-
Der Übertragerkopf
weist ein Gehäuse 1 auf, das
vorzugsweise aus Metall, wie Aluminium ausgeführt ist. Dieses umgibt den
im Wesentlichen E-förmigen
Spulenkern und die diesen umgebende Sekundärwicklung 16. Der
Spulenkern ist aus Ferritplatten und Ferritteilen zusammengesetzt.
Dabei lässt
sich die ungefähre
Form des Spulenkerns als E beschreiben, dessen Mittelschenkel nicht
verbreitert ist. Jedoch sind die äußeren beiden Schenkel an ihrem Ende
verbreitert, indem Ferritplatten 11 am Ende der Schenkel
aufgelegt sind. Die äußeren Schenkel
sind dabei aus Ferritteilen 12 ausgeführt. Der Mittelschenkel ist
durch zwei Ferritteile 14 und eine darauf vorgesehene Ferritplatte
ausgeführt.
-
Am
seitlichen Ende des Gehäuses 1 sind
an der Innenseite Ferritplatten 21 angebracht, die zur Reduzierung
der Streufelder vorgesehen sind und den Wirkungsgrad weiter verbessert.
-
Die
gesamte Anordnung aus Ferritkernen, Ferritteilen und Wicklung ist
innerhalb des Gehäuses 1 vorgesehen.
Zwischen den mit Kondensatoren 6 bestückten Leiterplatten 5 ist
eine Isolierung vorgesehen, die in der Figur nicht gezeigt ist.
Auf den Leiterplatten 5 sind Kondensatoren 6 vorgesehen,
die die genannte Kapazität
bilden, welche der Induktivität der
Sekundärspule
in Reihe geschaltet ist.
-
Dabei
sind entsprechend den Figuren mehrere Leiterplatte im Inneren vorgesehen.
Insbesondere sind diese parallel zueinander angeordnet. Vorteilhaft
hat es sich erwiesen, entlang Zweier Innenseiten jeweils zwei Leiterplatten
anzuordnen, wobei die Kondensatoren voneinander abgewandt angeordnet sind.
-
Mittels
der Dichtung 7 ist eine Gehäuseplatte unter Verwendung
von Schrauben auf das Gehäuse 1 aufschraubbar
und dicht verbindbar. Das Innere wird zuvor mit Vergussmasse vergossen,
wodurch die Wärmeleitung
und Isolierung verbesserbar sind.
-
Am
Gehäuse 1 ist
auch eine Durchführung der
Anschlussleitung 10 vorgesehen. Somit ist ein Verbraucher,
wie Elektromotor oder elektronische Schaltung, versorgbar.
-
Der
im Schnitt E-förmige
Spulenkern ist aus einer Vielzahl kleiner Ferritplatten und Ferritteilen
zusammengesetzt. Somit ist die Fertigung verschiedener geometrischer
Dimensionen und Ausformungen einfach, kostengünstig und schnell möglich.
-
Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist die Kapazität
parallel statt in Reihe zur Induktivität der Sekundärspule ausgeführt.
-
Die
Wicklung ist aus Hf-Litze hergestellt, also aus Litze, deren sich
gegenseitig berührende
Einzeldrähte
gegeneinander elektrisch isoliert sind. Somit sind die Verluste
verringert.
-
Außerdem ist
die Litze als Flachband ausgeführt.
Somit eine hoher Wirkungsgrad auf kompaktem Raumbereich erreichbar.
-
Die
Wicklung ist als Flachwicklung, also als ebene konzentrische Wicklung
ausgeführt.
Dabei verläuft
die Wicklung rechteck-spiralförmig.
Das heißt,
der Wicklungsdraht wird in ungefährer
Rechteckform in einer Ebene gewickelt. Somit wird Bauraum eingespart.
-
Das
Aluminiumgehäuse
verringert die Verluste und verbessert somit den Wirkungsgrad der
Anlage.
-
Das
Primärleitersystem
umfasst zumindest einen langgestreckten Hinleiter und Rückleiter,
die zu einer geschlossenen Schleife des Primärleitersystems gehören. Beide
liegen außerhalb
des Übertragekropfes,
also insbesondere außerhalb
des E-förmigen
Spulenkerns. Die beiden Leiter sind dabei in Richtung der längeren Seite
des rechteckförmigen Übertragerkopfes
nach 1a verlegt. Der Übertragerkopf wird mit einem
Gewissen Abstand in Linienrichtung entlang dieser Leiter geführt. Dabei
ist der Übertragerkopf
einem schienengebundenen Wagen oder einem Wagen ohne Schienenbindung
zugeordnet. Im letzteren Fall hat sich als vorteilhaft erwiesen, den
Wagen mit einer Spurführungsantenne
auszustatten, die den Wagen in Linienrichtung zu führen vermag.
-
In
Draufsicht gesehen, also in Blickrichtung gemäß 1a, ist
der Hinleiter zwischen dem mittleren Schenkel und einem äußeren Schenkel
des E-förmigen
Spulenkerns vorgesehen. Der Rückleiter ist
zwischen dem mittleren Schenkel und dem anderen äußeren Schenkel des E-förmigen Spulenkerns vorgesehen.
Wie schon gesagt, ist jedoch in Blickrichtung zwischen dem Spulenkern
und dem Hinleiter und Rückleiter
ein Abstand vorgesehen. Dieser Abstand ist jedoch kleiner als der
Schenkelabstand, also der Abstand vom mittleren zum äußeren Schenkel
des E.
-
Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist Wicklung der Sekundärspule
aus Teilwicklungen zusammengesetzt, wobei jeder Teilwicklung eine
Kapazität
in Serie nachgeschaltet ist zur Reduzierung der auftretenden Spitzenspannung an
den Sekundärspulenanschlüssen, also
auch in der Anschlussleitung 10. Somit fließt der Sekundärstrom über die
erste Teilwicklung und dann in die zugeordnete erste Kapazität. Danach
fließt
er über
die zweite Teilwicklung und dann in die zugeordnete zweite Kapazität. Dies
wird bis zu letzten Kapazität fortgesetzt.
Jede Induktivität
und die zugeordnete Kapazität
sind dabei derart dimensioniert, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen
der Mittelfrequenz entspricht. Die Leiterplatten sind besonders
gut geeignet, um die Verbindungen zwischen den Teilwicklungen und
den Kondensatoren auszuführen
in einfacher und kostengünstiger
Weise. Jede Teilwicklung ist hierbei eine Flachwicklung.
-
Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist eine der Kapazitäten
oder die Kapazität
durch Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren
realisiert.
-
Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist statt des im Wesentlichen E-förmigen Spulenkerns
auch ein U-förmiger
oder ein C-förmiger
oder ein anders geformter Ferritkern verwendbar.
-
Wie
in 2 dargestellt, ist bei weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
die Spulenwicklung aus einem Flachband hergestellt, wobei das Flachband
sechs nebeneinander angeordnete Litzenleitungen umfasst. Außerdem wird
das Flachband zusammen mit einem weiteren Flachband, das ebenfalls
sechs nebeneinander angeordnete Litzenleitungen umfasst, zusammen
bewickelt. Die beiden Flachbänder
sind also sozusagen aufeinander derart gestapelt, dass nach dem
Bewickeln von innen nach außen
die beiden Flachbänder
in abwechselnder Reihenfolge vorgesehen sind.
-
In
der 2a ist ein Ausschnitt einer Anlage mit Kreuzung
gezeigt. An der Kreuzung treffen also vier gerade Streckenabschnitte
aufeinander, wobei jeder Streckenabschnitt aus zwei parallelen langgestreckten
Primärleitern 22,
wobei ein erster ein Hinleiter ist und ein zweiter ein Rückleiter.
-
Der
Wagen mit seinem Übertragerkopf
mit Gehäuse 1 fährt in der
angezeigten Richtung auf die Kreuzung zu.
-
In 2b ist
ein Drehen des Wagens im Bereich der Kreuzung gezeigt. Dabei tritt
nur keine wesentliche Minderung des Wirkungsgrades bei der berührungslosen
Energieübertragung
auf im Vergleich zum Wirkungsgrad auf den Streckenabschnitten. Denn
während
des Drehens werden sogar höhere
effektive Primärstrome
in einer Hälfte
des Übertragerkopfes
wirksam, wie in 3c entnehmbar ist.
-
In 2c ist
ein Wegfahren von der Kreuzung in der angedeuteten Richtung gezeigt.
-
In 3a ist
die Kreuzung mit einem Deckel 40 abgedeckt. In der 3b ist
der Zustand der Kreuzung bei abgenommenem Deckel 40 ersichtlich. Dabei
ist in der Kreuzung eine Dose 41 vorgesehen.
-
Die
Kabelführung
ist der 3c entnehmbar. Dabei führt der
Primärleiter 31 den
Strom als Hinleiter im ersten geraden Streckenabschnitt und geht
in einer Linkskurve von 90° über in den
zweiten geraden Streckenabschnitt, wo er als Rückleiter wirkt.
-
Analog
führen
die Primärleiter 32, 33, 34 den Strom
als Hinleiter im zweiten, dritten und vierten geraden Streckenabschnitt
und gehen in einer jeweiligen Linkskurve von 90° über in die entsprechenden geraden
Streckenabschnitte, wo sie jeweils als Rückleiter wirken.
-
Von
oben gesehen, wie 3c zeigt, fließt der Strom
effektiv als Kreisstrom innerhalb der Kreuzung. Außerdem fließt derselbe
Strom noch als Quadrat innerhalb der Kreuzung.
-
Somit
wird während
der Drehung der schneller drehenden Hälfte des Übertragerkopfes ein doppelter
Primär-Strom
zur Verfügung
gestellt. Denn der als Primärstrom
wirksame Strom scheint in beiden Schleifen zu fließen, nämlich der
Kreisstromschleife und der Rechteckschleife. Selbst wenn also der
langsam drehenden Hälfte
des Übertragekropfes
weniger Strom zugeordnet und effektiv wirksam ist, wird dennoch
im Wesentlichen die Energieübertragung
ohne wesentliche Änderung
der Wirkungsgrade fortsetzbar.
-
Zur
Herstellung wird im Boden der Anlage eine erste Nut und eine dazu
senkrecht verlaufende Nut vorgesehen. An der so entstandenen Kreuzung wird
eine Dose 41 eingesetzt, die nach Verlegung der Primärleitung
mit einem Deckel 40 verschlossen wird. Deckel und Dose
sind aus Kunststoff gefertigt. Die Dose ist bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
derart ausgeführt,
dass Führungen
für die
einzulegenden Primärleiter
vorgesehen sind. Somit ist das Verlegen der Primärleitungen schnell, einfach
und mit hoher Genauigkeit ausführbar.
Da die Dose rund ausgeführt
ist, ist sie in der Kreuzung sehr einfach einbringbar, beispielsweise derart,
dass die vier Ecken der Kreuzungsnut die Dose an ihrem äußeren Umfang
berühren.
-
- 1
- Gehäuse
- 5
- Leiterplatte
- 6
- Kondensatoren
- 7
- Dichtung
- 8
- Gehäuseplatte
- 10
- Anschlussleitung
- 11
- Ferritplatte
- 12
- Ferritteil
- 13
- Ferritplatte
- 14
- Ferritteil
- 15
- Ferritplatte
- 20
- Wicklung
aus Litzen-Flachband
- 21
- seitliche
Ferritplatten
- 22
- Primärleitung
- 31
- Primärleiter
- 32
- Primärleiter
- 33
- Primärleiter
- 34
- Primärleiter
- 40
- Deckel
- 41
- Dose