DE102009042127A1 - Induktorleiter für die berührungslose Energieübertragung sowie dessen Verwendung für Fahrzeuge - Google Patents

Induktorleiter für die berührungslose Energieübertragung sowie dessen Verwendung für Fahrzeuge Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktorleiter (1) zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung, z.B. von einer Stromversorgung einer Fahrstrecke auf eine Magnetschwebebahn. Der Induktorleiter (1) weist mehrere Einzelleiter (7) auf, welche entlang einer Längsrichtung (6) angeordnet sind. In einem sich periodisch wiederholenden Bereich (11, 12) entlang der Längsrichtung (6) der Einzelleiter (7) sind Einzelleiter (7) in wenigstens zwei, räumlich voneinander getrennte Teile (8) geteilt und benachbart zu ungeteilten Einzelleitern (7) angeordnet, wodurch Kondensatoren gebildet werden. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Verwendung des Induktorleiters (1) z.B. in Fahrzeugen, wobei der Induktorleiter (1) als Primärwicklung eines Transformators wirkt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktorleiter zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung. Der Induktorleiter weist mehrere Einzelleiter auf, welche jeweils von einem elektrischen Isolator teilweise oder vollständig umfasst sind und welche entlang einer Längsrichtung angeordnet sind. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Verwendung des Induktorleiters.
  • Die berührungslose Übertragung von elektrischer Energie für Traktions- und/oder Hilfsbetriebeversorgung auf Fahrzeuge erfolgt nach dem Grundprinzip der elektromagnetischen Wechselwirkung. Das System arbeitet wie ein herkömmlicher Transformator. Während sich beim Transformator der Primär- und Sekundärkreis auf einem gemeinsamen, geschlossenen ferromagnetischen Kern befinden, wird bei den heute ausgeführten berührungslosen Energieversorgungssystemen (z. B. Vahle CPS, oder Inductive Power Supply Transrapid TR 09) die Primärwicklung entlang des Fahrwegs als lange Leiterschleife ausgeführt und die Sekundärwicklung auf einem offenen ferromagnetischen Kern montiert, der die Leiterschleife umschließt („Pick up”).
  • Die berührungslose Energieübertragung erfordert ein magnetisches Feld, das durch einen Strom in der Leiterschleife des Primärteils gewährleistet wird. Die Speisung erfolgt durch einen Wechselrichter mit möglichst hoher Frequenz, um das Bauvolumen der Induktivität möglichst klein zu halten. Zur Kompensation der Induktivität der Leiterschleife sind Kondensatoren in regelmäßigen Abständen zu einem Serienschwingkreis in Reihe geschaltet. Dieser Serienschwingkreis ist auf die Betriebsfrequenz, z. B. 20 kHz abgestimmt und stellt bei dieser Frequenz eine rein ohmsche Last für die Einspeisung dar.
  • Die eingesetzten, diskret ausgeführten Kondensatoren führen durch die im Außenbereich üblichen Umweltbedingungen, durch ihre Temperaturabhängigkeit und durch Alterung zu einer Verstimmung des Schwingkreises. Darüber hinaus führt ein Ausfall der Kondensatoren auch zum Ausfall des Bordenergieübertragungssystems im betroffenen Abschnitt.
  • Aufgabe des erfindungsgemäßen Induktorleiters zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung ist es, auf diskrete Kondensatoren für ein rein ohmsches Verhalten des Induktorleiter verzichten zu können und so die Robustheit und damit die Zuverlässigkeit des Induktorleiters bzw. eines unter Verwendung des Induktorleiters aufgebauten berührungslosen Energieversorgungssystems bei gleichzeitiger Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes erhöhen zu können. Weiterhin ist es Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verwendung des Induktorleiters eine einfache, stabile und kostengünstige Möglichkeit anzugeben, Einrichtungen berührungsfrei mit Energie zu versorgen.
  • Die angegebene Aufgabe wird bezüglich des Induktorleiters zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Verwendung des Induktorleiters durch die Merkmale des Anspruchs 12 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Induktorleiters zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung und des Verfahrens zur Verwendung des Induktorleiters gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und/oder Merkmale von Unteransprüchen untereinander kombiniert werden.
  • Der erfindungsgemäße Induktorleiter zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung weist mehrere Einzelleiter auf. Die Einzelleiter sind jeweils von einem elektrischen Isolator teilweise oder vollständig umfasst und entlang einer Längsrichtung angeordnet. In wenigstens einem ersten, sich periodisch wiederholenden Bereich entlang der Längsrichtung der Einzelleiter ist wenigstens ein Einzelleiter in wenigstens zwei, räumlich voneinander getrennte Teile geteilt. Die wenigstens zwei Teile sind jeweils mechanisch über eine elektrisch nicht leitende Isolatorbrücke miteinander verbunden.
  • Durch die geteilten Teile entstehen Kapazitäten, welche Induktivitäten der Einzelleiter kompensieren können. Es entsteht ein Serienschwingkreis, welcher z. B. durch die Wahl der Länge und durch die Wahl der Abstände von geteilten und ungeteilten Einzelleitern in einem Bereich sowie durch deren Querschnittsflächen und Isolationsmaterialien auf eine Betriebsfrequenz, z. B. 20 kHz, abgestimmt werden kann. Der Induktorleiter kann dadurch eine rein ohmsche Last darstellen, ohne dass zusätzliche diskrete Kondensatoren in den Induktorleiter eingebaut werden müssen. Dadurch kann verhindert werden, dass eine Verstimmung von Schwingkreisen bei Alterung von diskreten Kondensatoren z. B. durch Umwelteinflüsse eintritt bzw. dieser Effekt kann zeitlich verzögert werden. Es wird so die Robustheit und damit die Zuverlässigkeit der berührungslosen Übertragung der elektrischen Energie von der wenigstens eine erste Einrichtung auf die wenigstens eine zweite Einrichtung, bei gleichzeitiger Reduzierung des Instandhaltungsaufwandes für den Induktorleiter erhöht.
  • Um den Effekt zu verstärken können mehrere Einzelleiter in dem ersten Bereich in jeweils wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Teile geteilt sein und getrennte Teile der mehreren Einzelleiter können im Wesentlichen parallel mit wenigstens einem Einzelleiter, welcher in dem ersten Bereich nicht geteilt ist, entlang der Längsrichtung angeordnet sein.
  • Im Wesentlichen parallel schließt dabei ein, dass mehrere Einzelleiter miteinander verseilt oder ineinander verflochten sind.
  • Jeweils jeden Einzelleiter, welcher in dem ersten Bereich in jeweils wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Teile geteilt ist, kann ein Einzelleiter benachbart angeordnet sein, welcher in dem ersten Bereich nicht geteilt ist. Einzelleiter, welche nicht in dem wenigstens einen ersten Bereich geteilt sind, können in wenigstens einem zweiten, sich periodisch wiederholenden Bereich in wenigstens zwei, räumlich voneinander getrennte Teile geteilt sein und Einzelleiter, welcher in dem ersten Bereich in jeweils wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Teile geteilt sind, können in dem wenigstens einen zweiten Bereich ungeteilt sein. Voneinander getrennten Teile eines Einzelleiters in einem Bereich können Kondensatoren bilden in Verbindung mit wenigstens einem, in demselben Bereich ungeteilten Einzelleiter.
  • Es entsteht eine Serienschaltung der Induktivitäten der Einzelleiter und der Kapazitäten über die getrennten Teile, und die Anordnung erlaubt den Ersatz bzw. den Verzicht auf die diskreten Kondensatoren in elektrischer Verbindung mit dem Induktorleiter in regelmäßigen Abständen.
  • Die Enden der voneinander getrennten Teile können abgerundet sein. Sie können insbesondere die Form einer Halbkugel aufweisen. Dadurch werden Spannungsüberhöhungen an den Enden vermieden oder verringert. Spannungsüberhöhungen können zu elektrischen Durchschlägen führen und zu einer Zerstörung der Isolierung zwischen Leiterteilen. Eine Verringerung oder Verhinderung der Gefahr von Spannungsüberhöhungen erlaubt höhere Spannungen bei geringeren Isolationsdicken der Einzelleiter.
  • Die Einzelleiter können aus Kupfer und/oder Aluminium bestehen oder Kupfer und/oder Aluminium enthalten. Diese Materialien ergeben einen geringen ohmschen Widerstand im Betriebszustand bei Stromfluss. Der Induktorleiter kann entlang der Längsrichtung von einem Isolator, insbesondere einer Plastik umschlossen sein. Plastik isoliert den Induktorleiter gegenüber der Umwelt, Schützt vor Stromschlägen und sorgt für die geometrische Langzeitfixierung. Es ist ein preiswertes und einfach zu verarbeitendes Material, welches gut Umwelteinflüssen dauerhaft stand hält.
  • Die getrennten Teile können eine im Wesentlichen gleiche Länge a aufweisen, insbesondere eine Länge a im Bereich von 10–100 m. Die Isolatorbrücken können ebenfalls eine im Wesentlichen gleiche Länge b aufweisen, insbesondere eine Länge b im Bereich von 1–10 cm. Die Fläche des Querschnitts der Einzelleiter kann jeweils gleich sein und/oder im Bereich von 0,75 mm2 bis 1,5 mm2 liegen. Bei entsprechender Wahl der Größen wird der Serienschwingkreis auf ein rein ohmsches Verhalten des Induktorleiters bei einer Betriebsfrequenz abgestimmt. Dabei ist für die Größe der Kapazität der Abstand und das Isolationsmaterial wesentlich, welches sich zwischen einem in einem Bereich geteilten und einem in dem Bereich nicht geteilten Einzelleiter befindet.
  • Die Induktivitäten der mehreren Einzelleiter und Kapazitäten des wenigstens einen Kondensators können in Serie geschaltet sein. Durch teilweise Isolation der einzelnen Einzelleiter untereinander können aber auch andere Verschaltungen realisiert werden. Es können auch externe, diskrete Kondensatoren bei der Verschaltung zusätzlich in den Induktorleiter eingebracht werden. Dies kann z. B. für eine Feinabstimmung erfolgen oder bei veränderbaren Betriebsfrequenzen.
  • Der Induktorleiter kann in Form einer länglichen Leiterschleife angeordnet sein. Dadurch kann der Induktorleiter in einem Verfahren zur Verwendung des zuvor beschriebenen Induktorleiters, als Primärwicklung eines Transformators wirken. Damit kann ein Energieübertrag nach dem Transformatorprinzip zwischen der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Einrichtung erfolgen, wenn die wenigstens eine zweite Einrichtung eine Sekundärwicklung aufweist.
  • Als wenigstens eine zweite Einrichtung kann ein Fahrzeug verwendet werden. Der Induktorleiter kann entlang des Fahrweges des Fahrzeuges angeordnet sein. Dadurch wird es möglich, berührungslos zwischen dem Induktorleiter entlang des Fahrweges und dem Fahrzeug elektrische Energie zu übertragen.
  • Als wenigstens eine erste Einrichtung kann eine stationäre Energieversorgungseinrichtung, insbesondere ein stationärer Stromrichter verwendet werden.
  • Das Verfahren kann z. B. bei einer Magnetschwebebahn verwendet werden. Dabei ist das Verfahren besonders robust und kostengünstig, da externe Kondensatoren entlang der Fahrstrecke eingespart werden und diese somit auch keinen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Eine Verstimmung des Schwingkreises zur Erzeugung einer rein ohmschen Last des Induktorleiters wird verhindert, durch die Einsparung der externen, diskreten Kondensatoren. Ein Ausfall von Kondensatoren, und damit z. B. ein Ausfall des Bordenergieversorgungssystems eines Transrapids, wird vermieden.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Verwendung des zuvor beschriebenen Induktorleiters ergeben sich die vorstehend erwähnten, mit dem erfindungsgemäßen Induktorleiter zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie verbundenen Vorteile.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der folgenden Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Induktorleiter aus Einzelleitern oder Leiterlitzen, mit in Reihe geschalteten Kondensatoren nach dem Stand der Technik, und
  • 2 ein Ersatzschaltbild der Anordnung in 1, und
  • 3 einen in zwei Teile geteilten Einzelleiter in Verbindung mit einem ungeteilten Einzelleiter eines erfindungsgemäßen Induktorleiters, und
  • 4 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung in 3, und
  • 5 einen erfindungsgemäßen Induktorleiter mit abwechselnd in einem ersten und in einem zweiten Bereich geteilten Einzelleitern.
  • In 1 ist ein Induktorleiter 1 nach dem Stand der Technik mit diskreten Kondensatoren 3 dargestellt. Die Kondensatoren 3 sind periodisch in gleichen Abständen 1 voneinander angeordnet und über eine elektrische Leitung miteinander verbunden. Die elektrische Leitung ist aus mehreren Leiterlitzen 2 als Einzelleiter aufgebaut, welche entlang einer Längsrichtung 6 angeordnet sind. Die Leiterlitzen 2 können parallel zueinander angeordnet sein oder untereinander verseilt, d. h. im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein. Der Außenumfang des Bündels an Leiterlitzen 2, welches die elektrische Leitung bildet, ist in der Regel von einem Isolator umgeben. Als Isolator können Materialien wie z. B. Plastik verwendet werden.
  • Die Leiterlitzen 2 im Stand der Technik sind zwischen den Kondensatoren 3 durchgehend ausgebildet und können untereinander isoliert sein. Als Material wird für die Leiterlitzen 2 in der Regel Kupfer oder Aluminium verwendet. Eine Litze 2 weist einen kreisrunden Querschnitt mit einer Fläche im Bereich von 1 mm2 oder kleiner auf.
  • In 2 ist ein Ersatzschaltbild des Induktorleiters 1 der 1 dargestellt. Die Leiterlitzen 2 zwischen den diskreten Kondensatoren 3 weisen eine Induktivität 4 und einen ohmschen Widerstand 5 auf. Mit Hilfe der in Reihe geschalteten Kondensatoren 3 entstehen Serienschwingkreise in Kombination mit den Induktivitäten 4, und bei Wechselfeldanwendungen können die Kondensatoren 3 abhängig von der Frequenz f so ausgewählt werden, dass sich induktive 4 und kapazitive Widerstände 3 kompensieren. Der kapazitiv kompensierte Induktorleiter 1 weist rein ohmsches Verhalten auf. Somit sind die elektrischen Verluste des Induktorleiters 1 auf die ohmschen Verluste der Leiterwiderstände 5 minimiert. Äußere Einflüsse führen jedoch mit der Zeit zu einer Alterung der diskreten Kondensatoren 3 und somit zu einem verstimmen der Schwingkreise. Zusätzliche elektrische Verluste können so auftreten.
  • In 3 ist ein Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Induktorleiter 1 gezeigt. Ein Einzelleiter 7 ist in zwei Teile 8 geteilt, mit einem Isolator zwischen den zwei Teilen 8. Die zwei Teile 8 sind mechanisch über den Isolator verbunden, wobei der Isolator zwischen den zwei Teilen 8 eine mechanische Isolatorbrücke 9 bildet. Diese führt bei einer mechanischen Belastung des Induktorleiters 1 oder bei einer Verseilung von Einzelleitern 7 zu einem konstanten bzw. im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen den zwei Teilen 8. Parallel bzw. im Wesentlichen parallel, z. B. bei Verseilung oder Verweben der Einzelleiter 7 untereinander, zu den zwei Teilen 8 eines Einzelleiters 7 ist ein Einzelleiter 7 angeordnet, welcher im Bereich der Isolatorbrücke 9 der zwei Teile 8 durchgängig, d. h. ohne Unterbrechung oder Lücke im Leiter ausgebildet ist.
  • Die Einzelleiter 7 und getrennten Teile 8 eines Einzelleiters 7 sind jeweils von einem Isolator an ihrem Umfang umgeben, welcher in der Regel aus Plastik besteht und mit einer Dicke bzw. Wandstärke im Bereich von 1 mm und weniger ausgebildet ist. Die Plastik ist z. B. in Form eines Schlauches ausgebildet, welcher ein Kupfer- oder Aluminiumkabel eng anliegend umgibt. Das Kabel hat in der Regel einen Kreisrunden Querschnitt mit einer Querschnittsfläche im Bereich von 0,75 mm2 bis 1,5 mm2. Die Enden der Teile 8 sind abgerundet, z. B. können sie die Form einer Halbkugel aufweisen. Dadurch werden Spannungsüberhöhungen an den Enden vermieden. Die Enden der Teile 8 sind durch die Isolatorbrücke 9 elektrisch isoliert oder können ebenfalls von einer Plastikschicht und/oder dem Plastikschlauch vollständig bedeckt sein. Der Isolator (Plastik) bildet das Dielektrikum der Kondensatoren 10.
  • Im in 3 dargestelltem Bereich, weisen die Teile 8 und der durchgängige Einzelleiter 7 einen Abstand voneinander auf, welcher von der Dicke des Isolators um die Einzelleiter 7 bzw. Teile 7 der Einzelleiter 8 abhängt. Der Abstand ist in der Regel gleich der doppelten Dicke des Isolators um einen Einzelleiter 7 bzw. Teile 8 eines Einzelleiters 7. Dieser Abstand ist viel kleiner als die Länge der Isolatorbrücke 9. Somit wirkt jeweils ein Ende eines Teils 8 eines Einzelleiters 7 in Verbindung mit dem benachbarten durchgängigen Einzelleiter 7 in dem gezeigten Bereich als Kondensator.
  • In 4 ist ein Ersatzschaltbild des in 3 gezeigten Ausschnitts des erfindungsgemäßen Induktorleiters 1 dargestellt. Die in 3 gezeigten zwei Enden der Einzelleiter-Teile 8 sind kapazitiv über den benachbarten, durchgehenden Einzelleiter 7 gekoppelt. Die Kapazität der räumlich voneinander getrennten Teile 8, welche mechanisch über die Isolatorbrücke 9 miteinander verbunden und abstandsmäßig fixiert sind, ist unter anderem bestimmt durch das Isolator-Material und durch den Abstand zwischen dem in dem Bereich durchgehenden Einzelleiter 7 und jeweils einem Teil 8 des getrennten Einzelleiters 7.
  • In 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der in 3 gezeigten Einzelleiter 7 in einem Induktorleiter 1 dargestellt. Dabei kann die Länge a eines Teils 8 eines Einzelleiters 7 im Bereich von einigen 10 m liegen. Die Länge b der Isolatorbrücke bzw. des Abstands zweier Teile 8 voneinander kann im Bereich von wenigen Zentimetern liegen, insbesondere 1 cm. Der Induktorleiter 1 ist aus zwei periodisch sich abwechselnden Bereichen 11 und 12 aufgebaut.
  • In einem Bereich 11 bzw. 12 sind eine Reihe von in dem Bereich durchgehenden Einzelleitern 7 und Teilen 8 von Einzelleitern 7 angeordnet, analog dem in 3 exemplarisch gezeigten Paar durchgehender Einzelleiter 7 und Einzelleiter-Teile 8. In dem sich anschließenden Bereich 12 bzw. 11 sind die geteilten Einzelleiter 7 durchgehend ausgebildet, und die in dem Bereich 11 bzw. 12 durchgehend ausgebildeten Einzelleiter 7 sind geteilt ausgebildet. Bereiche 11 und 12 wechseln sich jeweils ab und weisen die gleiche Länge auf. dadurch sind alle Einzelleiter 7 im Bereich 11 oder 12 geteilt ausgebildet, und jeweils im anderen Bereich 12 oder 11 ungeteilt ausgebildet. Das Gesamtsystem von Einzelleitern 7 kann untereinander verseilt sein, wobei durch die Isolatorbrücken 9 ein Verseilen erst ermöglicht wird und ein gleicher Abstand jeweils zwischen zwei Teilen 8 beim Verseilen sichergestellt wird. Da alle Einzelleiter 7 im Induktorleiter 1 in einem Bereich 11 oder 12 geteilt sind bzw. eine elektrisch isolierende Brücke 9 aufweisen, wirkt der Induktorleiter 1 wie ein Induktorleiter 1 mit in Serie geschalteten Kondensatoren.
  • Wie in 5 gezeigt ist es vorteilhaft, wenn die Isolatorbrücken 9 in einem Bereich 11, 12 jeweils, alle an einer Stelle entlang der Längsrichtung 6 angeordnet sind. Der effektive Abstand zwischen „Kondensatoren” in dem Induktorleiter 1 entspricht dann jeweils dem Abstand zwischen der Stelle im Bereich 11 und der Stelle im Bereich 12, tatsächlich werden die Kondensatoren von den parallel verlaufenden Leitergruppen entlang der gesamten Länge gebildet. Wie in 5 gezeigt kann bei einem periodischen Aufbau dieser Abstand der halben Summe a + b bzw. wegen des viel größeren Wertes von a im Wesentlichen der Länge a/2 entsprechen. Es entsteht eine Serienschaltung von Schwingkreisen gebildet durch Kapazitäten 10 der räumlich getrennten Teile 8 in Verbindung über die in einem Bereich 11, 12 jeweils durchgehenden Einzelleiter 7, und durch Induktivitäten sowie ohmschen Widerständen der Einzelleiter 7 bzw. Teile 8. Bei geeigneter Wahl von Querschnitt sowie Material der Einzelleiter 7 und deren Isolierung, und durch geeignete Wahl der Längen der Teile 8 und Geometrien der Enden sowie der Isolatorbrücken 9 können die Schwingkreise so eingestellt werden, dass sich kapazitive und induktive Komponenten aufheben und der Induktorleiter 1 als Ganzes rein ohmsche Verluste aufweist. Es können diskrete Kondensatoren 3 eingespart werden und somit eine Verstimmung der Schwingkreise durch die Alterung der diskreten Kondensatoren 3 über Umwelteinflüsse verhindert werden.
  • Der Induktorleiter 1 bzw. zwei Induktorleiter 1 (Hin- und Rückleiter) können entlang eines Fahrweges eines Fahrzeuges in Form einer Leiterschleife mit Längsausdehnung entlang einer Fahrtrichtung angeordnet sein. Dabei bildet der Induktorleiter 1 eine Primärspule, welche in der Ebene des Fahrweges angeordnet ist. Der Induktorleiter 1 kann mit einer ersten Einrichtung elektrisch verbunden sein, welche elektrische Energie liefert. So können z. B. ein oder mehrere Kraftwerke, Akkus, Solarzellen, Windkraftanlagen oder andere energieerzeugende oder energiespeichernde Einrichtungen über einen Stromrichter zur Frequenzumsetzung auf die Resonanzfrequenz des Induktorleiters 1 mit dem Induktorleiter 1 elektrisch verbunden sein und diesen mit Energie versorgen. Über Magnetfelder und Induktion kann diese Energie berührungslos auf eine zweite Einrichtung, z. B. ein Fahrzeug übertragen werden. So kann z. B. eine Magnetschwebebahn über den Induktorleiter 1 mit Energie insbesondere zum Antrieb und zur Steuerung versorgt werden, wenn der Induktorleiter 1 im Fahrweg der Magnetschwebebahn untergebracht ist und die Magnetschwebebahn sich entlang des Fahrtweges bewegt. Dabei können auch mehrere Induktorleiter 1 verwendet werden, wobei Leiterschleifen „ineinandergreifend” angeordnet sein können. Auf diskrete Kompensationskondensatoren 3 kann dabei verzichtet werden, da die Kapazität 10 der in einem Bereich getrennten Teile 8 der Einzelleiter 7 in Verbindung mit benachbarten, in dem Bereich durchgehenden Einzelleitern 7, Induktivitäten 4 der Einzelleiter 7 kompensieren kann. Als elektrischer Verlust im Fall ohne Last, wobei die Last z. B. durch Energieentnahme eines Fahrzeugs entsteht, tritt nur der ohmsche Widerstand des Induktorleiters 1 und eventuelle Wirbelstromverluste in der Umgebung auf, z. B. in der Stahlarmierung.

Claims (16)

  1. Induktorleiter (1) zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Energie von wenigstens einer ersten Einrichtung auf wenigstens eine zweite Einrichtung, wobei der Induktorleiter (1) mehrere Einzelleiter (7) aufweist, welche jeweils von einem elektrischen Isolator teilweise oder vollständig umfasst sind und welche entlang einer Längsrichtung (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem ersten, sich periodisch wiederholenden Bereich (11) entlang der Längsrichtung (6) der Einzelleiter (7) wenigstens ein Einzelleiter (7) in wenigstens zwei, räumlich voneinander getrennte Teile (8) geteilt ist.
  2. Induktorleiter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Teile (8) des wenigstens einen Einzelleiters (7) jeweils mechanisch über eine elektrisch nicht leitende Isolatorbrücke (9) miteinander verbunden sind.
  3. Induktorleiter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelleiter (7) in dem ersten Bereich (11) in jeweils wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Teile (8) geteilt sind und getrennte Teile (8) der mehreren Einzelleiter (7) im Wesentlichen parallel mit wenigstens einem Einzelleiter (7), welcher in dem ersten Bereich (11) nicht geteilt ist, entlang der Längsrichtung (6) angeordnet sind.
  4. Induktorleiter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils jedem Einzelleiter (7), welcher in dem ersten Bereich (11) in jeweils wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Teile (8) geteilt ist, ein Einzelleiter (7) benachbart angeordnet ist, welcher in dem ersten Bereich (11) nicht geteilt ist.
  5. Induktorleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelleiter (7), welche nicht in dem wenigstens einen ersten Bereich (11) geteilt sind, in wenigstens einem zweiten, sich periodisch wiederholenden Bereich (12) in wenigstens zwei, räumlich voneinander getrennte Teile (8) geteilt sind und Einzelleiter (7), welcher in dem ersten Bereich (11) in jeweils wenigstens zwei räumlich voneinander getrennte Teile (8) geteilt sind, in dem wenigstens einen zweiten Bereich (12) ungeteilt sind.
  6. Induktorleiter (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kondensator gebildet ist durch voneinander getrennten Teile (8) eines Einzelleiters (7) in einem Bereich (11, 12), in Verbindung mit wenigstens einem, in demselben Bereich (11, 12) ungeteilten Einzelleiter (7).
  7. Induktorleiter (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Induktivitäten (4) der mehreren Einzelleiter (7) und Kapazitäten des wenigstens einen Kondensators (10) in Serie geschaltet sind.
  8. Induktorleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Enden der voneinander getrennten Teile (8) abgerundet sind, insbesondere im Wesentlichen in Form einer Halbkugel.
  9. Induktorleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Einzelleiter (7) verseilt und/oder ineinander verflochten sind.
  10. Induktorleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelleiter (7) aus Kupfer und/oder Aluminium bestehen oder Kupfer und/oder Aluminium enthalten, und/oder der Induktorleiter (1) entlang der Längsrichtung (6) an seinem äußeren Umfang von einem Isolator umschlossen ist.
  11. Induktorleiter (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator eine Plastik und/oder einen Faserverbundstoff umfasst, insbesondere GFK, und/oder dass der Isolator in Form einer formstabilen Bandage um den Induktorleiter (1) herum ausgebildet ist.
  12. Induktorleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Teile (8) im Wesentlichen gleiche Länge a aufweisen, insbesondere eine Länge a im Bereich von einigen 10 m, und/oder Isolatorbrücken (9) im Wesentlichen gleiche Länge b aufweisen, insbesondere eine Länge b im Bereich von einigen cm, und/oder die Fläche des Querschnitts der Einzelleiter (7) jeweils gleich ist und/oder im Bereich von 0,75 mm2 bis 1,5 mm2 liegt.
  13. Induktorleiter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktorleiter (1) in Form einer länglichen Leiterschleife angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Verwendung des Induktorleiters (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktorleiter (1) als Primärwicklung eines Transformators wirkt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine zweite Einrichtung ein Fahrzeug verwendet wird, insbesondere eine Magnetschwebebahn, und/oder dass von der wenigstens einen erste Einrichtung eine stationäre Energieversorgungseinrichtung, insbesondere ein Stromrichter umfasst wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktorleiter (1) entlang des Fahrweges des Fahrzeuges angeordnet wird und dass berührungslos zwischen dem Induktorleiter (1) und dem Fahrzeug elektrische Energie übertragen wird.
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