DE102019213899A1

DE102019213899A1 - Energy delivery system for position-independent energy transfer through an air gap to at least one energy receiver

Info

Publication number: DE102019213899A1
Application number: DE102019213899.3A
Authority: DE
Inventors: Javier Stillig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-03-18
Also published as: EP4029111A1; CN114342211A; WO2021047983A1

Abstract

Energieabgabesystem, bestehend aus Energieabgabegeräten zur positionsunabhängigen Energieübertragung durch einen Luftspalt zu mindestens einem Energieempfänger; wobei die Energieabgabegeräte nebeneinander angeordnet sind, jeweils eine erste Spule und eine zweite Spule aufweisend, wobei die erste Spule und die zweite Spule der jeweiligen Energieabgabegeräte in einer Ebene unterhalb einer Oberfläche des zugehörigen Energieabgabegeräts angeordnet und derart ausgerichtet sind, dass die Axialrichtung der ersten Spule parallel zur Oberfläche und die Axialrichtung der zweiten Spule senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet ist; dadurch bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, das sich ausgehend von der Oberfläche des Energieabgabegerätes nach oben erstreckt.Energy delivery system, consisting of energy delivery devices for position-independent energy transfer through an air gap to at least one energy receiver; wherein the energy delivery devices are arranged side by side, each having a first coil and a second coil, wherein the first coil and the second coil of the respective energy delivery devices are arranged in a plane below a surface of the associated energy delivery device and are aligned such that the axial direction of the first coil is parallel is aligned to the surface and the axial direction of the second coil perpendicular to the surface; this creates an electromagnetic field that extends upwards from the surface of the energy delivery device.

Description

Die Fabrik der Zukunft muss flexibler, schneller, effizienter und nachhaltiger sein als heutige Produktionsstätten. Dafür werden immer mehr mobile intelligente Roboter eingesetzt, welche in der Regel von Batterien angetrieben werden. Um sich aufzuladen, muss ein batteriebetriebener Roboter normalerweis in eine Ladestation geschickt werden, sodass die Ausführung des Arbeitsauftrages unterbrochen wird. Die damit einhergehende Inflexibilität verbietet sich allerdings für die Anwendung in der modernen Industrie 4.The factory of the future must be more flexible, faster, more efficient and more sustainable than today's production facilities. For this, more and more mobile intelligent robots are used, which are usually powered by batteries. In order to recharge, a battery-powered robot usually has to be sent to a charging station, so that the execution of the work order is interrupted. The inflexibility that goes with it, however, is forbidden for use in modern industry 4.

Die induktive Energieübertragung ist im industriellen Umfeld in einigen Ausführungsarten bereits bekannt, allerdings hat sich die oben beschriebene Inflexibilität nicht verbessert, obwohl es sich um eine drahtlose Energieübertragung handelt.The inductive energy transmission is already known in some embodiments in the industrial environment, but the inflexibility described above has not improved, although it is a wireless energy transmission.

Auf dem Stand der Technik wird ein Wechselmagnetfeld durch hochfrequenten Wechselstrom oder durch Antriebe von Permanentmagneten erzeugt. Dazu muss sich ein Energieempfänger innerhalb des Wechselmagnetfeldes befinden, damit ein elektrisches Feld im Wechselmagnetfeld entstehen kann. Deshalb ist die induktive Energieübertragung, insbesondere mit hoher Leistung (vgl. Wellenphänomene und Funktechnik), normalerweise nur im Nahfeld realisierbar. Demgemäß soll der Energieempfänger während der induktiven Energieübertragung i. d. R. stationär bleiben.In the prior art, an alternating magnetic field is generated by high-frequency alternating current or by drives of permanent magnets. To do this, an energy receiver must be located within the alternating magnetic field so that an electric field can arise in the alternating magnetic field. Therefore, inductive energy transmission, especially with high power (see wave phenomena and radio technology), can usually only be implemented in the near field. Accordingly, the energy receiver should i. d. R. stay stationary.

Darüber hinaus muss die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) während der induktiven Energieübertragung berücksichtigt werden. Zwar sind elektromagnetische Abschirmungen in Form von Ferritplatten bekannt, jedoch sind diese insbesondere bei großflächigen bzw. großvolumigen Anwendungen kostenintensiv. Daher sollte der Streufluss zugunsten des Hauptflusses, dem zu Energieübertragung relevanten Fluss, deutlich minimiert werden. D. h. das erzeugte Wechselmagnetfeld auf der Primärseite sollte soweit wie möglich in elektrische Energie auf der Sekundärseite umgewandelt werden. Zu diesem Zweck sind bei einigen bekannten kompakten Energieübertragungssystemen die Primär- und Sekundärspule zwecks Führung des magnetischen Flusses in einem Ferritelement aufgebracht oder eingebettet. Leider sind Ferrite zum einen mechanisch wenig robust und auch teuer in ihrer Herstellung.In addition, electromagnetic compatibility (EMC) must be taken into account during inductive energy transmission. Electromagnetic shielding in the form of ferrite plates is known, but these are cost-intensive, especially in large-area or large-volume applications. Therefore, the leakage flux should be significantly minimized in favor of the main flow, the flow relevant to energy transfer. I. E. the alternating magnetic field generated on the primary side should as far as possible be converted into electrical energy on the secondary side. For this purpose, in some known compact energy transmission systems, the primary and secondary coils are applied or embedded in a ferrite element for the purpose of guiding the magnetic flux. Unfortunately, ferrites are, on the one hand, not mechanically robust and also expensive to produce.

Außerdem sind die meisten bekannten induktiven Energieübertragungssysteme in ihrer technischen und oder funktionalen Ausgestaltung statischer Natur und nicht modular. Dies bedeutet, dass das primärseitige elektromagnetische Feld in seiner Ausgestaltung fixiert ist. Bedingt durch den einmal im Boden verlegten Primärleiter kann lediglich die Stärke des elektromagnetischen Feldes durch den eingeprägten Strom beeinflusst werden, jedoch nicht seine Position im Raum.In addition, most of the known inductive energy transmission systems are of a static nature and not modular in terms of their technical and / or functional design. This means that the design of the primary electromagnetic field is fixed. Once the primary conductor has been laid in the floor, only the strength of the electromagnetic field can be influenced by the applied current, but not its position in space.

Um den Anforderungen der Industrie 4 besser gerecht zu werden, sollte die induktive Energieübertragung in Bezug auf die oben dargestellte Beschränkung hinsichtlich der Anwendungsflexibilität, dem EMV-Schutz, der Systemrobustheit sowie dem Übertragungswirkungsgrad weiter verbessert werden.In order to better meet the requirements of industry 4, the inductive energy transmission should be further improved with regard to the restriction presented above with regard to application flexibility, EMC protection, system robustness and transmission efficiency.

Hiervon ausgehend wird hier ein besonders vorteilhaftes Energieabgabesystem zur positionsunabhängigen Energieübertragung durch einen Luftspalt zu mindestens einem Energieempfänger beschrieben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, erläutert die Erfindung und gibt weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten an. Die in den Patentansprüchen einzeln genannten Merkmale können beliebig miteinander kombiniert und/oder mit Merkmalen der Beschreibung präzisiert/ausgetauscht werden.Starting from this, a particularly advantageous energy delivery system for position-independent energy transfer through an air gap to at least one energy receiver is described here. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The description, in particular in connection with the figures, explains the invention and specifies further advantageous design variants. The features mentioned individually in the patent claims can be combined with one another as desired and / or specified / exchanged with features of the description.

Der Vorteil der vorliegenden Anmeldung gegenüber dem bekannten Stand der Technik liegt in der weitgehenden Automatisierung der Energieübertragung von einem Energieabgabesystem zu einem Energieempfänger. Darüber hinaus wird der Streufluss ohne Verzicht auf die Systemrobustheit deutlich minimiert und der zur Energieübertragung relevante Magnetfluss deutlich verstärkt. Somit wird die Energie in Summe und Vergleich zu bestehenden Systemen effizienter übertragen.The advantage of the present application over the known prior art lies in the extensive automation of the energy transfer from an energy delivery system to an energy receiver. In addition, the leakage flux is significantly minimized without sacrificing the system robustness and the magnetic flux relevant for energy transmission is significantly increased. Thus, the energy is transmitted more efficiently in total and in comparison to existing systems.

Hier wird ein Energieabgabesystem, bestehend aus Energieabgabegeräten zur positionsunabhängigen Energieübertragung über einen Luftspalt zu mindestens einem Energieempfänger beschrieben, wobei die Energieabgabegeräte nebeneinander angeordnet sind, jeweils eine erste Spule und eine zweite Spule aufweisend, wobei die erste Spule und die zweite Spule der jeweiligen Energieabgabegeräte in einer Ebene unterhalb der Oberfläche des zugehörigen Energieabgabegeräts angeordnet und derart ausgerichtet sind, dass die Axialrichtung der ersten Spule parallel zur Oberfläche und die Axialrichtung der zweiten Spule senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet ist; dadurch bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, das sich ausgehend von der Oberfläche des Energieabgabegerätes nach oben erstreckt.Here, an energy delivery system consisting of energy delivery devices for position-independent energy transfer via an air gap to at least one energy receiver is described, the energy delivery devices being arranged next to one another, each having a first coil and a second coil, the first coil and the second coil of the respective energy delivery devices in one Are arranged level below the surface of the associated energy delivery device and are aligned such that the axial direction of the first coil is parallel to the surface and the axial direction of the second coil is perpendicular to the surface; this creates an electromagnetic field that extends upwards from the surface of the energy delivery device.

Das beschriebene Energieabgabesystem basiert auf der Anwendung der Halbach-Anordnung (Halbach-Array) und dient zur induktiven Energieübertragung zu mindestens einem Energieempfänger, welcher bspw. ein batteriebetriebener mobiler Roboter sein kann.The energy delivery system described is based on the application of the Halbach arrangement (Halbach array) and is used for inductive energy transmission to at least one energy receiver, which can be a battery-operated mobile robot, for example.

Das Energieabgabesystem besteht aus einer Mehrzahl von Energieabgabegeräten, die nebeneinander angeordnet sind und in einen Boden integriert werden können oder die einen Boden bilden können. So kann sich der Energieempfänger zur Energieaufnahme wie an einem Boden an der Oberfläche des Energieabgabegerätes positionieren.The energy delivery system consists of a plurality of energy delivery devices which are arranged next to one another and can be integrated into a floor or which can form a floor. In this way, the energy receiver can position itself to absorb energy like on a floor on the surface of the energy delivery device.

Die Anzahl der Energieabgabegeräte ist nicht auf einer bestimmten Zahl beschränkt und kann je nach Anlass und Bedarf sowie unter Berücksichtigung der EMV vergrößert oder verringert werden. z. B. können in industriellen Umgebungen mehrere Energieabgabegeräte zu einem zusammenhängenden Energieabgabesystem verschaltet werden, welches eine Ladestrecke für mobile Systeme, Maschinen oder Fahrzeuge darstellt. Eine solche Ladestrecke ist insbesondere vorteilhaft für bewegliche Energieempfänger, wie z. B. Transportmaschinen, die Waren von einem Ort an einen anderen Ort auch über große Entfernungen transportieren. So kann die Transportmaschine je nach ihrem Ladezustand und ihrer aktuellen Position zu den Energieabgabegeräten der Ladestrecke gehen, welche ihr am nächsten liegen. Auf dieser Weise wird eine „positionsunabhängige Energieübertragung“ gegenüber dem Energieempfänger realisiert.The number of energy delivery devices is not limited to a specific number and can be increased or decreased depending on the occasion and needs and taking EMC into account. z. B. In industrial environments, several energy delivery devices can be interconnected to form a coherent energy delivery system, which represents a charging path for mobile systems, machines or vehicles. Such a charging route is particularly advantageous for mobile energy receivers, such as. B. Transport machines that transport goods from one place to another, even over long distances. In this way, the transport machine can, depending on its state of charge and its current position, go to the energy delivery devices on the charging path that are closest to it. In this way, a “position-independent energy transfer” to the energy receiver is realized.

Darüber hinaus sind die zusammen verschalteten Energieabgabegeräte einzeln steuerbar, so dass das einzelne Energieabgabegerät nur bei Bedarf eingeschaltet ist. D. h. nur dann, wenn der Energieempfänger auf der Oberfläche eines Energieabgabegeräts positioniert ist, werden die betroffenen Energieabgabegeräte eingeschaltet. So kann ein unnötiger Energieverlust vermieden werden. Selbstverständlich kann das Energieabgabesystem auch zur stationären Energieübertragung auf nicht bewegliche Energieempfänger gut verwendet werden.
Zur Energieübertragung kombiniert das beschriebene Energieabgabesystem die Anwendung eines Halbach-Arrays mit der Anwendung der Faraday'schen Induktion.In addition, the interconnected energy delivery devices can be controlled individually, so that the individual energy delivery device is only switched on when required. I. E. only when the energy receiver is positioned on the surface of an energy delivery device are the energy delivery devices concerned switched on. In this way, unnecessary energy loss can be avoided. Of course, the energy delivery system can also be used for stationary energy transfer to non-movable energy receivers.
For energy transfer, the energy delivery system described combines the use of a Halbach array with the use of Faraday induction.

Das Halbach-Array ist eine bekannte Konfiguration von Permanentmagneten, die ermöglicht, dass sich der magnetische Fluss an der einen Seite der Konfiguration fast aufhebt, auf der anderen Seite jedoch verstärkt.The Halbach array is a well-known configuration of permanent magnets that allows the magnetic flux to almost cancel on one side of the configuration, but increase it on the other.

Anstatt der Permanentmagnete wird das Halbach-Array Phänomen hier durch eine geeignete Verschaltung und Aktivierung von Spulen, die in einer spezifischen Systematik angeordnet sind, realisiert. So entsteht ein Wechselmagnetfeld, das sich zur Oberfläche ausrichtet und kaum in den Boden eindringt. Dadurch wird der Streufluss deutlich minimiert und der zur Energieübertragung relevante Magnetfluss deutlich verstärkt, wodurch auch der Energieübertragungswirkungsgrad erhöht wird.Instead of permanent magnets, the Halbach array phenomenon is implemented here by suitable interconnection and activation of coils that are arranged in a specific system. This creates an alternating magnetic field that aligns with the surface and hardly penetrates the ground. As a result, the leakage flux is significantly minimized and the magnetic flux relevant for energy transfer is significantly increased, which also increases the energy transfer efficiency.

Durch Einsatz der Spulen können sowohl die Stärke des Magnetfeldes, als auch die Richtung des Magnetflusses durch die Ansteuerung des Stromes verändert werden, wozu ein Permanentmagnet nicht in der Lage ist, weil ein Permanentmagnet nur ein konstantes Magnetfeld erzeugt.By using the coils, both the strength of the magnetic field and the direction of the magnetic flux can be changed by controlling the current, which a permanent magnet is not able to do because a permanent magnet only generates a constant magnetic field.

Die Spulen des Energieabgabesystems sind im Wesentlichen analog zu der Konfiguration des Halbach-Array angeordnet, wobei jedes Energieabgabegerät eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist und wobei die jeweils ersten und zweiten Spulen derart angeordnet sind, dass die Axialrichtung der ersten Spule parallel und die Axialrichtung der zweiten Spule senkrecht zur Oberfläche des Energieabgabegeräts ausgerichtet ist. Wenn mehrere Energieabgabegeräte nebeneinander angeordnet sind und ein Strom mit geeigneter Durchströmungsrichtung an den jeweiligen Spulen belegt wird, so kann deren Magnetisierungsrichtung gegeneinander jeweils um 90° in Richtung der Längsachse der nebeneinander angeordneten Energieabgabegeräte gekippt sein. Dadurch rücken die Feldlinien auf der Seite, in deren Richtung der Direktor des Feldes gekippt wird, enger zusammen, was eine Erhöhung der magnetischen Flussdichte bewirkt. Auf der gegenüberliegenden Seite liegen die Feldlinien weniger eng als im ungestörten Magneten, daher wird das Feld abgeschwächt, bzw. verschwindet völlig. Auf dieser Weise entsteht ein Wechselmagnetfeld, das sich zur Oberfläche ausrichtet und kaum in den Boden eindringt.The coils of the energy delivery system are arranged essentially analogously to the configuration of the Halbach array, with each energy delivery device having a first coil and a second coil and the respective first and second coils being arranged such that the axial direction of the first coil is parallel and the axial direction of the second coil is oriented perpendicular to the surface of the energy delivery device. If several energy delivery devices are arranged next to one another and a current with a suitable flow direction is applied to the respective coils, their magnetization direction can be tilted against each other by 90 ° in the direction of the longitudinal axis of the energy delivery devices arranged next to one another. As a result, the field lines move closer together on the side in whose direction the director of the field is tilted, which causes an increase in the magnetic flux density. On the opposite side, the field lines are less close than in the undisturbed magnet, so the field is weakened or disappears completely. This creates an alternating magnetic field that aligns with the surface and hardly penetrates the ground.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Energieabgabegeräte modulartig aufgeführt. Der Begriff „modulartig“ bezieht sich hierbei auf die Funktion der Energieabgabegeräte. Jedes Energieabgabegerät ist funktionell gleich und sich gegenseitig ersetzbar. Durch die Reduzierung oder Erhöhung der Anzahl der Energieabgabegeräte wird der normale Betrieb des Ganzsystems (Energieabgabesystem) nicht beeinträchtigt.In a preferred embodiment, the energy delivery devices are designed as modules. The term “modular” refers to the function of the energy delivery devices. Every energy delivery device is functionally identical and mutually replaceable. By reducing or increasing the number of energy delivery devices, the normal operation of the entire system (energy delivery system) is not impaired.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Energieabgabegeräte segmentiert ausgeführt. Der Begriff „segmentiert“ bezieht sich auf die Geometrie der Energieabgabegeräte bzw. der zugehörigen ersten und zweiten Spulen. Die Geometrie der jeweiligen Energieabgabegeräte besteht individuell zur Anpassung der gesamten Energieübertragungstrecke (des Energieübertragungssystems) aus Kurven und Geraden. Dem entsprechend bestehen die ersten und zweiten Spulen ebenfalls aus Kurven und Geraden.In a further preferred embodiment, the energy delivery devices are designed to be segmented. The term “segmented” relates to the geometry of the energy delivery devices or the associated first and second coils. The geometry of the respective energy delivery devices consists individually of curves and straight lines to adapt the entire energy transmission path (the energy transmission system). Accordingly, the first and second coils also consist of curves and straight lines.

Durch den modulartigen und segmentierten Aufbau der Energieabgabegeräte kann das Energieabgabesystem je nach Bedarf und Anlass ohne großen Aufwand ab- oder aufgebaut werden. Es ist insbesondere in dem Falle vorteilhaft, dass, wenn ein Energieabgabegerät defekt ist, das betroffene Energieabgabegerät ausgetauscht werden kann, ohne alle Energieabgabegeräte im gesamten System austauschen zu müssen. Auch kann je nach dem Anlass und Bedarf die gesamte Energieübertragungsstrecke durch Änderung der Anzahl der Energieabgabegeräte verkürzt oder erweitert werden.Due to the modular and segmented structure of the energy delivery devices, the energy delivery system can be dismantled or set up without great effort, depending on the needs and the occasion. It is particularly advantageous in the case that, if an energy delivery device is defective, the one concerned Energy delivery device can be exchanged without having to exchange all energy delivery devices in the entire system. Depending on the occasion and need, the entire energy transmission route can also be shortened or extended by changing the number of energy delivery devices.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das Energieabgabesystem mindestens aus drei Energieabgabegeräten.In a further preferred embodiment, the energy delivery system consists of at least three energy delivery devices.

Um ein vollständiges Halbach-Array auszubilden, müssen mindestens drei Energieabgabegeräte vorhanden sein, die nebeneinander angeordnet sind. Daher besteht das Energieabgabesystem mindestens aus drei Energieabgabegeräten. Auch bei einem Energieabgabesystem, das mehr als drei Energieabgabegeräte aufweist, werden jeweils drei nebeneinander angeordnete Energieabgabegeräte gruppeweise ein- und ausgeschaltet.In order to form a complete Halbach array, there must be at least three energy delivery devices that are arranged next to one another. Therefore, the energy delivery system consists of at least three energy delivery devices. Even with an energy delivery system that has more than three energy delivery devices, three energy delivery devices arranged next to one another are switched on and off in groups.

In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Energieabgabegeräte jeweils eine Energieversorgungseinrichtung, wobei die Energieversorgungseinrichtung an ein Energieverteilungssystem angeschlossen ist. Dazu umfasst jedes Energieabgabegerät eine eigene Energieversorgungseinrichtung, die mit einem zentralen Energieverteilungssystem verbunden ist.In a further embodiment, the energy delivery devices each comprise an energy supply device, the energy supply device being connected to an energy distribution system. For this purpose, each energy output device has its own energy supply device, which is connected to a central energy distribution system.

Das Energieverteilungssystem kann bspw. in Form einer DC-Stromschiene ausgeführt sein. Selbstverständlich kann mit einem geeigneten Gleichrichter die Energieversorgungseinrichtung auch an das AC-Versorgungsnetz angeschlossen werden.The energy distribution system can be designed, for example, in the form of a DC busbar. Of course, the energy supply device can also be connected to the AC supply network with a suitable rectifier.

Der wichtigste Baustein der Energieversorgungseinrichtung ist die Einspeisungs- und Schalteinheit, die zumindest Schalter, Blindleistungskompensation und Messgeräte aufweist. Die Schalter werden in zeitlich geeigneter Art und Weise geschlossen und geöffnet, so dass die in Reihe geschalteten ersten und zweiten Spulen abwechselnd in der entgegengesetzten Richtung durchströmt werden. So entsteht ein Wechselmagnetfeld. Die richtige Abfolge der Schaltervorgänge basiert auf den elektrischen Eigenschaften, welche von mindestens einem Messgerät erfasst werden. Hier können z. B. eine schnelle Spannung- und Strommessung erfolgen. Die Messwertabtastung erfolgt in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz.The most important component of the energy supply device is the feed and switching unit, which has at least switches, reactive power compensation and measuring devices. The switches are closed and opened in a timely manner, so that the flow through the series-connected first and second coils alternately in the opposite direction. This creates an alternating magnetic field. The correct sequence of switching operations is based on the electrical properties, which are recorded by at least one measuring device. Here z. B. a fast voltage and current measurement can be carried out. The measured value is sampled depending on the switching frequency.

Zur Blindleistungskompensation ist mindestens ein Kondensator in Reihe mit der ersten Spule und der zweiten Spule geschaltet. Hierbei sind auch eine Parallelkompensation bzw. eine Mischkompensation je nach Anwendungsgegebenheiten denkbar.For reactive power compensation, at least one capacitor is connected in series with the first coil and the second coil. Parallel compensation or mixed compensation, depending on the application, are also conceivable here.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind jeweils drei nebeneinander angeordnete Energieabgabegeräte gruppenweise ein- und ausgeschaltet, wobei die Durchströmungsrichtung der Spulen eines Energieabgabegeräts entgegengesetzt zu Durchströmungsrichtung der Spulen der jeweiligen benachbarten Energieabgabegeräte. Das Wort „Durchströmung“ bezieht sich in der vorliegenden Anmeldung ausschließlich auf Spulen der jeweiligen Energieabgabegeräte.In a further preferred embodiment, three energy output devices arranged next to one another are switched on and off in groups, the direction of flow through the coils of one energy output device being opposite to the direction of flow of the coils of the respective adjacent energy output devices. In the present application, the word “flow” refers exclusively to the coils of the respective energy delivery devices.

Um ein vollständiges Halbach-Array auszubilden, müssen mindestens drei nebeneinander angeordnete Energieabgabegeräte korrespondierend ein- und ausgeschaltet werden. Dazu kombiniert man z. B. drei Energieabgabegeräte miteinander und lässt jeweils das erste Energieabgabegerät und das dritte Energieabgabegerät in der gleiche Richtung durchströmen, sowie das zweite Energieabgabegerät in entgegengesetzter Richtung zum ersten bzw. dritten Energieabgabegerät. Somit wird das magnetische Feld einseitig geschwächt bzw. aufgehoben. Dazu ist es notwendig, dass die Schaltvorgänge dieser drei Energieabgabegeräte zueinander synchron ausgeführt werden.In order to form a complete Halbach array, at least three energy delivery devices arranged next to one another must be switched on and off accordingly. To do this, you combine z. B. three energy delivery devices with each other and each allows the first energy delivery device and the third energy delivery device to flow through in the same direction, and the second energy delivery device in the opposite direction to the first and third energy delivery device. Thus, the magnetic field is weakened or canceled on one side. For this it is necessary that the switching processes of these three energy delivery devices are carried out synchronously with one another.

Des weiteren werden bei einem Energieabgabesystem, das mehr als drei Energieabgabegeräte aufweist, jeweils drei Energieabgabegeräte gruppeweise ein- und ausgeschaltet. Wenn z. B. zwei benachbarte Gruppen (d. h. sechs nebeneinander angeordnete Energieabgabegeräte) gleichzeitig ein- und ausgeschaltet sind, ist die Durchströmungsrichtung eines Energieabgabegeräts im weiteren Sinne immer entgegengesetzt zur Durchströmungsrichtung seiner benachbarten Energieabgabegeräte.Furthermore, in an energy delivery system that has more than three energy delivery devices, three energy delivery devices are switched on and off in groups. If z. For example, if two adjacent groups (i.e. six energy delivery devices arranged next to one another) are switched on and off at the same time, the direction of flow of one energy delivery device in the broader sense is always opposite to the direction of flow of its neighboring energy delivery devices.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Energieabgabegeräte jeweils eine Schutzeinrichtung auf. Um das Energieabgabesystem schützen zu können, weist jedes Energieabgabegerät eine eigene Schutzvorrichtung auf. Dadurch kann bspw. eine unzulässige Energieübertragung in Form von Wirbelströmen erkannt und die betroffenen Energieabgabegeräte abgeschaltet werden. Die unerwünschten Wirbelströme werden von metallischen Fremdkörpern verursacht, welche sich im elektromagnetischem Feld befinden. Daher wird das Vorhandensein eines metallischen Fremdkörpers im primär- bzw. sekundärseitigen Spulensystem detektiert.In a further preferred embodiment, the energy delivery devices each have a protective device. In order to be able to protect the energy delivery system, each energy delivery device has its own protective device. In this way, for example, an impermissible energy transfer in the form of eddy currents can be detected and the energy output devices concerned can be switched off. The unwanted eddy currents are caused by metallic foreign bodies which are in the electromagnetic field. Therefore, the presence of a metallic foreign body is detected in the primary or secondary-side coil system.

Die Schutzeinrichtung umfasst im Wesentlichen einen A/D-Wandler und einen Logikbaustein. Der A/D-Wandler dient zur Digitalisierung der externen Sensorik, wie bspw. einer Kraftmessdose oder einem Temperatursensor. Der Logikbaustein führt eine Fremdobjekterkennung auf Basis von externen und internen Sensordaten (Strom- und Spannungsmessung) sowie den Positionsdaten und Identifikationsdaten eines Energieempfängers durch.The protective device essentially comprises an A / D converter and a logic module. The A / D converter is used to digitize the external sensors, such as a load cell or a temperature sensor. The logic module detects foreign objects on the basis of external and internal sensor data (current and voltage measurement) as well as the position data and identification data of an energy receiver.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Energieabgabegeräte jeweils eine Kennungseinrichtung zur Erfassung des mindestens einen Energieempfängers. Um den mindestens einen Energieempfänger zu identifizieren und seine Position auf der Ladestrecke zu bestimmen, weist jedes Energieabgabegerät eine eigene Kennungseinrichtung auf.In a further preferred embodiment, the energy delivery devices each comprise an identification device for detecting the at least one energy receiver. In order to identify the at least one energy receiver and to determine its position on the charging path, each energy delivery device has its own identification device.

Der funktionale Aufbau der Kennungseinrichtung ist analog zur Schutzeinrichtung ausgeführt. Darüber hinaus verfügt die Kennungseinrichtung über eigene externe Sensoren, die ihr erlauben, den mindestens einen Energieempfänger zu identifizieren und zu lokalisieren.The functional structure of the identification device is similar to that of the protective device. In addition, the identification device has its own external sensors that allow it to identify and localize the at least one energy receiver.

Zur Erkennung des mindestens einen Energieempfängers kann durch ein funkbasiertes Verfahren mittels z. B. RFID oder ein optisches Verfahren mithilfe der Bilderverarbeitung realisiert werden.To identify the at least one energy receiver, a radio-based method using z. B. RFID or an optical process can be implemented using image processing.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Energieabgabegeräte jeweils eine Steuereinrichtung auf, die mit der Energieeinrichtung, der Schutzeinrichtung und der Kennungseinrichtung des zugehörigen Energieabgabegeräts verbunden ist. In a further preferred embodiment, the energy delivery devices each have a control device which is connected to the energy device, the protective device and the identification device of the associated energy delivery device.

Jedes Energieabgabegerät weist eine Steuerungseinrichtung zur vollständigen Ansteuerung des zugehörigen Energieabgabegerätes auf, wobei die Steuereinrichtung datenleitend und energetisch mit der Energieversorgungseinrichtung, der Schutzeinrichtung und der Kennungseinrichtung verbunden ist, welche sich im selben Energieabgabegerät befinden.Each energy output device has a control device for the complete control of the associated energy output device, the control device being connected in a data-conducting and energetic manner to the energy supply device, the protective device and the identification device, which are located in the same energy output device.

Die Steuereinrichtung gliedert sich in sechs relevante Funktionsbausteine. Dies sind A/D-Wandler, Messwertaufbereitung, Speicher, Schaltlogik, Spannungsversorgung und Kommunikation.The control device is divided into six relevant function blocks. These are A / D converters, data processing, memory, switching logic, power supply and communication.

Der Spannungsversorgungsbaustein versorgt sowohl die einzelnen Funktionsbausteine der Steuereinrichtung als auch die Schutzeinrichtung und die Kennungseinrichtung durch die energetische Verbindung mit Betriebsspannung.The voltage supply module supplies both the individual function modules of the control device and the protective device and the identification device with operating voltage through the energetic connection.

Der Kommunikationsbaustein stellt als „Datendrehscheibe“ alle gemessenen und berechneten Werte der Steuereinrichtung durch die datenleitende Verbindung der Energieversorgungseinrichtung, der Schutzeinrichtung sowie der Kennungseinrichtung zur Verfügung.As a “data hub”, the communication module provides all measured and calculated values to the control device through the data-conducting connection of the energy supply device, the protective device and the identification device.

Im A/D-Wandler werden die analog vorliegenden Spannungs- und Strommesswerte, welche in der Energieversorgungseinrichtung durch Messgeräte erfasst wurden, digitalisiert und zur weiteren Verarbeitung an die Messwertaufbereitung übertragen. Die Messwertaufbereitung speichert definierte Spannungs- und Strommesswerte im Speicher zwischen und kann diese bei Bedarf wieder abrufen und der Kommunikation zur Verfügung stellen. Der A/D-Wandler stellt nicht nur der Messwertaufbereitung, sondern auch der Schaltlogik die gemessenen Spannungs- und Stromwerte zur Verfügung. Hier werden auf Basis der Messwerte und weiterer Umgebungsbedingungen, beispielsweise Position und Lage des mindestens einen Energieempfängers oder einem Anstehen externer Schaltbefehle, nach einem geeigneten Verfahren die richtige Schaltkonfiguration und Schaltdauer der Schalter in der Energieversorgungseinrichtung festgelegt.In the A / D converter, the analog voltage and current measured values, which were recorded by measuring devices in the energy supply device, are digitized and transmitted to the measured value preparation for further processing. The measured value processing saves defined voltage and current measured values in the memory and can call them up again if necessary and make them available for communication. The A / D converter provides the measured voltage and current values not only for processing the measured values, but also for the switching logic. Here, the correct switching configuration and switching duration of the switches in the energy supply device are determined on the basis of the measured values and other environmental conditions, for example the position and location of the at least one energy receiver or the presence of external switching commands.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der jeweiligen Energieabgabegeräte mit den Steuereinrichtungen ihrer benachbarten Energieabgabegeräte ringförmig in Serie datenleitend verbunden.In a further preferred embodiment, the control device of the respective energy delivery devices is connected to the control devices of their neighboring energy delivery devices in a ring-shaped, data-conducting manner.

Durch die ringförmige Serienverbindung kann bspw. einen Datenframe über die benachbarten Energieabgabegeräte von einer Steuereinrichtung zu einer anderen Steuereinrichtung in rekursiver Weise gesendet werden. Grundsätzlich sind auch andere Datenbusstrukturen wie z. B. Stern- oder Baumstrukturen möglich. Zudem ist die Datenversorgung des Energieabgabegerät nicht an ein bestimmtes, proprietäres Datenprotokoll gebunden, sondern kann auch durch bereits existente, industrielle Feldbussysteme, beispielsweise ProfiNET oder Sercos III, erfolgen.The ring-shaped series connection enables, for example, a data frame to be sent in a recursive manner from one control device to another control device via the neighboring energy delivery devices. In principle, other data bus structures such as B. star or tree structures possible. In addition, the data supply of the energy delivery device is not tied to a specific, proprietary data protocol, but can also take place through existing, industrial fieldbus systems, for example ProfiNET or Sercos III.

Der Vorteil der ringförmigen Datenbusstruktur ist, dass bei Ausfall eines Energieabgabegerätes die Kommunikation an dieser Stelle unterbrochen wird und der Ausfall leicht detektiert werden kann. Durch die physische Ringstruktur des Datenbusses wird die Datenversorgung des nachgeschalteten Energieabgabegerätes weiterhin ermöglicht. Dies wird mithilfe eines vor- oder rückwärtslaufenden Datentelegramms realisiert.The advantage of the ring-shaped data bus structure is that if an energy delivery device fails, communication is interrupted at this point and the failure can easily be detected. Due to the physical ring structure of the data bus, the data supply of the downstream energy delivery device is still possible. This is implemented using a forward or backward running data telegram.

Mit Betrieb des Energieabgabesystems erhält die Steuereinrichtung der jeweiligen Energieabgabegeräte nach einer definierten Zeit ein Datentelegramm der vorgeschalteten Steuereinrichtung. Fällt dieses Telegramm innerhalb eines definierten Zeitfensters aus, so wird die vorgeschaltete SME als gestört gekennzeichnet. Das Datentelegramm wird nun in seiner Laufrichtung umgeschaltet und durchläuft den Ring bis zur Ausfallstelle. Dort erfolgt wieder eine Laufrichtungsumschaltung. Der Aufbau des Datentelegramms ist geeignet, eine schnelle Kommunikation und Synchronisation der Schaltvorgänge in jeder einzelnen SME zu realisieren.With the operation of the energy delivery system, the control device of the respective energy delivery device receives a data telegram from the upstream control device after a defined time. If this telegram fails within a defined time window, the upstream SME is marked as faulty. The data telegram is now switched in its direction and runs through the ring to the point of failure. The direction of travel is changed again there. The structure of the data telegram is suitable for realizing fast communication and synchronization of the switching processes in each individual SME.

Dies ist notwendig, um die Energieübertragung, insbesondere auf bewegte Energieempfänger, nahtlos und ohne Erzeugung eines in Richtung Boden orientierten magnetischen Feldes zu ermöglichen. Am Beispiel eines in der Ladestrecke ausgefallenen Energieabgabegerätes wird gezeigt, wie an der Ausfallstelle die Energieübertragung „ausgeschnitten“ werden kann: Die drei benachbarten und betriebsbereiten Energieabgabegeräte bilden nur bis zum ausgefallenen Energieabgabegerät ein vollständiges Halbach-Array aus. Über das Datentelegramm wird den nachgeschalteten und betriebsbereiten Energieabgabegerät mitgeteilt, wo sich der bewegliche Energieempfänger befindet. Erreicht der Energieempfänger eine zulässige Ladeposition, so startet das nächste vollständige Halbach-Array die Energieübertragung auf dem Energieempfänger.This is necessary in order to transfer the energy, especially to moving energy receivers, seamlessly and without generating any direction To enable ground-oriented magnetic field. Using the example of an energy delivery device that has failed in the charging section, it is shown how the energy transfer can be "cut out" at the point of failure: The three adjacent and operational energy delivery devices form a complete Halbach array only up to the failed energy delivery device. The downstream and ready-to-operate energy delivery device is informed via the data telegram where the mobile energy receiver is located. If the energy receiver reaches a permissible charging position, the next complete Halbach array starts the energy transfer on the energy receiver.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine Steuereinrichtung der Energieabgabegeräte mit einem zentralen Steuergerät datenleitend verbunden.In a further preferred embodiment, at least one control device of the energy delivery devices is connected in a data-conducting manner to a central control device.

Im industriellen Umfeld ist i. d. R. ein übergeordnetes zentrales Steuergerät vorgesehen, das zur Kommunikation mit anderen untergeordneten Steuerungssystemen dient. Hier kann als eine Option das zentrale Steuergerät z. B. mit einer Steuereinrichtung der Energieabgabegeräte datenleitend verbunden sein, sodass das zentrale Steuergerät durch die ringförmige Serienverbindung über die mit ihm verbundene Steuereinrichtung in rekursiven Weise mit allen in Serie verbundenen Steuereinrichtungen bidirektional kommunizieren kann. So ist es möglich, die Position und Ladestände von Energieempfängern (z. B. batteriebetriebenen Fahrzeugen) auch über das zentrale Steuergerät zu erhalten.In the industrial environment i. d. Usually a higher-level central control unit is provided, which is used for communication with other subordinate control systems. As an option, the central control unit can be used here, for example. B. be connected in a data-conducting manner to a control device of the energy delivery devices so that the central control device can communicate bidirectionally through the ring-shaped series connection via the control device connected to it in a recursive manner with all control devices connected in series. It is thus possible to obtain the position and charge status of energy receivers (e.g. battery-operated vehicles) via the central control unit.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Energieabgabegeräte jeweils eine Kennung auf. Um das Energieabgabegerät gezielt ansteuern zu können, trägt jedes Energieabgabegerät eine eindeutige und dauerhafte Kennung (vgl. MAC-Adresse), die entweder initial bei der Erstinbetriebnahme vergeben wird oder schon mit Auslieferung des Energieabgabegeräts vorhanden ist. So ist es möglich einen Befehl-Frame gemäß der Kennung an das entsprechende Energiegerät abzusenden.In a further preferred embodiment, the energy delivery devices each have an identifier. In order to be able to control the energy delivery device in a targeted manner, each energy delivery device has a unique and permanent identifier (see MAC address), which is either initially assigned when the energy delivery device is started up or is already available when the energy delivery device is delivered. It is thus possible to send a command frame according to the identifier to the corresponding energy device.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Verfahren zur positionsunabhängigen Energieübertragung durch einen Luftspalt von einem Energieabgabesystem zu mindestens einem Energieempfänger beschrieben, aufweisend zumindest folgende Schritte:

1) Erfassen des mindestens einen Energieempfängers,
2) Einschalten der Energieabgabegeräte, wenn der mindestens eine Energieempfänger auf der Oberfläche der Energieabgabegeräte positioniert ist, und
3) Ausschalten der Energieabgabegeräte, wenn der mindestens eine Energieempfänger nicht vorhanden ist.

In a further preferred embodiment, a method for position-independent energy transfer through an air gap from an energy delivery system to at least one energy receiver is described, comprising at least the following steps:

1) Detecting the at least one energy receiver,
2) switching on the energy delivery devices when the at least one energy receiver is positioned on the surface of the energy delivery devices, and
3) Switching off the energy delivery devices if the at least one energy receiver is not available.

Mit diesem beschriebenen Verfahren unter Anwendung des beschriebenen Energieabgabesystems kann auch ein beweglicher Energieempfänger ohne Erzeugung eines in Richtung Boden orientierten magnetischen Feldes aufgeladen werden.With this described method using the energy delivery system described, a mobile energy receiver can also be charged without generating a magnetic field oriented towards the ground.

Das Energieabgabesystem, bestehend aus Energieabgabegeräten zur positionsunabhängigen Energieübertragung über einen Luftspalt zu mindestens einem Energieempfänger wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren nur bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, auf welche die Offenbarung hier jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen:

1: Eine schematische Darstellung eines Energieabgabegeräts
2: Eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der ersten Spule und der zweiten Spule
3: Eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der ersten Spule und der zweiten Spule
4: Eine schematische Darstellung des Energieabgabesystems
5: Eine schematische Darstellung der Energieversorgungseinrichtung
6: Eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung
7: Eine schematische Darstellung der Schutzeinrichtung
8 : Eine schematische Darstellung der Kennungseinrichtung

The energy delivery system, consisting of energy delivery devices for position-independent energy transmission via an air gap to at least one energy receiver, is explained in more detail below with reference to the figures. It should be pointed out that the figures only show preferred exemplary embodiments to which the disclosure is not limited here. Show it:

1 : A schematic representation of an energy delivery device
2 : A schematic representation of an embodiment of the first coil and the second coil
3 : A schematic representation of a second embodiment of the first coil and the second coil
4th : A schematic representation of the energy delivery system
5 : A schematic representation of the energy supply device
6th : A schematic representation of the control device
7th : A schematic representation of the protective device
8th : A schematic representation of the identification facility

1 stellt eine schematische Darstellung eines Energieabgabegerätes 22 dar, welches eine erste Spule 1, eine zweite Spule 2, eine Energieversorgungseinrichtung 3, eine Steuereinrichtung 4, eine Schutzeinrichtung 5 und eine Kennungseinrichtung 6 umfasst. Zur Energieversorgung sind die erste Spule 1 und die zweite Spule 2 durch eine energetische Verbindung 24 mit der Energieversorgungseinrichtung 3 verbunden, welche mit einem zentralen Energieverteilungssystem in Form von einer DC-Schiene 7 energetisch verbunden ist.
Zur Datenversorgung sind die Energieversorgungseinrichtung 3, die Schutzeinrichtung 5 und die Kennungseinrichtung 6 durch jeweils datenleitende Verbindungen 25 mit der Steuereinrichtung 4 verbunden, welche mit einem Datenbus 8 verbunden ist. Darüber hinaus sind die Schutzeinrichtung 5 und die Kennungseinrichtung 6 separat durch jeweils parallele datenleitende Verbindungen 25 mit der ersten Spule 1 sowie der zweiten Spule 2 verbunden. 1 Figure 10 is a schematic representation of an energy delivery device 22nd represents which is a first coil 1 , a second coil 2 , a power supply device 3 , a control device 4th , a protective device 5 and an identifier 6th includes. The first coil is used for power supply 1 and the second coil 2 through an energetic connection 24 with the energy supply device 3 connected to a central power distribution system in the form of a DC rail 7th is energetically connected.
The energy supply devices are used for the data supply 3 , the protective device 5 and the identifier 6th through each data-conducting connections 25th with the control device 4th connected, which with a data bus 8th connected is. In addition, the protective device 5 and the Identification facility 6th separately through parallel data-conducting connections 25th with the first coil 1 as well as the second coil 2 connected.

2 und 3 stellen zwei unterschiedliche Ausführungsformen der Geometrie von der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 2 dar. Diese werden hier zum Vergleich zusammen erläutert. Zur Anpassung der gesamten Energieübertragungstrecke besteht die Geometrie der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 2 individuell aus Geraden 27 und Kurven 26. 2 and 3 represent two different embodiments of the geometry from the first coil 1 and the second coil 2 These are explained together here for comparison. The geometry of the first coil is used to adapt the entire energy transmission path 1 and the second coil 2 individually from straight lines 27 and curves 26th .

2 stellt die erste Spule 1 und die zweite Spule 2 jeweils als eine Rechteckspule dar, wobei die erste Spule 1 waagerecht zur Oberfläche orientiert ist, und die zweite Spule 2 gengenüber der ersten Spule um 90° gekippt ist. 2 represents the first coil 1 and the second coil 2 each represented as a rectangular coil, with the first coil 1 is oriented horizontally to the surface, and the second coil 2 is tilted by 90 ° compared to the first coil.

3 stellt die erste Spule 1 als eine Kreisringsegmentspule dar, die ebenfalls waagrecht zur Oberfläche orientiert ist. Die zweite Spule 2 ist als Hohlzylindersegmentspule ausgeführt und gegenüber der ersten Spule um 90° gekippt. 3 represents the first coil 1 as a circular ring segment coil, which is also oriented horizontally to the surface. The second coil 2 is designed as a hollow cylinder segment coil and tilted by 90 ° compared to the first coil.

4 stellt eine schematische Darstellung des Energieabgabesystems 23 dar. Die Energieabgabegeräte 22 sind modulartig und segmentiert ausgeführt, und nebeneinander zu einem Energieabgabesystem 23 angeordnet. Die Anzahl der Energieabgabegeräte 22 ist grundsätzlich nicht auf eine bestimmte Zahl beschränkt und kann je nach Anlass und Bedarf sowie unter Berücksichtigung der EMV vergrößert oder verringert werden. Allerdings, um ein vollständiges Halbach-Array 29 auszubilden, müssen mindestens drei Energieabgabegeräte 22 nebeneinander angeordnet sein.
Die Energieversorgungseinrichtungen 3 der jeweiligen Energieabgabegeräte 22 sind mit einer DC-Schiene 7 verbunden. Die Steuereinrichtung 4 der jeweiligen Energieabgabegeräte 22 sind durch einen Datenbus 8 miteinander in Serie datenleitend verbunden; somit können die Steuereinrichtungen über ihre benachbarten Einrichtungen in rekursiver Weise mit einander kommunizieren.
Um ein vollständiges Halbach-Array 29 auszubilden, werden jeweils drei nebeneinander angeordnete Energieabgabegeräte 22 ein- und ausgeschaltet, sodass ein sich ausgehend von der Oberfläche 28 nach oben erstreckendes Magnetfeld 9 ausgebildet ist. 4th Figure 10 is a schematic representation of the energy delivery system 23 The energy delivery devices 22nd are modular and segmented, and side by side to form an energy delivery system 23 arranged. The number of energy delivery devices 22nd is basically not limited to a certain number and can be increased or decreased depending on the occasion and needs and taking EMC into account. However, to a full Halbach array 29 Train must have at least three energy delivery devices 22nd be arranged side by side.
The energy supply facilities 3 of the respective energy delivery devices 22nd are with a DC rail 7th connected. The control device 4th of the respective energy delivery devices 22nd are through a data bus 8th connected to each other in series for data transmission; thus the control devices can communicate with one another in a recursive manner via their neighboring devices.
To a full Halbach array 29 train, three energy delivery devices are arranged next to each other 22nd turned on and off so that one is starting from the surface 28 upwardly extending magnetic field 9 is trained.

5 stellt eine schematische Darstellung der Energieversorgungseinrichtung 3 dar, die mit der DC-Schiene 7 verbunden ist. Die Energieversorgungseinrichtung 3 besteht hauptsächlich aus vier Schaltern 10 zur Umschaltung der Durchströmungsrichtung, einem Kondensator 11 zur Blindleistungskompensation, einem Spannungsmessgerät 12 zur Spannungsmessung und einem Strommessgerät 13 zur Strommessung.
Die vier Schalter 10 werden auf Basis der Messwerte in zeitlich geeigneter Art und Weise geschlossen und geöffnet, so dass die in Reihe geschalteten erste Spule 1 und zweite Spule 2 abwechselnd von links und von rechts durchströmt werden. Dadurch entsteht ein primärseitiges Wechselmagnetfeld. 5 represents a schematic representation of the energy supply device 3 represent that with the DC rail 7th connected is. The energy supply device 3 consists mainly of four switches 10 to switch the direction of flow, a condenser 11 for reactive power compensation, a voltmeter 12th for voltage measurement and an ammeter 13th for current measurement.
The four switches 10 are closed and opened on the basis of the measured values in a timely manner, so that the first coil connected in series 1 and second coil 2 flow through alternately from the left and from the right. This creates an alternating magnetic field on the primary side.

6 stellt eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung 4 dar, die hauptsächlich einen Kommunikationsbaustein 14, einen Spannungsversorgungsbaustein 15, eine Schaltlogik 16, einen Speicher 17, einen A/D-Wandler 18 und einen Messwertaufbereitungsbaustein 19 umfasst. Im A/D-Wandler 18 werden die analog vorliegenden Spannungs- und Strommesswerte, welche in der Energieversorgungseinrichtung 3 durch Messgeräte 12, 13 erfasst wurden, digitalisiert und zur weiteren Verarbeitung an den Messwertaufbereitungsbaustein 19 übertragen. Der Messwertaufbereitungsbaustein 19 speichert definierte Spannungs- und Strommesswerte im Speicher 17 zwischen und kann diese bei Bedarf wieder abrufen und dem Kommunikationsbaustein 14 zur Verfügung stellen.
Der A/D-Wandler 18 stellt nicht nur dem Messwertaufbereitungsbaustein 19, sondern auch der Schaltlogik 16 die gemessenen Spannungs- und Stromwerte zur Verfügung. 6th shows a schematic representation of the control device 4th which are mainly a communication module 14th , a power supply module 15th , a switching logic 16 , a memory 17th , an A / D converter 18th and a measured value processing module 19th includes. In the A / D converter 18th the analog voltage and current measured values that are stored in the energy supply device 3 through measuring devices 12th , 13th were recorded, digitized and sent to the data processing module for further processing 19th transfer. The measured value processing block 19th saves defined voltage and current measured values in the memory 17th between and can call this up again if necessary and the communication module 14th provide.
The A / D converter 18th not only provides the measured value processing block 19th , but also the switching logic 16 the measured voltage and current values are available.

Hier werden auf Basis der Messwerte und weiterer Umgebungsbedingungen, beispielsweise Position und Lage des mindestens einen Energieempfängers oder einem Anstehen externer Schaltbefehle, nach einem geeigneten Verfahren die richtige Schaltkonfiguration und Schaltdauer der Schalter 10 in der Energieversorgungseinrichtung 3 festgelegt.Here, based on the measured values and other environmental conditions, for example the position and location of the at least one energy receiver or the presence of external switching commands, the correct switching configuration and switching duration of the switches are determined using a suitable method 10 in the energy supply facility 3 set.

7 stellt eine schematische Darstellung der Schutzeinrichtung 5 zur Fremdobjektdetektion (FOD) dar, die hauptsächlich einen A/D-Wandler 18 und eine FOD-Logik 20 umfasst. Der A/D-Wandler 18 dient zur Digitalisierung der externen FOD-Sensoren 30, wie bspw. einer Kraftmessdose oder einem Temperatursensor. Die FOD-Logik 20 führt eine Fremdobjekterkennung auf Basis von den Daten der externen FOD-Sensoren 30 und internen Sensordaten (z. B. Strom- und Spannungsmesswert) sowie den Positionsdaten und Identifikationsdaten eines Energieempfängers durch. 7th represents a schematic representation of the protective device 5 for foreign object detection (FOD), which are mainly an A / D converter 18th and an FOD logic 20th includes. The A / D converter 18th is used to digitize the external FOD sensors 30th such as a load cell or a temperature sensor. The FOD logic 20th detects foreign objects based on the data from the external FOD sensors 30th and internal sensor data (e.g. current and voltage measured value) as well as the position data and identification data of an energy receiver.

8 stellt eine schematische Darstellung der Kennungseinrichtung 6 zur Identifikations- und Positionserfassung (IPE) dar. Der funktionale Aufbau der Kennungseinrichtung 6 ist analog zur Schutzeinrichtung 5 ausgeführt. Der A/D-Wandler 18 dient zur Digitalisierung der externen IPE-Sensoren 31, wie zum Beispiel von funk- oder optikbasierten Sensoren. Die IPE-Logik 21 führt einer Identifikations- und Positionserfassung eines Energieempfängers durch. 8th shows a schematic representation of the identification device 6th for identification and position detection (IPE). The functional structure of the identification device 6th is analogous to the protective device 5 executed. The A / D converter 18th is used to digitize the external IPE sensors 31 such as radio or optics-based sensors. The IPE logic 21 carries out an identification and position detection of an energy receiver.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: erste Spulefirst coil
22: zweite Spulesecond coil
33: EnergieversorgungseinrichtungEnergy supply device
44th: SteuereinrichtungControl device
55: SchutzeinrichtungProtective device
66th: KennungseinrichtungIdentification facility
77th: DC-SchieneDC rail
88th: DatenbusData bus
99: MagnetfeldMagnetic field
1010: Schaltercounter
1111: Kondensatorcapacitor
1212th: SpannungsmessgerätVoltmeter
1313th: Strom messgerätCurrent meter
1414th: KommunikationsbausteinCommunication module
1515th: SpannungsversorgungsbausteinPower supply module
1616: SchaltlogikSwitching logic
1717th: SpeicherStorage
1818th: A/D-WandlerA / D converter
1919th: MesswertaufbereitungsbausteinMeasured value processing block
2020th: FOD-LogikFOD logic
2121: IPE-LogikIPE logic
2222nd: EnergieabgabegerätEnergy delivery device
2323: EnergieabgabesystemEnergy delivery system
2424: energetische Verbindungenergetic connection
2525th: datenleitende Verbindungdata-conducting connection
2626th: KurveCurve
2727: GeradeStraight
2828: Oberflächesurface
2929: Halbach-ArrayHalbach array
3030th: externe FOD-Sensorenexternal FOD sensors
3131: externe IPE-Sensorenexternal IPE sensors

Claims

Energieabgabesystem (23), bestehend aus Energieabgabegeräten (22) zur positionsunabhängigen Energieübertragung durch einen Luftspalt zu mindestens einem Energieempfänger; wobei die Energieabgabegeräte (22) nebeneinander angeordnet sind, jeweils eine erste Spule (1) und eine zweite Spule (2) aufweisend, wobei die erste Spule (1) und die zweite Spule (2) der jeweiligen Energieabgabegeräte (22) in einer Ebene unterhalb einer Oberfläche (28) des zugehörigen Energieabgabegeräts (22) angeordnet und derart ausgerichtet sind, dass die Axialrichtung der ersten Spule (1) parallel zur Oberfläche (28) und die Axialrichtung der zweiten Spule (2) senkrecht zur Oberfläche (28) ausgerichtet ist; dadurch bildet sich ein elektromagnetisches Feld (9) aus, das sich ausgehend von der Oberfläche (28) des Energieabgabegerätes (22) nach oben erstreckt.Energy delivery system (23), consisting of energy delivery devices (22) for position-independent energy transfer through an air gap to at least one energy receiver; wherein the energy delivery devices (22) are arranged side by side, each having a first coil (1) and a second coil (2), the first coil (1) and the second coil (2) of the respective energy delivery devices (22) in a plane below a surface (28) of the associated energy delivery device (22) are arranged and oriented such that the axial direction of the first coil (1) is parallel to the surface (28) and the axial direction of the second coil (2) is perpendicular to the surface (28); as a result, an electromagnetic field (9) is formed which, starting from the surface (28) of the energy delivery device (22), extends upwards.

Energieabgabesystem (23) nach Anspruch 1, wobei die Energieabgabegeräte (22) modulartig ausgeführt sind.Energy delivery system (23) according to Claim 1 , wherein the energy delivery devices (22) are designed in a modular manner.

Energieabgabesystem (23) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energieabgabegeräte (22) segmentiert ausgeführt sind.Energy delivery system (23) according to Claim 1 or 2 , wherein the energy delivery devices (22) are segmented.

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus mindestens drei Energieabgabegeräten (22).Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, consisting of at least three energy delivery devices (22).

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieabgabegerät (22) jeweils eine Energieversorgungseinrichtung (3) aufweisen, wobei die Energieversorgungseinrichtung (3) an ein Energieverteilungssystem (7) angeschlossen ist.Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, wherein the energy delivery devices (22) each have an energy supply device (3), the energy supply device (3) being connected to an energy distribution system (7).

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils drei nebeneinander angeordnete Energieabgabegeräte (22) gruppenweise ein- und ausschaltbar sind, wobei die Durchströmungsrichtung der Spulen (1,2) eines Energieabgabegeräts (22) entgegengesetzt zur Durchströmungsrichtung der Spulen (1,2) der jeweiligen benachbarten Energieabgabegeräte (22) ist.Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, wherein three energy delivery devices (22) arranged next to one another can be switched on and off in groups, the direction of flow through the coils (1,2) of an energy delivery device (22) being opposite to the direction of flow through the coils (1,2) ) of the respective neighboring energy delivery devices (22).

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieabgabegeräte (22) jeweils eine Schutzeinrichtung (5) aufweisen.Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, wherein the energy delivery devices (22) each have a protective device (5).

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieabgabegeräte (22) jeweils eine Kennungseinrichtung (6) zur Erfassung des mindestens einen Energieempfängers aufweisend.Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, wherein the energy delivery devices (22) each have an identification device (6) for detecting the at least one energy receiver.

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieabgabegeräte (22) jeweils eine Steuereinrichtung (4) aufweisen, die mit der Energieeinrichtung (3), der Schutzeinrichtung (5) und der Kennungseinrichtung (6) des zugehörigen Energieabgabegeräts (22) verbunden ist.Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, wherein the energy delivery devices (22) each have a control device (4) which is connected to the energy device (3), the protective device (5) and the identification device (6) of the associated energy delivery device (22) is.

Energieabgabesystem (23) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (4) der jeweiligen Energieabgabegeräte (22) mit den Steuereinrichtungen (4) ihrer benachbarten Energieabgabegeräte (22) in Serie datenleitend verbunden ist.Energy delivery system (23) according to Claim 9 , wherein the control device (4) of the respective energy delivery devices (22) with the control devices (4) its neighboring energy delivery devices (22) is connected in series to conduct data.

Energieabgabesystem (23) nach Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens eine Steuereinrichtung (4) der Energieabgabegeräte (22) mit einem zentralen Steuergerät datenleitend verbunden ist.Energy delivery system (23) according to Claim 9 or 10 , wherein at least one control device (4) of the energy delivery devices (22) is connected to a central control device in a data-conducting manner.

Energieabgabesystem (23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energieabgabegeräte (22) jeweils eine Kennung aufweisen.Energy delivery system (23) according to one of the preceding claims, wherein the energy delivery devices (22) each have an identifier.

Verfahren zur positionsunabhängigen Energieübertragung durch einen Luftspalt von einem Energieabgabesystem (23) nach den Ansprüchen von 1 bis 12 zu mindestens einem Energieempfänger, aufweisend zumindest folgende Schritte: 1) Erfassen von mindestens einem Energieempfängers, 2) Einschalten von Energieabgabegeräten (22), wenn der mindestens eine Energieempfänger auf der Oberfläche (28) der Energieabgabegeräte (22) positioniert ist, und 3) Ausschalten von Energieabgabegeräten (22), wenn der mindestens eine Energieempfänger nicht vorhanden ist.Method for position-independent energy transfer through an air gap from an energy delivery system (23) according to claims 1 to 12 to at least one energy receiver, comprising at least the following steps: 1) Detection of at least one energy receiver, 2) switching on energy delivery devices (22) when the at least one energy receiver is positioned on the surface (28) of the energy delivery devices (22), and 3) Switching off energy delivery devices (22) if the at least one energy receiver is not available.

Energieabgabegerät (22) für ein Energieabgabesystem (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.Energy delivery device (22) for an energy delivery system (23) according to one of the Claims 1 to 12th .