NO330466B1 - Kontaktanordning og framgangsmate ved bruk av samme - Google Patents

Abstract

Det beskrives en kontaktanordning (1) og framgangsmåte ved bruk av samme for å kunne overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer (3) og til et kjøretøy (5), hvor kontaktanordningen (1) er tilknyttet et parti av kjøretøyet (5), hvor kontaktanordningen (1) innbefatter: - et bærelegeme (10) med et første endeparti (12) og et andre endeparti (14), hvor det første endepartiet (12) er festet til et parti av kjøretøyet (5); - en trommel (24) som er roterbart forbundet med bærelegemets (10) andre endeparti (14); og - en flerhet av kontaktelementer (26) som rager ut fra trommelen (24) og som er innrettet til å kunne bringes i kontakt med den stasjonære energibærer (3) slik at elektrisk energi kan ledes fra energibæreren (3) og til ønsket sted i kjøretøyet (5). Det beskrives også en energibærer (3) til bruk sammen med kontaktanordningen (1).

Description

KONTAKTANORDNING OG FRAMGANGSMÅTE VED BRUK AV SAMME

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kontaktanordning og en framgangsmåte ved bruk av samme. Nærmere bestemt dreier det seg om kontaktanordning for å kunne overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer og til et kjøretøy, hvor kontaktanordningen er tilknyttet et parti av kjøretøyet. Den foreliggende oppfinnelse er spesielt rettet mot kjøretøyer med elektromotor, for eksempel en såkalt el-bil, eller kjøre-tøy med hydrogengenerator.

Den etterfølgende beskrivelse retter seg spesielt mot el-biler, men det skal forstås at oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med ethvert kjøretøy som har behov for å få til-ført elektrisk energi.

På grunn av miljøhensyn er det et behov for at utslipp fra kjøretøyer som drives av forbrenningsmotorer, reduseres. Selv om en moderne forbrenningsmotor har betydelig mindre utslipp enn hva en forbrenningsmotor hadde for noen få år siden, er antallet kjøretøyer globalt sett sterkt økende. Det er derfor behov for å øke andelen av for eksempel el-biler hvis energi i det minste enkelte steder er frembrakt fra fornybare ener-gikilder .

Bruk av el-biler har pr. år 2009 kun en begrenset utbredelse. Årsakene til den begrensede bruk kan være mange, men begrenset rekkevidde, lang ladetid, relativt begrenset motorkraft og begrenset komfort trekkes ofte frem som ulemper med el-biler. Tradisjonell lading krever at elektrisk energi overfø-res til kjøretøyet ved hjelp kabel. Således må kjøretøyet være stillestående mens lading via kabel pågår.

Det forskes i dag på såkalt induksjonslading som ofte omtales som "trådløs" lading. Trådløs lading muliggjør lading både mens kjøretøyet er i bevegelse og mens det er stillestående, og kan således benyttes i for eksempel vegkryss hvor trafik-ken ofte beveges sakte, og på for eksempel parkeringsplasser.

En av utfordringene med den trådløse ladingen er at det under lading dannes svært sterke elektromagnetiske felt som kanskje vil kunne være helsemessig ugunstig.

Det er kjent fra leketøysindustrien såkalte "bilbaner" hvor elektriske biler er forsynt med slepekontakter som overfører elektrisk energi fra strømskinner og til bilens elektromotor. Slepekontaktene er avbøyd i forhold til en bestemt fartsret-ning og kan således ikke benyttes dersom bilen skulle kunne beveges i revers. Slepekontakter av denne art slites relativt raskt og har dermed en relativt kort bruksdistanse.

Fra publikasjonen US 4476947 er det kjent et elektrisk drevet kjøretøy og en anordning for å overføre energi fra elektrisk ledede bånd anbrakt i en vegbane og til kjøretøyet. Kjøretøy-et er forsynt med et elektrisk ledende hjul som settes i kontakt med båndet for å overføre strøm til kjøretøyet.

Fra publikasjonen FR 2696985 er det kjent et elektrisk strøm-forsyningssystem for elektriske kjøretøyer der elektrisk energi kan overføres fra en stasjonær energibærer og til et elektrisk kjøretøy via kontaktanordninger som omfatter en trommel, der kontaktanordningene er tilknyttet et parti av kjøretøyet.

Fra publikasjonen WO 00/46065 er det kjent et transportsystem som omfatter et elektrisk kjøretøy, der elektrisk energi overføres fra en stasjonær energibærer i en kjøreveg. Den stasjonære energibærer kan være utformet som ledende plater eller et nettverk av ledere lagt i vegens overflate.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Ifølge et første aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebrakt en kontaktanordning for å kunne overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer og til et kjø-retøy, hvor kontaktanordningen er tilknyttet et parti av kjø-retøyet, idet kontaktanordningen innbefatter: - et bærelegeme med et første endeparti og et andre endeparti, hvor det første endepartiet er festet til et parti av kjøretøyet; - en trommel som er roterbart forbundet med bærelegemets andre endeparti; og - en flerhet av kontaktelementer som rager ut fra trommelen og som er innrettet til å kunne bringes i kontakt med den stasjonære energibærer slik at elektrisk energi kan ledes fra energibæreren og til et ønsket sted i kjøretøyet.

Kontaktanordningen ifølge oppfinnelsen er således en roterbar kontakt som i det etterfølgende også vil bli benevnt rullekontakt. En rullekontakt har den fordel at den vil kunne rotere i to retninger og således kan overføre elektrisk energi til et kjøretøy uavhengig av kjøretøyets bevegelsesretning.

Den stasjonære energibærer kan være anbrakt i tilknytning til en flate som bærer kjøretøyet. Flaten kan typisk være en vei eller en parkeringsplass. For enkelthetsskyld vil flaten i det etterfølgende bli omtalt som vei.

Av praktiske årsaker vil sannsynligvis kun en begrenset andel av veiene kunne forsynes med stasjonære energibærere. De mest aktuelle steder er trolig i områder hvor hastigheten er liten slik at oppholdstiden blir lengst mulig i forhold til energibærerens lengde, i akselerasjonsfelt og i såkalte krabbefelt.

For å unngå unødvendig slitasje på kontaktanordningens kontaktelementer er det en fordel om bærelegemet er dreibart festet til kjøretøyet slik at trommelens avstand til energibæreren kan reguleres for derved å kunne bringe kontaktelementene i eller ut av kontakt med energibæreren. Avstanden reguleres ved hjelp av i og for seg kjente drivanordninger som for eksempel, men ikke begrenset til, en motor, et meka-nisk og/eller elektrisk middel.

Hvert kontaktelement kan utgjøres av et langstrakt legeme som i det minste i ett parti er festet til trommelen.

For å oppnå størst mulig kontaktflate mellom energibæreren og det enkelte kontaktelement, er det en fordel om et lengdepar-ti av de kontaktelementene som er rotert til anlegg mot energibæreren, ligger an mot denne.

Når kjøretøyet er i bevegelse, og kontaktelementene er i kontakt med den stasjonære energibærer, vil trommelen roteres og kontaktelementene utsettes for sentrifugalkrefter.

For å redusere en betydelig økning av rullekontaktens diameter som følge av sentrifugalkraftens påvirkning på kontaktelementene, kan det langstrakte kontaktelementet være løkke-formet.

Løkkeformen vil også kunne frembringe en fjærende virkning dersom rullekontakten føres over en gjenstand, for eksempel en stein som måtte befinne seg på energibæreren.

Løkkeformen kan være tilveiebrakt ved å feste i det minste ett andre parti av det langstrakte legemet til trommelen. Således kan i det minste to partier av det langstrakte legemet være festet til trommelen.

Løkkeformen kan alternativt eller i tillegg være tilveiebrakt ved å feste i det minste ett andre parti av det langstrakte legemet til et tredje parti av legemet eller til et parti av et nabolegeme.

Det andre partiet kan være festet ved hjelp av én av festerne-todene: permanent festet, løsgjørbart festet, glidbart festet. Når det andre partiet er glidbart festet, vil dette i en foretrukket utførelse være innrettet til å kunne beveges innover mot trommelen, men ikke lenger enn en forutbestemt avstand ut fra trommelen. Dermed sikres en maksimal diameter samtidig som rullekontakten kan være fjærende inn mot sentrum av trommelen.

I et andre aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det

tilveiebrakt en framgangsmåte for å overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer og til et kjøretøy, hvor energien overføres fra energibæreren og til kjøretøyet ved hjelp en kontaktanordning som innbefatter en trommel som rager ut fra et parti av kjøretøyet og som er innrettet til kunne rotere tilsvarende kjøretøyets bevegelse relativt energibæreren, hvor framgangsmåten videre omfatter å forsyne trommelen med en flerhet av kontaktelementer som bringes i kontakt med den stasjonære energibæreren slik at elektrisk energi ledes fra energibæreren og til ønsket sted i kjøretøyet.

Det beskrives også en energibærer til bruk sammen med en kontaktanordning ifølge oppfinnelsen første aspekt, hvor energi bæreren utgjøres av elektrisk ledende matter som er anbrakt til et underlag hvorpå et kjøretøy kan befinne seg.

Mattene er anbrakt i det alt vesentlige parallelt og med inn-byrdes avstand slik at hver av kjøretøyets kontaktanordninger kan ligge an mot hver sin matte.

Strømtilførselen til matten kan være innrettet til å aktive-res/deaktiveres ved hjelp av et sensorarrangement som reage-rer på relevant kjøretøy.

I det etterfølgende beskrives et eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på medfølgende tegning-er, hvor: Fig. 1 viser et oppriss i perspektiv av et kjøretøy som befinner seg på og står i elektrisk forbindelse med en energibærer ved hjelp av en koplingsanordning ifølge den foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 viser i større målestokk et oppriss i perspektiv av en utførelse av en koplingsanordning; Fig. 3 viser en prinsippskisse av en utførelse av en koplingsanordning sett i snitt fra siden; Fig. 4 viser en prinsippskisse av en alternativ utførelse

av koplingsanordningen vist i figur 3; og

Fig. 5 viser en prinsippskisse av en alternativ utførelse

av koplingsanordningen vist i figur 3.

Like eller tilsvarende elementer er angitt med samme henvis-ningstall på tegningene.

På figurene angir henvisningstallet 1 en kontaktanordning som er innrettet til å kunne overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer i form av en elektrisk ledende matte 3 som er vist i figur 1. Matten 3 er festet til en vei 4, for eksempel ved hjelp av egnede festemidler og/eller ved å inte-grere matten 3 i veiens 4 dekke.

Kontaktanordningen 1 er anbrakt på undersiden av et kjøretøy 5 som i det etterfølgende også vil bli omtalt som en el-bil 5.

En fagmann på området vil forstå at el-bilen 5 må være forsynt med to med avstand anbrakte kontaktanordninger 1 som kan bringes i kontakt med hver sin av to elektrisk adskilte matter 3 med motsatt polaritet.

I utførelsen vist i figur 1 tilføres mattene 3 strøm fra al-lerede eksisterende gatebelysning 7. Strømmen omformes til ønsket spenning ved hjelp av en omformer 9 av i og for seg kjent art. For eksempel vil vekselstrøm på 50 Volt med 1000Hz kunne være anvendbart.

Ved hjelp av i og for seg kjent teknologi kan strøm tilføres matten 3 kun i de tilfeller et styringssystem (ikke vist) registrerer at en el-bil 5 nærmer seg eller befinner seg på matten 3. Registreringen kan for eksempel oppnås ved hjelp av en teknologi basert på radiofrekvensidentifikasjon, såkalt RFID-teknologi, anordnet i el-bilen 5 og i tilknytning til matten 3. Registreringen kan også knyttes opp mot betalings-systemer slik det er kjent blant annet fra automatisk bom-pengeinnkreving .

I figur 2 vises i større målestokk et perspektivisk oppriss av én utførelse av en kontaktanordning 1.

Kontaktanordningen 1 innbefatter et bærelegeme 10 som har et første endeparti 12 og et andre endeparti 14.

Det første endepartiet 12 er forsynt med to med avstand an brakte festeanordninger 16 som kan festes til en underside av kjøretøyet 5. Det skal forstås at festeanordningene 16 er elektrisk isolert fra kjøretøyet.

Fra et stangformet bærelegeme 18 som er dreibart anordnet festeanordningene 16, strekker det seg to bærearmer 20.

Bærelegemet 18 kan dreies relativt festeanordningene 16 ved hjelp av i og for seg kjente midler (ikke vist).

Bærearmene 20 er i bærelegemets 10 andre endeparti 14 roterbart tilkoplet en trommel 24.

Trommelen 24 er forsynt med en flerhet av langstrakte, elektrisk ledende kontaktelementer 26 som i et første endeparti 25 er tilkoplet trommelen 24 og rager ut fra huller (ikke vist) i trommelens 24 mantel. I en alternativ utførelse (ikke vist) vil kontaktelementene 26 kunne være festet til trommelens mantelflate.

Strøm ledes således fra matten 3 og via kontaktelementene 26, trommelen 24, bærearmene 20 og festeanordningene 16 og fra disse videre gjennom ikke viste ledninger og til ønsket sted i kjøretøyet 5. Ønsket sted kan for eksempel være batteriet eller en elektromotor.

Ved å dreie det stangformede bærelegemet 18 og dermed bærearmene 20 i forhold til festeanordningene 16, kan trommelen 24 og kontaktelementene 26 selektivt bringes ut av eller i kontakt med matten 3. Således vil kontaktanordningen 1 kunne bringes i kontakt med underlaget kun ved behov. Slitasjen av kontaktanordningen 1 vil dermed bli betydelig redusert.

I utførelsen vist i figur 2 og figur 3 har hvert av kontaktelementene 26 en spiralliknende utforming og er som vist i figur 3, forsynt med en hake 27 i et andre endeparti 25'. Figur 3 viser kun fire av det store antallet kontaktelementer 26 som er vist i figur 2.

Formålet med haken 27 er at det andre endepartiet 25' skal hektes til et parti av et annet, men nærliggende kontaktelement 26. Nevnte parti befinner seg mellom kontaktelementets 26 førte endeparti 25 og andre endeparti 25'.

Ved å hekte et kontaktelements 26 andre endeparti 25' til et parti av for eksempel et nabokontaktelement 26, vil det andre endepartiet 25' holdes tilbake mot bevegelse bort fra trommelens 24 sentrum som følge av sentrifugalkrefter som oppstår når trommelen 24 roterer.

Det å kunne motstå bevegelse som følge av sentrifugalkrefter har den store fordel at kontaktelementene 26 kan utformes med en størst mulig diameter som er relativt lite påvirkelig av sentrifugalkrefter som virker på kontaktelementene 26 når trommelen 24 settes i rotasjon. Kontaktelementene 26 vil dermed i størst mulig grad opprettholde sin form uavhengig av trommelens 24 rotasjonshastighet. Samtidig vil kontaktelementene 26 kunne bøyes eller være fjærende innover mot trommelen 24 dersom et legeme rager opp fra et parti av matten 3. Et slikt legeme kan for eksempel være en stein eller et annet fremmedlegeme som måtte befinne seg på matten 3.

Den roterende del av kontaktanordningen 1 som utgjøres av trommelen 24 med de tilhørende kontaktelementer 26, har således en i det vesentlige konstant maksimaldiameter samtidig som hver enkelt av flerheten av kontaktelementer 26 er fjærende. Den elektriske kontakten mellom matten 3 og kjøretøyet 5 vil kunne opprettholdes av noen av kontaktelementene 26 samtidig som andre av kontaktelementene 26 bringes ut av elektrisk kontakt som følge av et eventuelt fremmedlegeme som måtte befinne seg på matten 3.

Den fjærende egenskapen til kontaktelementene 26 vil også kunne være viktig for å tilveiebringe størst mulig kontaktflate mot matten 3. Ved å la kontaktanordningen 1 utøve et visst press mot underlaget vil den fjærende egenskap i kontaktelementene 26 resultere i større kontaktflate i og med at en større del av det enkelte kontaktelement 26 vil ligge an mot matten 3.

Kontaktelementene 26 kan anbringes på flere måter til trommelen 24 for å oppnå ovennevnte, viktig egenskap.

For eksempel kan hvert av endepartiene 25, 25' til det enkelte kontaktelement 26 være festet til trommelen 24. Dette er vist i figur 4. Kontaktelementet 26 vil således kunne danne en løkke som rager ut fra trommelen 24. Av klarhetshensyn er kun to av et stort antall kontaktelementer 26 vist.

Fra et topparti av løkken kan et støtteelement 28 rage inn mot trommelen 24 og være festet til et parti av denne eller til et parti av kontaktelementet 26. Begge alternativer er vist i figur 4.

I den viste utførelse medvirker støtteelementet 28 til å tilveiebringe en relativt flat eller utstrakt kontaktflate mellom kontaktelementet 26 og matten 3. Hver løkke kan være forsynt med flere enn eller færre enn det ene støtteelementet 28 som er vist.

Figur 5 viser en annen, alternativ utførelse av kontaktelementene 26. I den viste utførelse rager hvert av kontaktelementene 26 (kun tre er vist) i det vesentlige vinkelrett ut fra trommelen 24. Kontaktelementet 26 er i sitt andre endeparti 25' utformet med en vinkel for å danne en tilstrekkelig stor kontaktflate med matten 3.

For å redusere virkningen av sentrifugalkreftene som oppstår når trommelen 24 og dermed kontaktelementene, settes i rotasjon, er vinkelpartiet avstøttet ved hjelp av et støtteele-ment 2 8.

Støtteelementene 2 8 vist i figurene 4 og 5 kan, men behøver ikke, være strømledende.

I figurene 3, 4 og 5 er trommelen 24 vist med et kjerneparti 24' som er omsluttet av et utvendig hylseparti 24''.

Mellom kjernepartiet 24' og hylsepartiet 24'' er det et ringrom 29 som er innrettet til å kunne huse og fastholde kontaktelementenes 26 endeparti som er ført gjennom huller i hylsepartiet 24''.

I en utførelse føres kjernepartiet 24' inn i hylsepartiet 24'' etter at kontaktelementene 26 er anbrakt til hylsepartiet 24''. Sentrering av kjernepartiet 24' inn i hylsepartiet 24'' kan tilveiebringes ved hjelp av ikke viste sentrerings-elementer.

Det skal forstås at i en alternativ utførelse (ikke vist) kan kontaktelementene 26 utgjøres av ett eller flere langstrakte legemer som træs vekselvis ut og inn gjennom huller i hylsepartiet 24' ' .

Ut fra ovennevnte beskrivelse vil det forstås at den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en kontaktanordning som, i motsetning til hittil kjente slepekontakter, vil kunne over-føre elektrisk energi fra en energibærer og til et kjøretøy uavhengig av om kjøretøyet beveger seg forover eller i revers, eller om det er stillestående.

Kontaktanordningen ifølge oppfinnelsen vil utvise en fjærende virkning ved passasje over objekter som måtte befinne seg på energibærerens overflate, samtidig som kontaktanordningens maksimale diameter i det alt vesentlige er konstant og uavhengig av kjøretøyets hastighet. Kontaktanordningens rullende bevegelse mot energibæreren vil dessuten redusere slitasjen på både kontaktanordningen og energibæreren.

Ved å anbringe energibærere på steder hvor et kjøretøy er parkert eller beveger seg sakte, og/eller på steder hvor kjø-retøyet har et relativt stort energibehov så som i akselerasjonsfelt og i lange motbakker, vil rekkevidden til et elektrisk drevet kjøretøy kunne økes betydelig.

Claims (10)

1. Kontaktanordning (1) for å kunne overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer (3) og til et kjø-retøy (5), hvor kontaktanordningen (1) er tilknyttet et parti av kjøretøyet (5) og hvor kontaktanordningen (1) innbefatter: et bærelegeme (10) med et første endeparti (12) og et andre endeparti (14), hvor det første endepartiet (12) er festet til et parti av kjø-retøyet (5); og en trommel (24) som er roterbart forbundet med bærelegemets (10) andre endeparti (14),karakterisert vedat en flerhet av kontaktelementer (26) rager ut fra trommelen (24) og er innrettet til å kunne bringes i kontakt med den stasjonære energibærer (3) slik at elektrisk energi kan ledes fra energibæreren (3) og til ønsket sted i kjø-retøyet (5) .

2. Kontaktanordning i henhold til krav 1, hvor den stasjonære energibæreren (3) er anbrakt i tilknytning til en flate (4) som bærer kjøretøyet (5).

3. Kontaktanordning i henhold til krav 1, hvor et parti av bærelegemet (10) er dreibart festet til kjøretøyet (5) slik at trommelens (24) avstand til energibæreren (3) kan reguleres for derved å kunne bringe kontaktelementene (26) i eller ut av kontakt med energibæreren (3) .

4. Kontaktanordning i henhold til krav 1, hvor hvert kontaktelement (26) utgjøres av et langstrakt legeme som i det minste i ett parti (25) er festet til trommelen (24) .

5. Kontaktanordning i henhold til krav 4, hvor det langstrakte legemet (26) er løkkeformet.

6. Kontaktanordning i henhold til krav 5, hvor løkkefor-men er tilveiebrakt ved å feste i det minste ett andre parti (25') av det langstrakte legemet (26) til trommelen (24) .

7. Kontaktanordning i henhold til krav 5, hvor løkkefor-men er tilveiebrakt ved å feste i det minste ett andre parti (25') av det langstrakte legemet (26) til et tredje parti av legemet (26).

8. Kontaktanordning i henhold til krav 5, hvor løkkefor-men er tilveiebrakt ved å feste i det minste ett andre parti (25') av det langstrakte legemet (26) til et parti av et nabolegeme (26).

9. Kontaktanordning i henhold til krav 6, 7 eller 8, hvor det andre partiet (25') er festet ved hjelp av én av festemetodene: permanent festet, løsgjørbart festet, glidbart festet.

10. Framgangsmåte for å overføre elektrisk energi fra en stasjonær energibærer (3) og til et kjøretøy (5), hvor energien overføres fra energibæreren (3) og til kjøre-tøyet (5) ved hjelp en kontaktanordning (1) som innbefatter en trommel (24) som rager ut fra et parti av kjøretøyet (5) og som er innrettet til å kunne rotere tilsvarende kjøretøyets (5) bevegelse relativt energibæreren (3),karakterisert vedat framgangsmåten videre omfatter å forsyne trommelen (24) med en flerhet av kontaktelementer (26) som bringes i kontakt med den stasjonære energibæreren (3) slik at elektrisk energi ledes fra energibæreren (3) og til ønsket sted i kjøretøyet (5).