WO2023041232A1 - System for contactless energy transmission from a primary conductor to a secondary coil - Google Patents

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WO2023041232A1
WO2023041232A1 PCT/EP2022/071126 EP2022071126W WO2023041232A1 WO 2023041232 A1 WO2023041232 A1 WO 2023041232A1 EP 2022071126 W EP2022071126 W EP 2022071126W WO 2023041232 A1 WO2023041232 A1 WO 2023041232A1
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WO
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coil core
constriction
secondary winding
conductor
primary conductor
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PCT/EP2022/071126
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Inventor
Leobald Podbielski
Harald Wolf
Alexander Heier
Original Assignee
Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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    • H01F38/02—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
    • H01F38/023—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances

Definitions

  • the invention relates to a system for contactless power transmission from a primary conductor to a secondary coil.
  • a system for the contactless transmission of energy from a primary conductor to a secondary coil can be implemented by means of an inductive coupling, in particular a transformer, for example.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a system, wherein
  • the object is achieved in the system according to the features specified in claim 1.
  • Important features of the invention in the system for contactless energy transmission from a primary conductor to a secondary coil, which has a secondary winding and a coil core, in particular wherein the secondary coil is arranged on a mobile part that is movably arranged relative to the primary conductor, in particular on the side of the mobile part that faces the primary conductor, are that the coil core has a constriction, in particular a constriction point, in particular wherein the coil core has a higher flux density in the area of the constriction than in an area of the coil core adjoining the constriction and/or wherein the coil core has a smaller wall thickness in the area of the constriction than in an area of the coil core adjacent to the constriction.
  • the advantage here is that the constriction causes a current limitation. This is because the narrowing area already enters saturation at lower current intensities, and thus at a weaker magnetic field, and thus causes a corresponding change in the inductance of the secondary coil. If the coupling is preferably weak and the secondary coil is used in a resonant circuit, the transmitted power is reduced considerably, so that the current is prevented from increasing further, even if the resonant circuit short-circuits on the secondary side.
  • the coil core in particular a ferrite core, is made of ferrite.
  • the advantage here is that, despite the weak inductive coupling, as much of the magnetic field generated by the primary conductor as possible is captured in the coil core and/or that as many field lines generated by the primary conductor as possible are captured in the coil core.
  • the advantage here is that with increasing current in the primary conductor and/or in the secondary winding and thus increasing magnetic field, saturation in the area of the constriction can be reached more quickly and the inductance can be reduced early on, so that a further increase in the secondary-side current can be prevented.
  • the constriction is arranged in the area of the winding and/or in the area around which the winding is wound. The advantage here is that as much field as possible or as many field lines as possible generated by the primary conductor are forced to flow through the constriction. Thus, with increasing current, saturation can be reached quickly and safely.
  • the constriction is surrounded and/or wrapped by the winding.
  • the advantage here is that as much field as possible or as many field lines as possible generated by the primary conductor are forced to flow through the constriction. Thus, with increasing current, saturation can be reached quickly and safely.
  • the constriction borders on the area of the winding and/or on the area wrapped by the winding.
  • the constriction is not surrounded and/or wrapped by the winding.
  • the advantage here is that the constriction is arranged outside of the wrapped area and thus the winding, in particular the winding wire, is prevented from slipping into the constriction, in particular during winding.
  • the coil core is U-shaped, in particular with the primary conductor being arranged within the spatial area surrounded by the coil core.
  • the advantage here is that the inductive coupling is as strong as possible, although the primary conductor is routed as a long line cable in the system and thus only generates a weak magnetic field.
  • the winding is a flat winding arranged in one plane.
  • the perpendicular projection of the constriction is in this plane comprised by the winding and/or comprised by the perpendicular projection of the winding into the plane.
  • the advantage here is that the constriction is arranged in the area of the winding and thus many field lines are forced through the area of the constriction.
  • the coil core is E-shaped, in particular with the secondary winding being wound around a middle leg of the E-shaped coil core, in particular as a flat winding, with the secondary winding being spaced apart from the primary conductor, in particular with the primary conductor being laid as an elongated closed loop in the system is laid, in particular with a section of the primary conductor acting as the outgoing conductor and a return conductor arranged parallel to the outgoing conductor being formed by a further area of the primary conductor, in particular with the yoke of the E-shaped coil core having a central limb and two outer limbs, with all limbs being the plane receiving the forward conductor and the return conductor, in particular wherein the perpendicular projection of the secondary winding wound around the middle leg of the E-shaped ferrite core into this plane comprises part of the forward conductor and part of the return conductor and/or includes a portion of the perpendicular projection of the forward conductor in that plane and a portion of the perpendicular projection of
  • the secondary coil can be made very compact and the primary conductor system can be used magnetically twice as a forward conductor and a parallel return conductor, so to speak.
  • the constriction has an elongated indentation and/or groove on one or both sides of the coil core, in particular the indentation or groove extending perpendicularly to the magnetic flux and/or to the magnetic flux density, in particular over the entire width of the coil core.
  • the constriction is implemented as one or more recesses running through the coil core and/or the constriction has one or more recesses running through the coil core, in particular with the recesses being spaced apart from one another and/or being arranged in a straight row one behind the other .
  • the advantage here is that the constriction affects the material provided for the magnetic field lines and is easy to produce.
  • the distance between two recesses that are closest to each other decreases monotonically with increasing distance from an outer edge of the coil core, in particular in such a way that recesses that are arranged centrally in the coil core, in particular the yoke, are arranged next to one another closer to one another than those arranged further outside Recesses, in particular the outer edge is the outer edge arranged in that section plane whose normal is aligned parallel to the passage direction of the recesses.
  • the constriction has an intermediate part arranged in a continuous air gap of the coil core, in particular the intermediate part having a smaller wall thickness than the region of the coil core adjoining the intermediate part. in particular wherein the intermediate part is made of ferrite.
  • the shape of the intermediate part can be either cuboid or cylindrical. With a cuboid design, there are lower losses in normal operation than with the cylindrical design, which, however, can be thermally insulated better from the rest of the coil core with less effort than with the square design, since there is only a line contact with the rest of the coil core instead of a flat contact.
  • the coil core and/or the intermediate part is coated with a layer at least in the surface areas on which the coil core rests on the intermediate part, the specific thermal conductivity of the material of the layer being lower than the specific thermal conductivity of the material of the coil core.
  • At least one element is arranged between the coil core and the intermediate part, with the specific thermal conductivity of the material of the element being lower than the specific thermal conductivity of the material of the coil core, in particular with the element being a film or another part, such as a small plate .
  • the intermediate part is designed as a cylinder and the air gap of the coil core is delimited by flat surfaces of the coil core, in particular so that there is only linear contact between the coil core and the intermediate part or element.
  • the advantage here is that there is only a line contact and the thermal insulation of the intermediate part can therefore be implemented simply and cost-effectively.
  • the secondary winding has such a capacitance connected in series or in parallel that the resonant frequency of the resonant circuit formed in this way, in particular the oscillating circuit, is the same as the frequency of the alternating current impressed on the primary conductor by a power source, in particular a feed device of the system.
  • the advantage here is that a high level of efficiency can be achieved despite weak inductive coupling and/or inductive coupling that fluctuates depending on the movement of the mobile part.
  • FIG. 1 shows a schematic sketch of a non-contact energy transmission system with a serial resonant circuit.
  • FIG. 2 shows a schematic sketch of a non-contact energy transmission system with a parallel resonant circuit.
  • FIG. 3 shows a secondary winding 33 with a ferrite core 31 which has a recess 32, in particular a constriction.
  • the constriction 32 is designed as an elongated depression on both sides, in particular a groove.
  • the constriction 32 is formed by a cuboid intermediate part 62 which is arranged in a continuous gap of the ferrite core 61.
  • the constriction 72 is arranged, in particular, at the inner end of a leg of a U-shaped ferrite core 71 on which a secondary winding is wound.
  • FIG. 8 shows a system for contactless energy transmission with an E-shaped ferrite core 83 wound with a secondary winding 84, with the constriction 82 being arranged on the outer side of the ferrite core 83 or with the constriction 85 being arranged on the inner side of the ferrite core 83 is.
  • the system for contactless energy transmission has a primary conductor 1, which is laid elongated on the floor in a facility, with a mobile part having a secondary winding on its underside, which is inductively coupled to the primary conductor 1.
  • This inductive coupling 2 is weak, for example.
  • a capacitance C_k is connected in series to the secondary winding, which is dimensioned in such a way that the resonant frequency of the resonant circuit formed by the secondary winding and the capacitance C_k, in particular the oscillating circuit, is equal to the frequency of an alternating current impressed on the primary conductor 1 by a power source.
  • a load R_L in particular a consumer, can be supplied from the resonant circuit.
  • the load R_L has, for example, a rectifier and an inverter supplied from it, which feeds a drive motor of the handset. Additionally or alternatively, the load R_L has an energy store that can be loaded from the connection of the rectifier on the DC voltage side.
  • the primary conductor 1 is laid along a rail along which a handset with a secondary winding moves.
  • the secondary winding is in turn coupled inductively to the primary conductor 1 .
  • FIG. 1 shows the inductive coupling 2 with its leakage inductance L_s on the secondary side as a schematic electrical circuit diagram.
  • the primary conductor can be designed as a winding, with the mobile part being inductively coupled to this winding with its secondary winding.
  • a secondary winding connected in parallel with the secondary winding can be used instead of the capacitance C_k connected in series. This means that lower voltages but higher currents can be achieved.
  • the secondary winding 33 is wound around a yoke of a U-shaped ferrite core 31, the yoke being connected to two legs which are spaced apart from one another and are in particular aligned parallel to one another.
  • a constriction 32 of the ferrite core 31 In the area of the yoke of the ferrite core 31 around which the secondary winding 33 is wound, there is a constriction 32 of the ferrite core 31 . If the current magnitude of the alternating current impressed on the primary conductor 1 is constant on the primary side, current limitation can be achieved.
  • the current in the resonant circuit initially increases, but the ferrite material then becomes saturated in the area of the constriction 32, as a result of which the inductance changes and the resonant circuit is detuned. Due to this automatic limitation, the current only reaches an associated maximum value.
  • the wall thickness of the ferrite core 31, in particular of the yoke of the ferrite core 31, is reduced in the area of the constriction 32.
  • the constriction 32 on the ferrite core 31 is shown in an oblique view in FIG and/or extend.
  • the indentations are preferably designed in accordance with a rectangular groove.
  • recesses 52 running through the ferrite core can also be used instead of the recesses, the recesses 52 being spaced apart from one another and preferably being arranged in a straight line one behind the other with a respective spacing.
  • the distance between two respectively next-neighboring recesses 52 decreases monotonically with increasing distance from an outer edge, in particular in the section shown in FIG.
  • the recesses 52 arranged centrally in the yoke are arranged closer to one another than the recesses 52 arranged further to the outside.
  • the outer edge always means the outer edge arranged in the sectional plane, the normal of which is aligned parallel to the passage direction of the recesses 52 .
  • constriction can also be implemented by inserting an intermediate part 62 into a gap in the ferrite core 61, as shown in FIG.
  • the wall thickness of the intermediate part 62 is less than the rest of the ferrite core 61.
  • the intermediate part 62 is also made of ferrite.
  • the intermediate part 62 made of ferrite material is preferably additionally coated on its surface with a layer whose specific thermal conductivity is lower than the specific thermal conductivity of the ferrite material.
  • a high temperature can thus be achieved in the intermediate part 62, while the ferrite core 62 adjoining the intermediate part 62 is thermally stressed as little as possible.
  • the temperature reaches the Curie temperature, the inductance of the secondary winding drops sharply, and the detuning of the resonant circuit becomes very large, and the secondary-side inductance becomes very small. In this way, current rise is limited since less current is transferred through the inductive coupling.
  • the layer is advantageously arranged at least in those surface areas of the intermediate part 62 which are in contact with the ferrite core 61 .
  • the constriction 72 is advantageously located within the area where the secondary winding 73 is wound.
  • the left leg of the ferrite core 71 is provided with a secondary winding 73, within which the constriction 72 is arranged.
  • the constriction is arranged outside the area wound with the secondary winding 73, in particular directly connected to the end of the secondary winding 73.
  • an E-shaped ferrite core in particular a coil core, can also be used in a system according to the invention.
  • the primary conductor is laid in the system as an elongated, closed loop, with a section of the primary conductor acting as a forward conductor and a return conductor 81 arranged parallel to the forward conductor 80 being formed by a further region of the primary conductor.
  • the yoke of the E-shaped ferrite core 83 has a central limb and two outer limbs, with all limbs protruding toward the plane receiving the forward conductor 80 and the return conductor 81 .
  • the in-plane vertical projection of the secondary winding wound around the center leg of the E-shaped ferrite core 83 includes part of the forward conductor 80 and part of the return conductor 81, specifically, it includes part of the in-plane perpendicular projection of the outgoing conductor 80 and part of the perpendicular projection of the return conductor 81 in the plane.
  • the coil formed from the ferrite core 83 with the secondary winding 84 is always at a distance from the plane, ie in particular from the plane receiving the forward conductor 80 and the return conductor.
  • the constriction 82 is arranged either on the side of the ferrite core 83 facing the secondary winding 84 or on the side of the ferrite core facing away from the secondary winding 84 .
  • the constriction 85 is designed as an elongated groove, similar to FIG. The same applies to the constriction 82.
  • constriction 85 and/or 82 can be embodied as a series of recesses 52 passing through the ferrite core 83, similar to FIG. 5, or as an intermediate part coated in particular with a layer, similar to FIG.
  • the constriction 82 and 7 or the constriction 85 is located either in the region of the coil 84 or at the inner or outer end region of the coil 84.
  • the winding 84 is designed as a ring winding and the middle leg of the E-shaped ferrite core 83 around, in particular as a single-layer flat winding.
  • the ferrite core is coated with a layer at least on those surface areas on which the intermediate part 62 rests on the ferrite core 61 .
  • the specific thermal conductivity of the material of the layer is smaller than the specific thermal conductivity of the ferrite material.
  • elements in particular foils or parts such as small plates, can also be arranged between the intermediate part 62 and the ferrite core 61 .
  • the wall thickness of the element is chosen to be as small as possible, but the heat transfer resistance from the element to the ferrite core 61 must be sufficiently high.
  • a coil core made of a different ferromagnetic material is used instead of the aforementioned respective ferrite core.
  • the highest possible specific magnetic permeability is advantageous in order to make the system compact.

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Abstract

Disclosed is a system for contactless energy transmission from a primary conductor to a secondary coil that includes a secondary winding and a coil core, the coil core having a constriction, in particular a local constriction.

Description

Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule System for non-contact energy transfer from a primary conductor to a secondary coil
Beschreibung: Description:
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule. The invention relates to a system for contactless power transmission from a primary conductor to a secondary coil.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule mittels einer induktiven Kopplung, insbesondere beispielsweise eines Transformators, realisierbar ist. It is generally known that a system for the contactless transmission of energy from a primary conductor to a secondary coil can be implemented by means of an inductive coupling, in particular a transformer, for example.
Aus der US 2018 / 0 005 747 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt. A system for contactless energy transmission is known from US 2018/0 005 747 A1 as the closest prior art.
Aus der US 2017 / 0 004916 A1 ist ein Induktor für ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt. An inductor for a system for contactless energy transmission is known from US 2017/0004916 A1.
Aus der EP 1 668 656 B1 ist eine Anordnung zur berührungslosen induktiven Übertragung von elektrischer Leistung bekannt. An arrangement for contactless inductive transmission of electrical power is known from EP 1 668 656 B1.
Aus der DE 698 20 904 T2 ist eine Regelung induktiver Energieaufnehmer bekannt. From DE 698 20 904 T2 a regulation of inductive energy absorbers is known.
Aus der US 2014 / 0 084697 A1 ist ein System zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Leistung bekannt. A system for the contactless transmission of electrical power is known from US 2014/0 084697 A1.
Aus der US 2017 / 0 169 942 A1 ist ein elektrisches Leistungsübertragungssystem bekannt. An electrical power transmission system is known from US 2017/0 169 942 A1.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage weiterzubilden, wobei The invention is therefore based on the object of further developing a system, wherein
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule, die eine Sekundärwicklung und einen Spulenkern aufweist, insbesondere wobei die Sekundärspule an einem relativ zum Primärleiter bewegbar angeordneten Mobilteil angeordnet ist, insbesondere an der dem Primärleiter zugewandten Seite des Mobilteils, sind, dass der Spulenkern eine Verengung, insbesondere eine Verengungsstelle, aufweist, insbesondere wobei der Spulenkern im Bereich der Verengung eine höhere Flussdichte aufweist als in einem an die Verengung angrenzenden Bereich des Spulenkerns und/oder wobei der Spulenkern im Bereich der Verengung eine geringere Wandstärke aufweist als in einem an die Verengung angrenzenden Bereich des Spulenkerns. According to the invention, the object is achieved in the system according to the features specified in claim 1. Important features of the invention in the system for contactless energy transmission from a primary conductor to a secondary coil, which has a secondary winding and a coil core, in particular wherein the secondary coil is arranged on a mobile part that is movably arranged relative to the primary conductor, in particular on the side of the mobile part that faces the primary conductor, are that the coil core has a constriction, in particular a constriction point, in particular wherein the coil core has a higher flux density in the area of the constriction than in an area of the coil core adjoining the constriction and/or wherein the coil core has a smaller wall thickness in the area of the constriction than in an area of the coil core adjacent to the constriction.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung eine Strombegrenzung bewirkt. Denn der Bereich der Verengung tritt schon bei geringeren Stromstärken, und somit bei schwächerem Magnetfeld in die Sättigung ein und bewirkt somit eine entsprechende Veränderung der Induktivität der Sekundärspule. Bei vorzugsweise schwacher Kopplung und Verwendung der Sekundärspule in einem Resonanzkreis verringert sich die übertragene Leistung erheblich, so dass der Strom entsprechend am weiteren Anstieg auch bei einem sekundärseitigen Kurzschluss des Resonanzkreises gehindert wird. The advantage here is that the constriction causes a current limitation. This is because the narrowing area already enters saturation at lower current intensities, and thus at a weaker magnetic field, and thus causes a corresponding change in the inductance of the secondary coil. If the coupling is preferably weak and the secondary coil is used in a resonant circuit, the transmitted power is reduced considerably, so that the current is prevented from increasing further, even if the resonant circuit short-circuits on the secondary side.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern, insbesondere Ferritkern, aus Ferrit gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass trotz schwacher induktiver Kopplung möglichst viel des vom Primärleiter erzeugten Magnetfeldes im Spulenkern aufgefangen wird und/oder dass möglichst viele vom Primärleiter erzeugte Feldlinien im Spulenkern eingefangen werden. Von Vorteil ist dabei, dass bei ansteigendem Strom im Primärleiter und/oder in der Sekundärwicklung und somit stärker werdendem Magnetfeld die Sättigung im Bereich der Verengung schneller erreichbar ist und dadurch die Induktivität frühzeitig verringerbar ist, so dass ein weiterer Anstieg des sekundärseitigen Stroms verhinderbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verengung im Bereich der Wicklung und/oder im von der Wicklung umwickelten Bereich angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst viel Feld oder möglichst viele, vom Primärleiter erzeugte Feldlinien zum Durchfließen der Verengung gezwungen werden. Somit ist bei zunehmendem Strom die Sättigung schnell und sicher erreichbar. In an advantageous embodiment, the coil core, in particular a ferrite core, is made of ferrite. The advantage here is that, despite the weak inductive coupling, as much of the magnetic field generated by the primary conductor as possible is captured in the coil core and/or that as many field lines generated by the primary conductor as possible are captured in the coil core. The advantage here is that with increasing current in the primary conductor and/or in the secondary winding and thus increasing magnetic field, saturation in the area of the constriction can be reached more quickly and the inductance can be reduced early on, so that a further increase in the secondary-side current can be prevented. In an advantageous embodiment, the constriction is arranged in the area of the winding and/or in the area around which the winding is wound. The advantage here is that as much field as possible or as many field lines as possible generated by the primary conductor are forced to flow through the constriction. Thus, with increasing current, saturation can be reached quickly and safely.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verengung von der Wicklung umgeben und/oder umwickelt. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst viel Feld oder möglichst viele, vom Primärleiter erzeugte Feldlinien zum Durchfließen der Verengung gezwungen werden. Somit ist bei zunehmendem Strom die Sättigung schnell und sicher erreichbar. In an advantageous embodiment, the constriction is surrounded and/or wrapped by the winding. The advantage here is that as much field as possible or as many field lines as possible generated by the primary conductor are forced to flow through the constriction. Thus, with increasing current, saturation can be reached quickly and safely.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung grenzt die Verengung an an den Bereich der Wicklung und/oder an den von der Wicklung umwickelten Bereich. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst viele der gerade aus dem umwickelten Bereich austretenden Feldlinien noch durch den Bereich der Verengung gezwungen werden und somit eine möglichst effiziente Strombegrenzung erreichbar ist. In an advantageous embodiment, the constriction borders on the area of the winding and/or on the area wrapped by the winding. The advantage here is that as many of the field lines emerging from the wrapped area as possible are still forced through the area of the constriction and the most efficient possible current limitation can thus be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verengung von der Wicklung nicht umgeben und/oder umwickelt. Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung außerhalb des umwickelten Bereichs angeordnet ist und somit ein Hineinrutschen der Wicklung, insbesondere des Wicklungsdrahtes, insbesondere beim Bewickeln, in die Verengung verhindert ist. In an advantageous embodiment, the constriction is not surrounded and/or wrapped by the winding. The advantage here is that the constriction is arranged outside of the wrapped area and thus the winding, in particular the winding wire, is prevented from slipping into the constriction, in particular during winding.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern U-förmig, insbesondere wobei der Primärleiter innerhalb des von dem Spulenkern umgebenen Raumbereichs angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die induktive Kopplung möglichst stark ist, obwohl der Primärleiter als Linienleiter langgestreckt in der Anlage verlegt ist und somit nur ein schwaches Magnetfeld erzeugt. In an advantageous embodiment, the coil core is U-shaped, in particular with the primary conductor being arranged within the spatial area surrounded by the coil core. The advantage here is that the inductive coupling is as strong as possible, although the primary conductor is routed as a long line cable in the system and thus only generates a weak magnetic field.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung eine in einer Ebene angeordnete Flachwicklung. In an advantageous embodiment, the winding is a flat winding arranged in one plane.
Insbesondere ist die senkrechte Projektion der Verengung in diese Ebene von der Wicklung umfasst und/oder von der senkrechten Projektion der Wicklung in die Ebene umfasst. In particular, the perpendicular projection of the constriction is in this plane comprised by the winding and/or comprised by the perpendicular projection of the winding into the plane.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung im Bereich der Wicklung angeordnet ist und somit viele Feldlinien durch den Bereich der Verengung gezwungen werden. The advantage here is that the constriction is arranged in the area of the winding and thus many field lines are forced through the area of the constriction.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern E-förmig ist, insbesondere wobei die Sekundärwicklung um einen Mittelschenkel des E-förmigen Spulenkerns herumgewickelt ist, insbesondere als Flachwicklung, wobei die Sekundärwicklung vom Primärleiter beabstandet ist, insbesondere wobei der Primärleiter als langgestreckt verlegte geschlossene Schleife in der Anlage verlegt ist, insbesondere wobei ein Abschnitt des Primärleiters als Hinleiter fungiert und ein zum Hinleiter parallel angeordneter Rückleiter durch einen weiteren Bereich des Primärleiters gebildet ist, insbesondere wobei das Joch des E-förmigen Spulenkerns einen Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel aufweist, wobei alle Schenkel zu der den Hinleiter und den Rückleiter aufnehmenden Ebene hin hervorragen, insbesondere wobei die senkrechte Projektion der um den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns gewickelten Sekundärwicklung in diese Ebene einen Teil des Hinleiters und einen Teil des Rückleiters umfasst und/oder einen Teil der senkrechten Projektion des Hinleiters in diese Ebene und einen Teil der senkrechten Projektion des Rückleiters in diese Ebene umfasst, insbesondere wobei der Spulenkern und die Sekundärwicklung jeweils von der Ebene beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Sekundärspule sehr kompakt ausführbar ist und das Primärleitersystem als Hinleiter und dazu parallel verlegter Rückleiter sozusagen magnetisch doppelt nutzbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verengung eine einseitig oder beidseitig am Spulenkern ausgeführte längliche Vertiefung und/oder Nut auf, insbesondere wobei die Vertiefung oder Nut sich senkrecht zum Magnetfluss und/oder zur magnetischen Flussdichte erstreckt, insbesondere über die gesamte Breite des Spulenkerns. Von Vorteil ist dabei, dass eine gleichmäßige Ausführung der Verengung erreichbar ist. In an advantageous embodiment, the coil core is E-shaped, in particular with the secondary winding being wound around a middle leg of the E-shaped coil core, in particular as a flat winding, with the secondary winding being spaced apart from the primary conductor, in particular with the primary conductor being laid as an elongated closed loop in the system is laid, in particular with a section of the primary conductor acting as the outgoing conductor and a return conductor arranged parallel to the outgoing conductor being formed by a further area of the primary conductor, in particular with the yoke of the E-shaped coil core having a central limb and two outer limbs, with all limbs being the plane receiving the forward conductor and the return conductor, in particular wherein the perpendicular projection of the secondary winding wound around the middle leg of the E-shaped ferrite core into this plane comprises part of the forward conductor and part of the return conductor and/or includes a portion of the perpendicular projection of the forward conductor in that plane and a portion of the perpendicular projection of the return conductor in that plane, in particular wherein the coil core and the secondary winding are each spaced from the plane. The advantage here is that the secondary coil can be made very compact and the primary conductor system can be used magnetically twice as a forward conductor and a parallel return conductor, so to speak. In an advantageous embodiment, the constriction has an elongated indentation and/or groove on one or both sides of the coil core, in particular the indentation or groove extending perpendicularly to the magnetic flux and/or to the magnetic flux density, in particular over the entire width of the coil core. The advantage here is that a uniform execution of the constriction can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verengung als eine oder mehrere durch den Spulenkern durchgehende Ausnehmungen realisiert ist und/oder die Verengung eine oder mehrere durch den Spulenkern durchgehende Ausnehmungen auf, insbesondere wobei die Ausnehmungen voneinander beabstandet sind und/oder in einer geraden Reihe hintereinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung das für die Magnetfeldlinien bereit gestellte Material betrifft und einfach herstellbar ist. In an advantageous embodiment, the constriction is implemented as one or more recesses running through the coil core and/or the constriction has one or more recesses running through the coil core, in particular with the recesses being spaced apart from one another and/or being arranged in a straight row one behind the other . The advantage here is that the constriction affects the material provided for the magnetic field lines and is easy to produce.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen zwei jeweils zueinander nächstbenachbarten Ausnehmungen mit zunehmendem Abstand von einem äußeren Rand des Spulenkerns monoton abnehmend, insbesondere so, dass mittig im Spulenkern, insbesondere Joch, angeordnete, zueinander nächstbenachbarte Ausnehmungen zueinander enger aneinander angeordnet sind als weiter außen angeordneten Ausnehmungen, insbesondere der äußere Rand der in derjenigen Schnittebene angeordnete äußere Rand ist, deren Normale parallel zu der Durchgangsrichtung der Ausnehmungen ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Dichte der Magnetfeldlinien im Bereich der Verengung gleichmäßig verteilt wird, also lokale Spitzenwerte der Dichte vermieden werden. In an advantageous embodiment, the distance between two recesses that are closest to each other decreases monotonically with increasing distance from an outer edge of the coil core, in particular in such a way that recesses that are arranged centrally in the coil core, in particular the yoke, are arranged next to one another closer to one another than those arranged further outside Recesses, in particular the outer edge is the outer edge arranged in that section plane whose normal is aligned parallel to the passage direction of the recesses. The advantage here is that the density of the magnetic field lines is evenly distributed in the area of the constriction, i.e. local peak values of the density are avoided.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verengung ein in einem durchgehenden Luftspalt des Spulenkerns angeordnetes Zwischenteil auf, insbesondere wobei das Zwischenteil eine geringere Wandstärke als der an das Zwischenteil angrenzende Bereich des Spulenkerns aufweist, insbesondere wobei das Zwischenteil aus Ferrit gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist. Insbesondere ist die Form des Zwischenteils entweder quaderförmig oder zylindrisch ausführbar. Bei quaderförmiger Ausführung sind im Normalbetrieb geringere Verluste vorhanden als bei der zylindrischen Ausführung, welche aber thermisch mit geringerem Aufwand besser isolierbar ist vom restlichen Spulenkern als bei der quadratischen Ausführung, da nur eine Linienberührung zum restlichen Spulenkern hin vorliegt anstatt einer flächigen Berührung. In an advantageous embodiment, the constriction has an intermediate part arranged in a continuous air gap of the coil core, in particular the intermediate part having a smaller wall thickness than the region of the coil core adjoining the intermediate part. in particular wherein the intermediate part is made of ferrite. The advantage here is that simple production is made possible. In particular, the shape of the intermediate part can be either cuboid or cylindrical. With a cuboid design, there are lower losses in normal operation than with the cylindrical design, which, however, can be thermally insulated better from the rest of the coil core with less effort than with the square design, since there is only a line contact with the rest of the coil core instead of a flat contact.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern und/oder das Zwischenteil zumindest an Oberflächenbereichen, an denen der Spulenkern am Zwischenteil anliegt, mit einer Schicht beschichtet ist, wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der Schicht kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Spulenkerns. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der thermischen Isolierung erreichbar ist. In an advantageous embodiment, the coil core and/or the intermediate part is coated with a layer at least in the surface areas on which the coil core rests on the intermediate part, the specific thermal conductivity of the material of the layer being lower than the specific thermal conductivity of the material of the coil core. The advantage here is that a simple production of the thermal insulation can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Spulenkern und dem Zwischenteil zumindest ein Element angeordnet, wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Elements kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Spulenkerns, insbesondere wobei das Element eine Folie oder ein anderes Teil, wie Plättchen, ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der thermischen Isolierung erreichbar ist. In an advantageous embodiment, at least one element is arranged between the coil core and the intermediate part, with the specific thermal conductivity of the material of the element being lower than the specific thermal conductivity of the material of the coil core, in particular with the element being a film or another part, such as a small plate . The advantage here is that a simple production of the thermal insulation can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Zwischenteil als Zylinder ausgeführt und der Luftspalt des Spulenkerns von ebenen Flächen des Spulenkerns begrenzt, insbesondere so dass zwischen Spulenkern und Zwischenteil beziehungsweise Element nur eine Linienberührung auftritt. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine Linienberührung und vorliegt und somit die thermische Isolierung des Zwischenteils einfache und kostengünstig ausführbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sekundärwicklung eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die Resonanzfrequenz des so gebildeten Resonanzkreises, insbesondere Schwingkreises, der Frequenz des von einer Stromquelle, insbesondere Einspeisegerät, der Anlage in den Primärleiter eingeprägten Wechselstromes gleicht. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad trotz schwacher und/oder abhängig von der Bewegung des Mobilteils schwankender induktiver Kopplung erreichbar ist. In an advantageous embodiment, the intermediate part is designed as a cylinder and the air gap of the coil core is delimited by flat surfaces of the coil core, in particular so that there is only linear contact between the coil core and the intermediate part or element. The advantage here is that there is only a line contact and the thermal insulation of the intermediate part can therefore be implemented simply and cost-effectively. In an advantageous embodiment, the secondary winding has such a capacitance connected in series or in parallel that the resonant frequency of the resonant circuit formed in this way, in particular the oscillating circuit, is the same as the frequency of the alternating current impressed on the primary conductor by a power source, in particular a feed device of the system. The advantage here is that a high level of efficiency can be achieved despite weak inductive coupling and/or inductive coupling that fluctuates depending on the movement of the mobile part.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnenFurther advantages result from the dependent claims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further meaningful combinations of claims and/or individual claims
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Features of the claim and/or features of the description and/or the figures, in particular from the task and/or the task posed by comparison with the prior art.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert: The invention will now be explained in more detail using schematic illustrations:
In der Figur 1 ist ein berührungsloses Energieübertragungssystem mit einem seriellen Resonanzkreis schematisch skizziert. FIG. 1 shows a schematic sketch of a non-contact energy transmission system with a serial resonant circuit.
In der Figur 2 ist ein berührungsloses Energieübertragungssystem mit einem parallelen Resonanzkreis schematisch skizziert. FIG. 2 shows a schematic sketch of a non-contact energy transmission system with a parallel resonant circuit.
In der Figur 3 ist eine Sekundärwicklung 33 mit Ferritkern 31 gezeigt, eine Ausnehmung 32, insbesondere Verengung, aufweist. FIG. 3 shows a secondary winding 33 with a ferrite core 31 which has a recess 32, in particular a constriction.
In der Figur 4 ist die Verengung 32 als beidseitige längliche Vertiefung, insbesondere Nut, ausgeführt. In FIG. 4, the constriction 32 is designed as an elongated depression on both sides, in particular a groove.
In der Figur 5 ist die Verengung 32 ersetzt durch eine Reihe von durchgehenden Ausnehmungen 52 im Ferritkern 51. In Figure 5, the constriction 32 has been replaced by a series of continuous recesses 52 in the ferrite core 51.
In Figur 6 ist die Verengung 32 durch ein quaderförmiges Zwischenteil 62, welches in einem durchgehenden Spalt des Ferritkerns 61 angeordnet ist. In FIG. 6, the constriction 32 is formed by a cuboid intermediate part 62 which is arranged in a continuous gap of the ferrite core 61.
In der Figur 7 ist die Verengung 72 am insbesondere inneren Ende eines mit einer Sekundärwicklung bewickelten Schenkels eines U-förmigen Ferritkerns 71 angeordnet. In FIG. 7, the constriction 72 is arranged, in particular, at the inner end of a leg of a U-shaped ferrite core 71 on which a secondary winding is wound.
In der Figur 8 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung mit einem E-förmigen mit einer Sekundärwicklung 84 bewickelten Ferritkern 83 gezeigt, wobei die Verengung 82 an der äußeren Seite des Ferritkerns 83 angeordnet ist oder wobei die Verengung 85 an der inneren Seite des Ferritkerns 83 angeordnet ist. FIG. 8 shows a system for contactless energy transmission with an E-shaped ferrite core 83 wound with a secondary winding 84, with the constriction 82 being arranged on the outer side of the ferrite core 83 or with the constriction 85 being arranged on the inner side of the ferrite core 83 is.
Wie in Figur 1 gezeigt, weist das System zur berührungslosen Energieübertragung einen Primärleiter 1 auf, der in einer Anlage langgestreckt am Boden verlegt ist, wobei ein Mobilteil an seiner Unterseite eine Sekundärwicklung aufweist, die induktiv an den Primärleiter 1 gekoppelt ist. Diese induktive Kopplung 2 ist beispielsweise schwach. Der Sekundärwicklung ist eine Kapazität C_k in Reihe zugeschaltet, die derart dimensioniert ist, dass die Resonanzfrequenz des aus der Sekundärwicklung und der Kapazität C_k gebildeten Resonanzkreises, insbesondere Schwingkreises, der Frequenz eines in den Primärleiter 1 von einer Stromquelle eingeprägten Wechselstroms gleicht. As shown in FIG. 1, the system for contactless energy transmission has a primary conductor 1, which is laid elongated on the floor in a facility, with a mobile part having a secondary winding on its underside, which is inductively coupled to the primary conductor 1. This inductive coupling 2 is weak, for example. A capacitance C_k is connected in series to the secondary winding, which is dimensioned in such a way that the resonant frequency of the resonant circuit formed by the secondary winding and the capacitance C_k, in particular the oscillating circuit, is equal to the frequency of an alternating current impressed on the primary conductor 1 by a power source.
Somit ist Energie ans Mobilteil mit hohem Wirkungsgrad übertragbar. Energy can thus be transferred to the handset with high efficiency.
Eine Last R_L, insbesondere ein Verbraucher, ist aus dem Resonanzkreis versorgbar. Die Last R_L weist beispielsweise einen Gleichrichter auf und einen daraus versorgten Wechselrichter, der einen Antriebsmotor des Mobilteils speist. Zusätzlich oder alternativ weist die Last R_L einen Energiespeicher auf, der aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters belastbar ist. A load R_L, in particular a consumer, can be supplied from the resonant circuit. The load R_L has, for example, a rectifier and an inverter supplied from it, which feeds a drive motor of the handset. Additionally or alternatively, the load R_L has an energy store that can be loaded from the connection of the rectifier on the DC voltage side.
Alternativ ist der Primärleiter 1 entlang einer Schiene verlegt, entlang derer sich ein Mobilteil mit einer Sekundärwicklung bewegt. Die Sekundärwicklung ist and en Primärleiter 1 wiederum induktiv gekoppelt. Alternatively, the primary conductor 1 is laid along a rail along which a handset with a secondary winding moves. The secondary winding is in turn coupled inductively to the primary conductor 1 .
In Figur 1 ist die induktive Kopplung 2 mit ihrer sekundärseitigen Streuinduktivität L_s als schematischer elektrischer Schaltplan dargestellt. FIG. 1 shows the inductive coupling 2 with its leakage inductance L_s on the secondary side as a schematic electrical circuit diagram.
Weiter alternativ ist der Primärleiter als Wicklung ausführbar, wobei das Mobilteil mit seiner Sekundärwicklung an diese Wicklung induktiv angekoppelt ist. As a further alternative, the primary conductor can be designed as a winding, with the mobile part being inductively coupled to this winding with its secondary winding.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist statt der in Reihe geschalteten Kapazität C_k eine der Sekundärwicklung parallel zugeschaltete Sekundärwicklung verwendbar. Somit sind geringere Spannungen aber höhere Ströme erreichbar. As shown in FIG. 2, a secondary winding connected in parallel with the secondary winding can be used instead of the capacitance C_k connected in series. This means that lower voltages but higher currents can be achieved.
Wie in Figur 3 gezeigt, ist die Sekundärwicklung 33 um ein Joch eines U-förmigen Ferritkerns 31 gewickelt, wobei das Joch mit zwei voneinander beabstandeten insbesondere zueinander parallel ausgerichteten Schenkeln verbunden ist. Im von der Sekundärwicklung 33 umwickelten Bereich des Jochs des Ferritkerns 31 ist eine Verengung 32 des Ferritkerns 31 vorhanden. Bei primärseitigem konstantem Strombetrag des in den Primärleiter 1 eingeprägten Wechselstroms, ist eine Strombegrenzung erreichbar. Denn bei Kurzschluss des 80 Resonanzkreises steigt zwar zunächst der Strom im Resonanzkreis an, jedoch kommt das Ferritmaterial dann im Bereich der Verengung 32 in Sättigung, wodurch sich die Induktivität ändert und der Resonanzkreis verstimmt wird. Durch diese selbsttätige Begrenzung erreicht der Strom nur einen zugehörigen Maximalwert. As shown in FIG. 3, the secondary winding 33 is wound around a yoke of a U-shaped ferrite core 31, the yoke being connected to two legs which are spaced apart from one another and are in particular aligned parallel to one another. In the area of the yoke of the ferrite core 31 around which the secondary winding 33 is wound, there is a constriction 32 of the ferrite core 31 . If the current magnitude of the alternating current impressed on the primary conductor 1 is constant on the primary side, current limitation can be achieved. Because if the resonant circuit is short-circuited, the current in the resonant circuit initially increases, but the ferrite material then becomes saturated in the area of the constriction 32, as a result of which the inductance changes and the resonant circuit is detuned. Due to this automatic limitation, the current only reaches an associated maximum value.
Im Normalbetrieb, wenn also keine Sättigung im Ferritkern 31 auftritt, wird der Bereich der Verengung 32 erwärmt, da hier höhere Verluste auftreten als im restlichen Ferritkern 31.In normal operation, i.e. when there is no saturation in the ferrite core 31, the area of the constriction 32 is heated, since higher losses occur here than in the rest of the ferrite core 31.
Die Wandstärke des Ferritkerns 31 , insbesondere des Jochs des Ferritkerns 31, ist im Bereich der Verengung 32 verringert. The wall thickness of the ferrite core 31, in particular of the yoke of the ferrite core 31, is reduced in the area of the constriction 32.
In Figur 3 sind die Schenkel des U-förmigen Ferritkerns 31 nicht bewickelt, sondern nur das Joch des U-förmigen Ferritkerns 31. In Figure 3, the legs of the U-shaped ferrite core 31 are not wound, only the yoke of the U-shaped ferrite core 31.
In Figur 4 ist die Verengung 32 am Ferritkern 31 in Schrägansicht dargestellt, um zu verdeutlichen, dass die Verengung aus beidseitig an dem Ferritkern 31 ausgeführten Vertiefungen gebildet ist, die länglich über die gesamte Breite, insbesondere also senkrecht zur Wickelrichtung, am Ferritkern 31 ausgeführt sind und/oder sich erstrecken. The constriction 32 on the ferrite core 31 is shown in an oblique view in FIG and/or extend.
Vorzugsweise sind die Vertiefungen einer rechteckigen Nut entsprechend ausgeführt. The indentations are preferably designed in accordance with a rectangular groove.
Wie in Figur 5 gezeigt, sind aber auch anstatt der Vertiefungen aneinander gereihte durch den Ferritkern durchgehende Ausnehmungen 52 verwendbar, wobei die Ausnehmungen 52 voneinander beabstandet sind und vorzugsweise in einer geraden Linie hintereinander mit jeweiligem Abstand angeordnet sind. As shown in FIG. 5, recesses 52 running through the ferrite core can also be used instead of the recesses, the recesses 52 being spaced apart from one another and preferably being arranged in a straight line one behind the other with a respective spacing.
In einer Weiterbildung ist der Abstand zwischen zwei jeweils nächstbenachbarten Ausnehmungen 52 mit zunehmendem Abstand von einem äußeren Rand, insbesondere im in Figur 3 gezeigten Schnitt, monoton abnehmend, insbesondere also kleiner werdend, ausgeführt. Somit sind die mittig im Joch angeordneten Ausnehmungen 52 zueinander enger aneinander angeordnet als die weiter außen angeordneten Ausnehmungen 52. Insbesondere ist dabei mit dem äußeren Rand immer der in der Schnittebene angeordnete äußere Rand gemeint, deren Normale parallel zu der Durchgangsrichtung der Ausnehmungen 52 ausgerichtet ist. In a further development, the distance between two respectively next-neighboring recesses 52 decreases monotonically with increasing distance from an outer edge, in particular in the section shown in FIG. Thus, the recesses 52 arranged centrally in the yoke are arranged closer to one another than the recesses 52 arranged further to the outside. In particular, the outer edge always means the outer edge arranged in the sectional plane, the normal of which is aligned parallel to the passage direction of the recesses 52 .
Weiter alternativ ist die Verengung auch durch Einlegen eines Zwischenteils 62 in einen Spalt des Ferritkerns 61 realisierbar, wie in Figur 6 gezeigt. As a further alternative, the constriction can also be implemented by inserting an intermediate part 62 into a gap in the ferrite core 61, as shown in FIG.
Dabei ist die Wandstärke des Zwischenteils 62 geringer als des restlichen Ferritkerns 61. Das Zwischenteil 62 ist ebenfalls aus Ferrit gefertigt. The wall thickness of the intermediate part 62 is less than the rest of the ferrite core 61. The intermediate part 62 is also made of ferrite.
Vorzugsweise ist das aus Ferritmaterial hergestellte Zwischenteil 62 zusätzlich an seiner Oberfläche mit einer Schicht beschichtet, deren spezifische Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Ferritmaterials. The intermediate part 62 made of ferrite material is preferably additionally coated on its surface with a layer whose specific thermal conductivity is lower than the specific thermal conductivity of the ferrite material.
Somit ist eine hohe Temperatur im Zwischenteil 62 erreichbar, während der an das Zwischenteil 62 angrenzende Ferritkern 62 thermisch möglichst wenig belastet wird. Wenn die Temperatur die Curie-Temperatur erreicht, sinkt die Induktivität der Sekundärwicklung stark ab und die Verstimmung des Resonanzkreises wird sehr groß und die sekundärseitige Induktivität wird sehr klein. Auf diese Weise wird ein Stromanstieg begrenzt, da weniger Strom durch die induktive Kopplung übertragen wird. A high temperature can thus be achieved in the intermediate part 62, while the ferrite core 62 adjoining the intermediate part 62 is thermally stressed as little as possible. When the temperature reaches the Curie temperature, the inductance of the secondary winding drops sharply, and the detuning of the resonant circuit becomes very large, and the secondary-side inductance becomes very small. In this way, current rise is limited since less current is transferred through the inductive coupling.
Vorteilhafterweise ist die Schicht zumindest in denjenigen Oberflächenbereichen des Zwischenteils 62 angeordnet, welche am Ferritkern 61 anliegen. The layer is advantageously arranged at least in those surface areas of the intermediate part 62 which are in contact with the ferrite core 61 .
Wie in Figur 7 dargestellt, ist die Verengung 72 vorteiligerweise innerhalb des mit der Sekundärwicklung 73 bewickelten Bereichs angeordnet. As shown in FIG. 7, the constriction 72 is advantageously located within the area where the secondary winding 73 is wound.
In Figur 7 ist hierzu der linke Schenkel des Ferritkerns 71 mit einer Sekundärwicklung 73 versehen, innerhalb derer die Verengung 72 angeordnet ist. For this purpose, in FIG. 7 the left leg of the ferrite core 71 is provided with a secondary winding 73, within which the constriction 72 is arranged.
Am rechten Schenkel des U-förmigen Übertragerkopfs ist die Verengung jedoch außerhalb des mit der Sekundärwicklung 73 bewickelten Bereichs angeordnet, insbesondere direkt angeschlossen ans Ende der Sekundärwicklung 73. Wie in Figur 8 gezeigt, ist statt der U-förmigen Ferritkern, insbesondere Spulenkern, bei einem erfindungsgemäßen System auch ein E-förmiger Ferritkern, insbesondere Spulenkern, verwendbar. On the right leg of the U-shaped pick-up, however, the constriction is arranged outside the area wound with the secondary winding 73, in particular directly connected to the end of the secondary winding 73. As shown in FIG. 8, instead of the U-shaped ferrite core, in particular a coil core, an E-shaped ferrite core, in particular a coil core, can also be used in a system according to the invention.
Der Primärleiter ist als langgestreckte geschlossenen Schleife in der Anlage verlegt, wobei ein Abschnitt des Primärleiters als Hinleiter fungiert und ein zum Hinleiter 80 parallel angeordneter Rückleiter 81 durch einen weiteren Bereich des Primärleiters gebildet ist. The primary conductor is laid in the system as an elongated, closed loop, with a section of the primary conductor acting as a forward conductor and a return conductor 81 arranged parallel to the forward conductor 80 being formed by a further region of the primary conductor.
Das Joch des E-förmigen Ferritkerns 83 weist einen Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel auf, wobei alle Schenkel zu der den Hinleiter 80 und den Rückleiter 81 aufnehmenden Ebene hervorragen. The yoke of the E-shaped ferrite core 83 has a central limb and two outer limbs, with all limbs protruding toward the plane receiving the forward conductor 80 and the return conductor 81 .
Die senkrechte Projektion der um den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns 83 gewickelten Sekundärwicklung in die Ebene umfasst einen Teil des Hinleiters 80 und einen Teil des Rückleiters 81 , insbesondere umfasst einen Teil der senkrechten Projektion des Hinleiters 80 in die Ebene und einen Teil der senkrechten Projektion des Rückleiters 81 in die Ebene. The in-plane vertical projection of the secondary winding wound around the center leg of the E-shaped ferrite core 83 includes part of the forward conductor 80 and part of the return conductor 81, specifically, it includes part of the in-plane perpendicular projection of the outgoing conductor 80 and part of the perpendicular projection of the return conductor 81 in the plane.
Die aus dem Ferritkern 83 mit der Sekundärwicklung 84 gebildete Spule ist jedoch stets beabstandet von der Ebene, insbesondere also von der den Hinleiter 80 und den Rückleiter aufnehmenden Ebene. However, the coil formed from the ferrite core 83 with the secondary winding 84 is always at a distance from the plane, ie in particular from the plane receiving the forward conductor 80 and the return conductor.
Die Verengung 82 ist entweder an der der Sekundärwicklung 84 zugewandten Seite des Ferritkerns 83 angeordnet oder an der von der Sekundärwicklung 84 abgewandten Seite des Ferritkerns. The constriction 82 is arranged either on the side of the ferrite core 83 facing the secondary winding 84 or on the side of the ferrite core facing away from the secondary winding 84 .
Die Verengung 85 ist in einer ersten Ausführung ähnlich zur Figur 4 als längliche Nut ausgeführt. Gleiches gilt für die Verengung 82. In a first embodiment, the constriction 85 is designed as an elongated groove, similar to FIG. The same applies to the constriction 82.
Alternativ ist aber die Verengung 85 und/oder 82 ähnlich zur Figur 5 als eine Reihe von durch den Ferritkern 83 durchgehenden Ausnehmungen 52 oder ähnlich zur Figur 6 als insbesondere mit einer Schicht beschichtetes Zwischenteil ausführbar. Die Verengung 82 und7oder die Verengung 85 ist entweder im Bereich der Wicklung 84 oder am inneren oder äußeren Endbereich der Wicklung 84 angeordnet. Alternatively, however, the constriction 85 and/or 82 can be embodied as a series of recesses 52 passing through the ferrite core 83, similar to FIG. 5, or as an intermediate part coated in particular with a layer, similar to FIG. The constriction 82 and 7 or the constriction 85 is located either in the region of the coil 84 or at the inner or outer end region of the coil 84.
Die Wicklung 84 ist als Ringwicklung und den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns 83 herum ausgeführt, insbesondere als einlagige Flachwicklung. The winding 84 is designed as a ring winding and the middle leg of the E-shaped ferrite core 83 around, in particular as a single-layer flat winding.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Ferritkern zumindest an denjenigen Oberflächenbereichen mit einer Schicht beschichtet, an welchen das Zwischenteil 62 am Ferritkern 61 anliegt. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der Schicht ist kleiner als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Ferritmaterials. In further exemplary embodiments according to the invention, the ferrite core is coated with a layer at least on those surface areas on which the intermediate part 62 rests on the ferrite core 61 . The specific thermal conductivity of the material of the layer is smaller than the specific thermal conductivity of the ferrite material.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind anstatt einer solchen Schicht auch Elemente, insbesondere Folien oder Teile, wie Plättchen, zwischen das Zwischenteil 62 und den Ferritkern 61 zwischenordenbar. Die Wandstärke des Elements wird möglichst klein gewählt, wobei aber der Wärmeübergangswiderstand vom Element zum Ferritkern 61 ausreichend hoch sein muss. In further exemplary embodiments according to the invention, instead of such a layer, elements, in particular foils or parts such as small plates, can also be arranged between the intermediate part 62 and the ferrite core 61 . The wall thickness of the element is chosen to be as small as possible, but the heat transfer resistance from the element to the ferrite core 61 must be sufficiently high.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt des vorgenannten jeweiligen Ferritkerns ein Spulenkern aus einem anderen ferromagnetischen Material eingesetzt. Dabei ist eine möglichst hohe spezifische magnetische Permeabilität vorteilhaft, um das System kompakt zu gestalten. In further exemplary embodiments according to the invention, a coil core made of a different ferromagnetic material is used instead of the aforementioned respective ferrite core. The highest possible specific magnetic permeability is advantageous in order to make the system compact.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Primärleiter 1 primary conductor
2 induktive Kopplung 2 inductive coupling
31 Ferritkern, aufweisend Joch und zwei Schenkel 31 ferrite core having yoke and two legs
32 Verengung, insbesondere Ausnehmung 32 constriction, in particular recess
33 Sekundärwicklung 33 secondary winding
51 Ferritkern 51 ferrite core
52 Ausnehmung 52 recess
61 Ferritkern 61 ferrite core
62 Zwischenteil 62 intermediate part
71 Ferritkern 71 ferrite core
72 Ausnehmung, insbesondere Verengung 72 recess, in particular constriction
73 Sekundärwicklung 73 secondary winding
80 als Hinleiter fungierender Bereich des Primärleiters 180 area of the primary conductor 1 acting as a forward conductor
81 als Rückleiter fungierender Bereich des Primärleiters 181 area of primary conductor 1 acting as a return conductor
82 Verengung 82 constriction
83 Ferritkern, insbesondere plattenartiger Ferritkern 83 ferrite core, especially plate-like ferrite core
84 Sekundärwicklung 84 secondary winding
L_S Streuinduktivität der Sekundärwicklung L_S Leakage inductance of the secondary winding
C_k Kapazität C_k capacity
R_L Last R_L load

Claims

Patentansprüche: Patent Claims:
1. Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule, die eine Sekundärwicklung und einen Spulenkern aufweist, insbesondere wobei die Sekundärspule an einem relativ zum Primärleiter bewegbar angeordneten Mobilteil angeordnet ist, insbesondere an der dem Primärleiter zugewandten Seite des Mobilteils, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern eine Verengung, insbesondere eine Verengungsstelle, aufweist, insbesondere wobei der Spulenkern im Bereich der Verengung eine höhere Flussdichte aufweist als in einem an die Verengung angrenzenden Bereich des Spulenkerns und/oder wobei der Spulenkern im Bereich der Verengung eine geringere Wandstärke aufweist als in einem an die Verengung angrenzenden Bereich des Spulenkerns. 1. System for the contactless transmission of energy from a primary conductor to a secondary coil, which has a secondary winding and a coil core, in particular wherein the secondary coil is arranged on a mobile part arranged to be movable relative to the primary conductor, in particular on the side of the mobile part facing the primary conductor, characterized in that the coil core has a constriction, in particular a constriction point, in particular wherein the coil core has a higher flux density in the area of the constriction than in an area of the coil core adjoining the constriction and/or wherein the coil core has a smaller wall thickness in the area of the constriction than in one area of the coil core adjacent to the constriction.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern, insbesondere Ferritkern, aus Ferrit gefertigt ist. 2. Plant according to claim 1, characterized in that the coil core, in particular ferrite core, is made of ferrite.
3. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung im Bereich der Sekundärwicklung und/oder im von der Sekundärwicklung umwickelten Bereich angeordnet ist und/oder dass die Verengung von der Sekundärwicklung umgeben und/oder umwickelt ist. 3. System according to one of the preceding claims, characterized in that the constriction is arranged in the area of the secondary winding and/or in the area around which the secondary winding is wound and/or that the constriction is surrounded and/or wrapped by the secondary winding.
4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung angrenzt an den Bereich der Sekundärwicklung und/oder an den von der Sekundärwicklung umwickelten Bereich und/oder dass die Verengung von der Sekundärwicklung nicht umgeben und/oder umwickelt ist. 4. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the constriction adjoins the area of the secondary winding and/or the area wrapped by the secondary winding and/or that the constriction is not surrounded and/or wrapped by the secondary winding.
5. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern U-förmig ist, insbesondere wobei der Primärleiter innerhalb des von dem Spulenkern umgebenen Raumbereichs angeordnet ist. - 17 - 5. Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the coil core is U-shaped, in particular wherein the primary conductor is arranged within the space surrounded by the coil core. - 17 -
6. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung eine in einer Ebene angeordnete Flachwicklung ist und dass die senkrechte Projektion der Verengung in diese Ebene - von der Sekundärwicklung umfasst ist und/oder von der senkrechten Projektion der Sekundärwicklung in die Ebene umfasst ist. 6. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary winding is a flat winding arranged in one plane and that the vertical projection of the constriction in this plane is encompassed by the secondary winding and/or by the vertical projection of the secondary winding in the plane is included.
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7. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern E-förmig ist, insbesondere wobei die Sekundärwicklung um einen Mittelschenkel des E-förmigen Spulenkerns herumgewickelt ist, insbesondere als Flachwicklung, wobei die Sekundärwicklung vom Primärleiter beabstandet ist, insbesondere wobei der Primärleiter als langgestreckt verlegte geschlossene Schleife in der Anlage verlegt ist, insbesondere wobei ein Abschnitt des Primärleiters als Hinleiter fungiert und ein zum Hinleiter parallel angeordneter Rückleiter durch einen weiteren Bereich des Primärleiters gebildet ist, insbesondere wobei das Joch des E-förmigen Spulenkerns einen Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel aufweist, wobei alle Schenkel zu der den Hinleiter und den Rückleiter aufnehmenden Ebene hin hervorragen, insbesondere wobei die senkrechte Projektion der um den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns gewickelten Sekundärwicklung in diese Ebene einen Teil des Hinleiters und einen Teil des Rückleiters umfasst und/oder einen Teil der senkrechten Projektion des Hinleiters in diese Ebene und einen Teil der senkrechten Projektion des Rückleiters in diese Ebene umfasst, insbesondere wobei der Spulenkern und die Sekundärwicklung jeweils von der Ebene beabstandet sind. - 19 - 7. System according to one of the preceding claims, characterized in that the coil core is E-shaped, in particular with the secondary winding being wound around a middle leg of the E-shaped coil core, in particular as a flat winding, with the secondary winding being spaced apart from the primary conductor, in particular with the The primary conductor is laid as an elongated, closed loop in the system, in particular with a section of the primary conductor acting as a forward conductor and a return conductor arranged parallel to the forward conductor being formed by a further area of the primary conductor, in particular with the yoke of the E-shaped coil core having a middle leg and two has outer legs, all of the legs protruding towards the plane receiving the forward conductor and the return conductor, in particular wherein the perpendicular projection of the secondary winding wound around the middle leg of the E-shaped ferrite core in this plane includes a part of the forward conductor and a Part of the return conductor comprises and/or comprises part of the perpendicular projection of the outgoing conductor in this plane and part of the perpendicular projection of the return conductor in this plane, in particular wherein the coil core and the secondary winding are each spaced from the plane. - 19 -
8. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung eine einseitig oder beidseitig am Spulenkern ausgeführte längliche Vertiefung und/oder Nut aufweist, insbesondere wobei die Vertiefung oder Nut sich senkrecht zum Magnetfluss und/oder zur magnetischen Flussdichte erstreckt, insbesondere über die gesamte Breite des Spulenkerns. 8. System according to one of the preceding claims, characterized in that the constriction has an elongate indentation and/or groove formed on one side or both sides of the coil core, in particular the indentation or groove extending perpendicular to the magnetic flux and/or to the magnetic flux density, in particular across the entire width of the coil core.
9. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung als eine oder mehrere durch den Spulenkern durchgehende Ausnehmungen realisiert ist und/oder die Verengung eine oder mehrere durch den Spulenkern durchgehende Ausnehmungen aufweist, insbesondere wobei die Ausnehmungen voneinander beabstandet sind und/oder in einer geraden Reihe hintereinander angeordnet sind. 9. System according to one of the preceding claims, characterized in that the constriction is implemented as one or more recesses running through the coil core and/or the constriction has one or more recesses running through the coil core, in particular the recesses being spaced apart from one another and/or or arranged in a straight line one behind the other.
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10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei jeweils zueinander nächstbenachbarten Ausnehmungen mit zunehmendem Abstand von einem äußeren Rand des Spulenkerns monoton abnehmend, ist, insbesondere so, dass mittig im spulenkern, insbesondere Joch, angeordnete, zueinander nächstbenachbarte Ausnehmungen zueinander enger aneinander angeordnet sind als weiter außen angeordneten Ausnehmungen, insbesondere der äußere Rand der in derjenigen Schnittebene angeordnete äußere Rand ist, deren Normale parallel zu der Durchgangsrichtung der Ausnehmungen ausgerichtet ist. 10. System according to claim 9, characterized in that the distance between two recesses which are in each case closest to one another decreases monotonically with increasing distance from an outer edge of the coil core, in particular such that recesses which are arranged in the center of the coil core, in particular the yoke, are nearest to one another are arranged closer together than recesses arranged further to the outside, in particular the outer edge is the outer edge arranged in that section plane whose normal is aligned parallel to the passage direction of the recesses.
11. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung ein in einem durchgehenden Luftspalt des Spulenkerns angeordnetes11. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the constriction is arranged in a continuous air gap of the coil core
Zwischenteil aufweist, insbesondere wobei das Zwischenteil eine geringere Wandstärke als der an das Zwischenteil angrenzende Bereich des Spulenkerns aufweist, insbesondere wobei das Zwischenteil aus Ferrit gefertigt ist. Has an intermediate part, in particular wherein the intermediate part has a smaller wall thickness than the region of the coil core adjacent to the intermediate part, in particular wherein the intermediate part is made of ferrite.
12. Anlage nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern und/oder das Zwischenteil zumindest an Oberflächenbereichen, an denen der Spulenkern am Zwischenteil anliegt mit einer Schicht beschichtet ist, wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der Schicht kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Spulenkerns. - 21 - 12. System according to claim 11, characterized in that the coil core and/or the intermediate part is/are coated with a layer at least in the surface areas on which the coil core rests on the intermediate part, the specific thermal conductivity of the material of the layer being lower than the specific thermal conductivity of the material of the coil core. - 21 -
13. Anlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spulenkern und dem Zwischenteil zumindest ein Element angeordnet ist wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Elements kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Spulenkerns, insbesondere wobei das Element eine Folie oder ein anderes Teil, wie Plättchen, ist. 13. Plant according to Claim 11 or 12, characterized in that at least one element is arranged between the coil core and the intermediate part, the specific thermal conductivity of the material of the element being lower than the specific thermal conductivity of the material of the coil core, in particular the element being a foil or another part, like platelets, is.
14. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil als Zylinder ausgeführt ist und der Luftspalt des Spulenkerns von ebenen Flächen des Spulenkerns begrenzt ist, insbesondere so dass zwischen Spulenkern und Zwischenteil beziehungsweise Element nur eine Linienberührung auftritt. 14. System according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate part is designed as a cylinder and the air gap of the coil core is delimited by flat surfaces of the coil core, in particular so that there is only linear contact between the coil core and the intermediate part or element.
15. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwicklung eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die Resonanzfrequenz des so gebildeten Resonanzkreises, insbesondere Schwingkreises, der Frequenz des von einer Stromquelle, insbesondere Einspeisegerät, der Anlage in den Primärleiter eingeprägten Wechselstromes gleicht. 15. System according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary winding is connected in series or in parallel with such a capacitance that the resonant frequency of the resonant circuit formed in this way, in particular the oscillating circuit, corresponds to the frequency of the system supplied by a power source, in particular a feed device, in the Primary conductor equals impressed alternating current.
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