CN102341871B - 用于感应式能量供给的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有车辆的设备，包括一次级绕组，该次级绕组用于由安设在所述设备中的初级导体系统为所述车辆感应式地供给能量，其中次级绕组包括线圈芯，该线圈芯具有至少一个主支腿(1)，其中次级绕组由第一绕组(w_3，w_4)和第二绕组(w_1，w_2)组成，这些绕组分别包围主支腿，以及其中第二绕组由两个具有反向的卷绕方向的部分绕组(w_1，w_2)组成。

Description

用于感应式能量供给的设备
技术领域
本发明涉及一种用于感应式能量供给的设备。
背景技术
能感应地供给能量的车辆是众所周知的。在此，车辆沿初级导体移动并且由该初级导体通过次级绕组供给能量。
发明内容
因此本发明的目的是：对一种具有车辆的设备加以改进，其中希望能够解决在运输任务中复杂性大的问题。
对于具有车辆的设备，本发明的重要的特征在于：分别包括一次级绕组，该次级绕组用于由安设在所述设备中的初级导体系统为所述车辆感应式地供给能量，
其中，所述次级绕组包括线圈芯，所述线圈芯具有至少一个主支腿，
其中，所述次级绕组包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组分别由分别包围所述主支腿的线匝组成，
其中，所述第一绕组设计成，
-所述线匝串联，和
-特别是对于所述第一绕组的各线匝，如果在所述主支腿中由各线匝包围的磁通始终具有相同的方向，则出现在所述绕组上的感生电压相当于在所有线匝上感生出的单独电压的总和，
其中，所述第二绕组设计成
-所述第二绕组包括第一种线匝、即第一部分绕组和第二种线匝、即第二部分绕组，
-所有的线匝串联，和
-特别是对于所述第二绕组的各线匝，如果在所述主支腿中由各线匝包围的磁通始终具有相同的方向，则出现在所述第二绕组上的感生电压相当于所有在所述第一种线匝上感生出的单独电压的总电压与所有在所述第二种线匝上感生出的单独电压的总电压之间的差。
其优点是，不仅能在车辆的线性（linienhaft）运动中实现来自初级导体系统的感应式供给，而且能在平面运动中、也就是说能在偏离沿初级导体路线的方向控制的运动中实现来自初级导体系统的感应式供给。如果并行地安设多个初级导体，则在不使能量供给全部损失的情况下实现从一个（初级导体）到相邻（的初级导体）的转换。特别地，相邻的初级导体能以相反的（电）流方向被供电，因此能实现通过第一绕组或通过第二绕组供给能量。
因为在从第一初级导体到相邻的初级导体的过渡中，（磁）通量（Fluss）暂时地穿透主支腿的位于次级绕组的第二绕组的部分绕组之间的区域。随后，虽然主支腿中的通量在其整个伸展尺寸上观察不再是相同的、因此也不能在第一绕组上感生出电压，但能在第二绕组上感生出电压，这是因为该第二绕组由两个具有反向的卷绕方向的部分绕组组成、因此仍能感生出电压。
两个绕组、也就是说第一绕组和第二绕组的输出部可分别输入一整流器，并且其输出部可并联。以这种方式，在车辆从第一（初级导体）的区域向相邻的初级导体过渡时能提供持久存在的、仅仅轻微波动的直流电压。
通过借助接入的、与馈入初级导体中的交流电相协调的电容对次级绕组的电感的补偿，在次级绕组与最接近的初级导体之间的距离变化的情况下也能实现很高的效率。
在一个有利的设计方案中，线圈芯具有朝向地面的中间支腿。其优点是，来自于安设在地面中的初级导体系统的通量被聚集、因此能减少磁阻，也就是说能改进感应耦合、进而改进效率。
在一个有利的设计方案中，第二绕组的第一部分绕组和第二部分绕组——特别是沿所述主支腿的方向——彼此间隔开。其优点是，磁通在间隔区域中从地面进入主支腿中并且部分向右、部分向左地在主支腿中传输，因而在主支腿中形成方向不同的通量，尽管如此仍在两个部分绕组的串联电路上形成感生电压。
在一个有利的设计方案中，在第二绕组的第一部分绕组和第二部分绕组之间设有一中间支腿、特别是一指向地面方向的中间支腿。其优点是，通量被集中、进而改进了效率。
在一个有利的设计方案中，在主支腿的端部上设有侧支腿，所述侧支腿特别是设置成使得线圈芯是“E”字形的、“C”字形的或“U”字形的，其中开放的一侧朝向地面。其优点是，能进一步改善通量引导。
在一个有利的设计方案中，第一绕组设计为由两个或多个部分绕组组成。其优点是，部分绕组能布置在中间支腿前方和后方。
在一个有利的设计方案中，第二绕组的第一部分绕组和/或第二部分绕组又分别由两个或多个子绕组组成。其优点是，能实现分别的补偿、由此能降低在绕组中出现的尖峰电压，也就是说能减小在部分绕组和绕组之间的绝缘距离。
在一个有利的设计方案中，第二绕组的第一部分绕组和第二部分绕组设计为同样大，特别是具有相同数量的线匝。其优点是，可在规定的线匝数量下在绕组上感生出最大电压。
在一个有利的设计方案中，次级绕组补偿地设有电容，也就是说并联或串联地设有电容，使得所属的谐振频率基本上相当于在初级导体中馈入的交流电的频率。其优点是，在初级导体和次级绕组之间的距离波动时也能实现很高的效率。
在一个有利的设计方案中，部分绕组分别单个地补偿。其优点是，在次级绕组内和次级绕组上的最高电压能保持很小。
在一个有利的设计方案中，车辆基本上沿所述初级导体系统的所述初级导体运动，特别是相对于其方向呈一小于50°的角。其优点是，在第一绕组和/或第二绕组中始终感生出足够的电压，特别是不少于最大可感生电压的最小分量。以这种方式能在平面行驶中实现不中断的能量供给。
在一个有利的设计方案中，车辆具有蓄能器，从而也能暂时地实施车辆的独立于所述初级导体系统的运动。其优点是，初级导体系统不必覆盖地面的整个区域，而是仅需覆盖一部分。例如在主行驶区域中利用初级导体系统占据一定的地面面积便足够了，其中在较少行驶的区域中或者在离开该主行驶区域的短程区域中，不在地面中设置初级导体系统。
在一个有利的设计方案中，车辆具有位置测量系统，所述位置测量系统的信号被输送给所述车辆的控制电子装置，所述控制电子装置又控制车辆的驱动装置，特别是其中这样确定轨迹/路线，即考虑到在其中安设有所述初级导体系统的区域，特别是用于以能量优化的方式实施所述设备内的运输。其优点是，能够以能选择出能量优化的路线的方式控制车辆的轨迹。特别地，在利用初级导体供给能量的区域中能确保高的行驶功率，而在其它区域中仅能确保低的行驶功率。
在一个有利的设计方案中，车辆具有与所述设备的中央计算机进行数据交换的连接装置。其优点是，能在中央确定路线或者能在中央规定路线。可替代地，车辆确定其路线并且报告其位置、速度和预测的或规定的路线数据，由此中央计算机将初级导体系统中的电流值限定为一在进入到由初级导体进行供给的区域后满足车辆需求的值。
在一个有利的设计方案中，车辆具有与所述初级导体系统共同作用的方向控制系统和防碰撞系统。其优点是，也能实施方向受控的运动，也就是说能识别出作为初级导体安设的线性导体用以为车辆定向。因此能实现根据需要控制方向的行驶。此外也允许偏离方向控制的区域，此外必须以其它方式控制轨迹，例如通过位置测量系统或跟踪系统。借助方向控制能非常准确地通过两个线性安设的初级导体或准确地在这两个初级导体之间引导车辆，由此能实现均匀的能量供给，也就是说避免如在两个初级导体之间进行过渡时的波动。
地面也理解为顶面（Dachboden），也就是说将初级导体系统布置在车辆的运动区域的上方。初级导体系统也可以悬挂设置，也就不必浇注/填注（vergossen）设置。
附图标记表
1  主支腿
2  侧支腿
3  中间支腿
4  地面
5  初级导体
w_1部分绕组
w_2部分绕组
w_3部分绕组
w_4部分绕组
附图说明
现在根据附图详细说明本发明：
在图1中示意性地在横截面中示出了根据本发明的第一实施例。在此，在相对于在地面4中并行安设的纵向长形延伸的初级导体的第一位置中示出能在地面4上运动地布置的设备，其具有中间支腿3。
在图2中，在另一位置中示出根据图1的可动布置的部分。
在图3中示意性地在横截面中示出了根据本发明的第二实施例。在此，在相对于在地面4中并行安设的纵向延伸的初级导体的第一位置中示出了能在地面4上运动地布置的设备，其不具有中间支腿3。
在图4中，在另一位置中示出根据图3的可动布置的部分。
在图5中示出了用于次级侧的示例性的电路图。
具体实施方式
在地面中设有多个纵向延伸地安设的初级导体。这一点例如能通过在地面中曲折形地安设初级导体电缆而简单地实现。初级导体结构也可以例如弓形地或其它形式地匹配于周围环境。在图1至4中对此示出了一横截面，其中初级导体彼此之间的距离基本上保持恒定。在相邻安设的初级导体中（电）流方向相反。这在所述的曲折形地安设电缆的情况下可以说是自动地实现。
在地面上设有可动布置的车辆，该车辆具有可动布置的部分。
可动布置的部分根据图1和2包括次级绕组的多件式设置的线圈芯，该线圈芯包括主支腿1，在该主支腿的外侧上设有朝向地面的侧支腿2并且大致居中地设有朝向地面的中间支腿3。线圈芯的原理性的横截面根据拓扑相当于一“E”字。
替代地也可以实施根据图3和4的线圈芯，其中没有中间支腿3，因此线圈芯的原理性的横截面根据拓扑相当于一“U”字。类似地也能应用“C”形的横截面，其中“C”和“U”在本发明的范畴中视为根据拓扑是等效的。
初级导体5在地面4中插入和/或浇注在凹槽中。
在改进方案中，实施例的线圈芯也能一体地设计。
次级绕组总共包括第一绕组和第二绕组，其中至少第二绕组由至少两个部分绕组组成。
线圈芯在初级导体的方向上的伸展尺寸，也就是说垂直于根据图1至4的绘图平面的伸展尺寸，决定了所能传输的功率并基本上决定了效率。证明有利的是，使线圈芯从远处看起来呈板形的延伸尺寸大小。侧支腿2和/或中间支腿3的在朝向地面4的方向上的伸展尺寸也就选择成比线圈芯在初级导体方向上的伸展尺寸小得多。
部分绕组设计成，使得它们包围通过主支腿引导的通量。在此设有包括部分绕组w_3和w_4的第一绕组以及包括部分绕组w_1和w_2的第二绕组。
第一绕组设置在内部，也就是说接近设置在中间支腿上，其中部分绕组w_3设置在中间支腿前方，而部分绕组w_4设置在中间支腿后方。
如果在主支腿中出现也可称为同向（gleichlaufend）均匀磁通，如图1所示，则其改变在部分绕组w_1和w_2上感生出电压。在此，该部分绕组w_1和w_2串联成第一绕组。因此也在串联电路上感生出电压。而如果根据图2在主支腿中出现不均匀的磁通，则在部分绕组w_1和w_2的串联电路上感生出不明显的电压。在此，在中间支腿的区域中的通量的主要部分进入主支腿中或从那里离开。
在第一绕组周围，第二绕组设置在主支腿上，该第二绕组在根据图2的不均匀的磁场的情况下具有一感生电压，这是因为两个部分绕组w_3和w_4反向地卷绕并且相应地彼此串联。
在本发明中重要的是，设有第一和第二绕组，其中第一绕组具有相同的卷绕方向，而第二绕组由两个串联的部分绕组（w_3，w_4）组成，它们具有反向的卷绕方向。在此，两个部分绕组（w_3，w_4）在主支腿1的方向上彼此间隔开。以这种方式，如果在主支腿的由各自的部分绕组围绕的区域中的通量方向相应不同地、特别是相反地定向，也就能在部分绕组（w_3，w_4）的串联电路上感生出电压。
优选地，第一绕组在主支腿方向上、也就是说在横向于初级导体、但平行于地面或平行于由初级导体展成的平面的方向上，布置在第二绕组的部分绕组之间。
但第一绕组也可以沿主支腿移动地设置。优选地，该第一绕组包围主支腿、因此包围其中的磁通量。
在其它的根据本发明的实施方式中，取代第二绕组的两个部分绕组设有更多的部分绕组和/或将第一绕组设计成具有多个部分绕组。
在根据图3和图4的本发明实施例中，不设有中间支腿。在这种实施方式中仍然是，当在主支腿中存在基本上均匀的、也就是说相同取向的通量时，特别是在第一绕组中感生出电压，而当在主支腿中存在不均匀的、也就是说在主支腿的由第二绕组的部分绕组围绕的区域中存在不同的通量方向时，特别是在第二绕组中感生出电压。
以所述的方式，如果车辆在平面内运动并且例如从在其中跟随第一安设的初级导体的第一轨迹转换到在其中跟随第二安设的初级导体的第二轨迹，则次级绕组也就提供感生电压。
车辆也就能以感应方式从初级导体系统中被供给能量，其中车辆在其运动中不限于跟随一个唯一的初级导体，也就是说仅仅进行一个一维的运动，便能保持对车辆的供电。
馈电装置将中频交流电馈入初级导体系统中。
频率在此处于10kHz和500kHz之间。初级导体系统设计为相应的导体线路。
也可以同时对多个车辆供给能量。每个车辆为此包括一次级绕组，只要车辆停留在初级导体系统的安设区域中，则该次级绕组就感应地耦合在初级导体系统上。车辆包括用电设备，例如车辆驱动装置，其由次级绕组供给能量。此外也能设置蓄能器、如电池或具有反馈能力的变频电机（umrichtermotor）驱动装置的提升机构，用以中间存储和/或缓冲能量。
为次级绕组这样地串联或并联一电容，使得所属的谐振频率基本上相当于馈入初级导体系统中的电流的中频。
馈电装置包括变换器，该变换器的输入侧是一单极电压、特别是中间电路/（变压器）级间耦合电路的电压，其可借助于整流而由供电网络、优选是三相电压网络供给。变换器能以脉宽调制的方式运行并且在输出侧提供优选是正弦形的电压源，该电压源馈送电压-电流变换的四端网络（Vierpol）、特别是回转器，其由此在输出侧具有电流源式的特性。
直接地或替代地经由变压器地，由该四端网络对设计为导体线路的初级导体电路供给能量，其中通过给初级导体电路的线路电感（Streckeninduktivitaet）并联或串联相应的电容，使该初级导体电路同样与所述中频相协调。
四端网络、特别是回转器具有这样的电感和电容，使得所属的谐振频率基本上相当于所述中频。
借助于对变换器的输出侧上产生的正弦电压的幅值的控制，能实现对于为初级导体电路供电的电流源的幅值的调整。
馈电装置分别包括一控制电子装置用以产生变换器的脉宽调制的控制信号。此外，控制电子装置包括用于与上一级的控制装置进行数据交换的装置，该控制装置特别是设计为现场总线用户。
在图5中示出，第一绕组和第二绕组分别单独地被补偿，也就是说与各自的电容串联。在此，电容被确定成，使得所属的谐振频率基本上相当于被馈入初级导体中的交流电的频率。优选地，在此规定在10kHz到500kHz之间的频率。对初级导体馈电的装置、也就是说馈电装置具有能被控制的电压源，该电压源包括以脉宽调制方式运行的变换器，在该变换器下游连接有回转器，即电压-电流-变换器。这样初级导体系统基本上是一电流源。由该回转器、作为初级导体系统对导体线路馈电，其设置为接通一同样与谐振频率相协调的电容。在此，导体线路曲折形地安设在地面中，特别是浇注地设置在地面中。

Claims (19)

1.一种用于感应式能量供给的设备，所述设备包括车辆并且分别包括一次级绕组，该次级绕组用于由安设在所述设备中的初级导体系统为所述车辆感应式地供给能量，其特征在于，
所述次级绕组包括线圈芯，所述线圈芯至少具有一主支腿，
其中，所述次级绕组包括第一绕组和第二绕组，所述第一绕组和第二绕组分别由分别包围所述主支腿的线匝组成，
其中，所述第一绕组设计成
-所述线匝串联，和
-对于所述第一绕组的各线匝，如果在所述主支腿中由各线匝包围的磁通始终具有相同的方向，则出现在所述绕组上的感生电压相当于在所有线匝上感生出的单独电压的总和，
其中，所述第二绕组设计成
-所述第二绕组包括第一种线匝、即第一部分绕组和第二种线匝、即第二部分绕组，
-所有的线匝串联，和
-对于所述第二绕组的各线匝，如果在所述主支腿中由各线匝包围的磁通始终具有相同的方向，则出现在所述第二绕组上的感生电压相当于所有在所述第一种线匝上感生出的单独电压的总电压与所有在所述第二种线匝上感生出的单独电压的总电压之间的差。
2.根据权利要求1所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述线圈芯具有朝向地面的中间支腿。
3.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述第二绕组的所述第一部分绕组和第二部分绕组沿所述主支腿的方向彼此间隔开。
4.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，在所述第二绕组的所述第一部分绕组和第二部分绕组之间设有一中间支腿。
5.根据权利要求4所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述中间支腿是一指向地面方向的中间支腿。
6.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，在所述主支腿的端部上设有侧支腿。
7.根据权利要求6所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述侧支腿设置成使得所述线圈芯是“E”字形的、“C”字形的或“U”字形的，其中开口的一侧朝向地面。
8.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述第一绕组设计为包括两个或更多个部分绕组。
9.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述第二绕组的所述第一部分绕组和/或第二部分绕组又分别包括两个或多个子绕组。
10.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述第二绕组的所述第一部分绕组和第二部分绕组设计为具有相同数量的线匝。
11.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述次级绕组并联或串联地设有电容，使得次级绕组的谐振频率基本上相当于在初级导体中馈入的交流电的频率。
12.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述部分绕组分别被单个地并联或串联地设有电容。
13.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述车辆基本上沿所述初级导体系统的所述初级导体运动。
14.根据权利要求13所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述车辆相对于所述初级导体的方向呈一小于50°的角地运动。
15.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述车辆具有蓄能器，从而也能暂时地实施所述车辆的独立于所述初级导体系统的运动。
16.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述车辆具有位置测量系统，所述位置测量系统的信号被输送给所述车辆的控制电子装置，所述控制电子装置又控制车辆的驱动装置。
17.根据权利要求16所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，在为了以能量优化的方式实施所述设备内的运输而考虑在其中安设有所述初级导体系统的区域的情况下确定轨迹。
18.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述车辆具有与所述设备的中央计算机进行数据交换的连接装置。
19.根据权利要求1或2所述的用于感应式能量供给的设备，其特征在于，所述车辆具有与所述初级导体系统共同作用的方向控制系统和防碰撞系统。
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