CN102783045A - 用于无接触地传递能量的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于无接触地传递能量的装置，其中可由交流电源对一初级导体供电，该初级导体包括馈出导体和返回导体，它们分别以其第一端部连接在交流电源的对应电位上并且以其各自的另一端部相互连接，其中设有至少一可沿着初级导体移动的小车，在小车上设有用于数据传递的器件。不仅馈出导体而且返回导体分别由相互电绝缘的多根单一-绞合线组成，用于数据传递的器件包括第一耦联部件，它这样感应地耦联在馈出导体的绞合线上，使信号电压可以耦入到馈出导体的绞合线中和/或从其耦出。用于数据传递的器件包括第二耦联部件，它这样感应地耦联在返回导体的绞合线上，使信号电压可以耦入到返回导体的绞合线中和/或从其耦出。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无接触地传递能量的装置。
背景技术
由DE 10 2007 059 046 A1已知一种用于无接触地传递能量的装置，在该装置中用于传递数据的信号电流电容地耦入或耦出（ausgekoppelt）。
由DE 10 2007 051 917 A1已知一种线性驱动装置，在该装置中在纵向延伸的初级导体上可活动地设置执行件。
由DE 44 46 779 A1也已知一种用于无接触地传递能量的装置。
在2010年6月后公开的DE 10 2008 059 091中描述了一种通过中频供电的初级导体的电容的和感应的数据传递。
发明内容
本发明的目的是，改进一用于无接触地传递能量的装置，使其尽可能简单且成本有利地进行无接触数据传递。
按照本发明这个目的在用于无接触地传递能量的装置中按照在权利要求1中给出的特征实现。
关于本发明装置的重要特征是，该装置用于无接触地传递能量，
其中该初级导体包括馈出导体和返回导体，所述馈出导体和返回导体分别以其第一端部连接到交流电源的相应电位上并且以其各自的另一端部相互连接，
其中设有至少一可沿着初级导体移动的小车，
其中在该小车上设有用于数据传递的器件，
其中不仅馈出导体而且返回导体分别由相互电绝缘的多根单一绞合线（Einzel-Litzendraehten）组成，
其中用于数据传递的器件包括第一耦联部件，它这样感应地耦联在馈出导体的绞合线上，使信号电压可以耦入到馈出导体的绞合线中和/或从其耦出，
其中用于数据传递的器件包括第二耦联部件，它这样感应地耦联到返回导体的绞合线，使信号电压可以耦入到返回导体的绞合线中和/或从其耦出。
在此有利的是，为了数据传递尽管使用独立的耦联器件，但是它们可以非常成本有利且简单地制成。尤其为了数据传递使用用于能量传递以及现有的、以至少10kHz的交流电加载的初级导体。因此对于数据传递无需附加的导线，而是能够使信号成本有利且简单地耦入到初级导体中并继续传递。初级导体的主要特性是其高频绞合线结构。按照本发明已经认识到，信号电压电容式地或者感应式地耦入到可以由大量单根且相互绝缘的绞合线构成的编织物上。在使用相互间不电绝缘的绞合线时完全不能进行这个数据传递或者至少只在非常高的频率下才可严重受限地进行数据传递。在这里电绝缘指的是对于直流电压非常有效的绝缘。已经公知，在非常高的频率时绝缘能力降低。
在一有利的扩展结构中，所述小车通过馈出导体交换数据，由此形成第一数据通道，
其中所述小车通过返回导体交换数据，由此形成第二数据通道，
其中第一和第二数据通道是相互独立的。有利的是，可以实现高的数据传递率和/或冗余的数据传递。
在一有利的扩展结构中，所述绞合线分别在其外周上配有电绝缘层。在此有利的是，利用电容式的耦入可以产生一局部在不同的绞合线之间不同的电位。如果绞合线处于导电接触中，则它们基本总是在相同的电位上。但是利用电绝缘可以实现，达到不同的电位并由此可以耦入在绞合线之间存在的信号电压。这样信号电压便被传向初级导体并且可以相应的方式利用相应的耦联表面检测出。因为按照本发明以优选10kHz以上的交流电压和交流电流工作，局部变化的绞合线电位按照麦克斯韦方程对应于交流电流，因此在本说明书中基本不仔细区分感生的电流与从属于该电流的电场。
还要注意，所述用于信号传递的电流或电压只是附加于传递功率必需分量的一分量/部分。在此尤其要考虑所使用的绝缘层相对于产生的总电压的耐击穿性。
在一有利的扩展结构中，上述耦联部件包括一绕组，其中从属的磁场在初级导体的区域中是非均匀的。在此有利的是，可以达到特别好的信噪比，因为耦入的电流分量和/或电压分量在不同的绞合线中的值差非常大。
在一有利的扩展结构中，所述耦联部件包括一绕组，其中由绕组产生的磁场主要部分从耦联部件引出到初级导体，尤其在垂直于初级导体方向的方向上。在此有利的是，可以简单的方式实现感应地耦入。
在一有利的扩展结构中，所述绕组围绕铁氧体铁心的一个侧腿，尤其围绕E形铁氧体铁心的中间侧腿，尤其其中所述侧腿位于一平面中，其法线方向垂直于初级导体的方向。在此有利的是，可以实现对称的布置并由此可以达到高效率，尤其是相对于包含初级导体中心的对称平面对称的布置，其中优先直线地铺设初级导体。在非直线铺设初级导体时上述情况至少在由耦联部件覆盖的初级导体延伸区域中也是适用的。
在一有利的扩展结构中，一静止设置的用于数据传递的器件同样包括一相应的耦联部件，尤其其中在一个或多个小车以及静止设置的器件之间进行数据传递。在此有利的是，在两个相对于初级导体运动的车辆之间和/或在一相对于初级导体运动的车辆与一相对于初级导体静止设置的装置之间实现按照本发明的无接触的数据传递。
在一有利的扩展结构中，在小车上设有一与初级导体感应耦联的次级绕组，用于给位于小车上或者与小车连接的或电或磁耦联的耗电器供电。在此有利的是，所述小车可具有例如电驱动装置，通过它使这个小车、即车辆和/或位于小车上的负荷运动。此外一静止设置的单元也由小车例如感应地供电，其中由此使小车在达到适合的位置时实现这种另一无接触地能量传递。
在一有利的扩展结构中，施加交流电流到初级导体中，尤其是具有10kHz至500kHz的频率的交流电流，和尤其是超过1安培或者甚至10安培的交流电流。在此有利的是，可以传递在千瓦范围内的高功率，而只出现微小的损失。
在一有利的扩展结构中，次级线圈这样串联或并联地连接一电容，使相应的谐振频率基本对应于馈入到初级导体中的交流电流的频率。在此有利的是，即使在变化的和/或不良的耦联度下也可以达到特别高的效率。
由从属权利要求给出其它优点。
附图说明
现在借助于附图详细解释本发明：
在图1中以截面图而在图2中以从属的侧视图示出按照本发明的具有电容式耦联的装置。
在图3中以截面图而在图4中以从属的侧视图示出另一按照本发明的具有电容式耦联的装置。
在图5中以截面图而在图6中以从属的侧视图示出按照本发明的具有感应式耦联的装置。
具体实施方式
在图1和图2中示出初级导体1，它纵向延伸地构成并且在其中馈入最好具有10kHz至500kHz的频率的交流电流。
沿着这个铺设在设备中的初级导体1可活动地设置一小车，它包括一感应耦联到初级导体1的次级线圈，与该次级线圈并联或串联有一电容，使相应的谐振频率基本对应于在初级导体中馈入的交流电流的频率。在此交流电流的强度可以持续地超过1安培或者甚至10安培。
在这个沿着初级导体1可移动的小车上还设有用于传递数据的器件。它们至少包括在图1和2中所示的耦联表面2。耦联表面由矩形的金属板构成，其法线方向相互垂直且垂直于初级导体方向。
代替矩形金属板也可以使用正方形或圆形的金属板。
在两个金属板上分别施加高频交流电压源的电位，并因此在设计为高频-绞合线的初级导体1区域内起到极化作用。在此初级导体因此由多根相互间分别电绝缘绞合线组成。
在图2中示出另外的类似结构的耦联表面3，它们与电压检测器件连接，由此也检测施加在金属板之间的电压。耦联表面3或者设置在另一可移动的小车上或者静止地设置。
以所示方式因此能够实现在与耦联表面2连接的系统和与耦联表面3连接的系统之间的数据传递。
同样附加地在耦联表面2上连接一电压检测器件，并且在耦联表面3上可以连接一高频的交流电压源，然后以这种方式能够实现双向数据传递。
对于数据传递可以利用不同的频带，最好在10MHz以上至10GHz。
在图3和4中示出与图1和2类似构成的装置，但是其中平面的金属板2的法线方向相互平行地取向。
在图5中示出感应地耦入数据，代替在图1和3中所示的电容式耦入。
为此使用一E形铁氧体铁心50，其E形的中心侧腿比E形的两个外部侧腿要窄。
围绕中心侧腿设有一耦入绕组，其中从铁氧体铁心50引出的磁场线基本对准初级导体的中心引出。中心侧腿尤其垂直于初级导体方向定向。
通过初级导体延伸的交变磁场线感应出电场，由此又可以产生相应的极化。在此重要的是，在初级导体的区域中设有一非常不均匀的磁场，即磁场强度在至少一方向上急剧下降。
在围绕中心侧腿的绕组上代替按照图1至4的电压源和电压检测器件优选设有一电流源和电流检测器件。
在按照图4的装置中也仍然可以在两个可移动的小车或者一个小车与静止的单元之间执行双向数据传递。在此第二铁氧体铁心以附图标记51表示。
在此E形的几何尺寸取决于初级导体1的直径和E形中心侧腿的端部区域与初级导体1的距离。
在其它按照本发明的实施例中代替E形也可以选择相应的其它几何形状。在此重要的是，在初级导体的横截面内部可以产生上述的非均匀磁场。
在图7中简示出具有按照本发明装置的整个设备。在此交流电流源50具有用于馈出导体（它构成初级导体1）的第一接头a1，和用于返回导体（它构成初级导体1）的另一电接头a2。
整个初级导体铺设成封闭的回路，尤其是纵向延伸的导体回路。馈出导体和返回导体在其背离交流电流源70的端部上电连接。在此各绞合线端部优选相互施以锡层/镀锡（verzinnt）。
因此，一方面可以在沿着馈出导体可移动设置的小车上设有按照图5和6的感应式的耦联部件，由此通过馈出导体的局部区域可以实现数据传递。另一方面，也可在返回导体上在沿着返回导体移动设置的小车上设有按照图5和6的耦联部件，由此通过馈出导体的局部区域可以实现另外的数据传递。
通过这种方式可以提供两个数据通道。即使当馈出导体和返回导体在设备内部以紧凑的空间距离相对铺设的时候，也是这种情况。因此已经可以提供高的数据传递率，并且尤其例如也可以设置用于冗余的数据传递的两个通道，用于提高可靠性。
此外，在按照图5的装置中也可以实现在两个可移动的小车或者一个小车与一静止的单元之间的双向数据传递。
在其它按照本发明的实施例中代替仅有的两个耦联表面也可以在相同的小车、即车辆上设有更多耦联表面或者导体铁氧体铁心设有其它耦联表面。
为了传递数据也可以一起利用不同的频带，其方法在于使两个或更多不同频率的信号电流叠加。然后在接收器端上设有相应的滤波器。
在这个文件中使用的词“垂直”不是指准确的90°角，而是也指的是50°至130°的角，即，略微偏离数学上准确的垂直方向。同样，初级导体的耦联表面（2，3）尽管看上去基本构成平面，但是平面的结构也允许小的波浪形的偏离理想的平面，其相应的偏离幅度也允许为耦联表面与初级导体表面距离的20%。
附图标记表
1 初级导体
2 耦联表面
3 耦联表面
50 铁氧体铁心
51 铁氧体铁心
70 交流电源，中频
Claims (15)
1.一种用于无接触地传递能量的装置，
其中能由交流电源对一初级导体供电，
其中该初级导体包括馈出导体和返回导体，所述馈出导体和返回导体分别以其第一端部连接到交流电源的对应电位并且以其各自的另一端部相互连接，
其中设有至少一能沿着初级导体移动的小车，
其中在小车上设有用于数据传递的器件，
其中不仅馈出导体而且返回导体分别包括相互电绝缘的多根单一绞合线，
其中用于数据传递的器件包括第一耦联部件，该第一耦联部件这样感应式地耦联到馈出导体的绞合线，使信号电压能被耦入到馈出导体的绞合线中和/或从其耦出，
其中用于数据传递的器件包括第二耦联部件，该第二耦联部件这样感应式地耦联到返回导体的绞合线，使信号电压能被耦入到返回导体的绞合线中和/或从其耦出。
2.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述小车通过馈出导体交换数据，由此形成第一数据通道，
其中所述小车通过返回导体交换数据，由此形成第二数据通道，
其中第一数据通道和第二数据通道是相互独立的。
3.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，每个耦联部件包括一绕组，其中对应的磁场在初级导体尤其馈出导体或返回导体的区域中是非均匀的。
4.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，每个耦联部件包括一绕组，其中由绕组产生的磁场主要部分从耦联部件引出到初级导体尤其馈出导体或返回导体，尤其在垂直于初级导体方向的方向上。
5.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述绕组围绕铁氧体铁心的一个侧腿尤其围绕E形铁氧体铁心的中间侧腿，尤其其中所述侧腿位于一平面中，该平面的法线方向垂直于初级导体尤其馈出导体或返回导体的方向。
6.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，在小车上设有一与初级导体尤其与馈出导体或返回导体感应式耦联的次级绕组，用于给位于小车上或者与小车连接或电或磁耦联的耗电器供电。
7.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述绞合线分别在其外周上设有电绝缘层。
8.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，每个耦联部件包括至少两个耦联表面，在所述耦联表面上能施加电压，尤其用于发送数据。
9.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，每个耦联部件包括至少两个耦联表面，其中能检测出施加在耦联表面之间的电压，尤其用于接收数据。
10.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述耦联表面实施成金属的和/或基本是平面的。
11.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述耦联表面的法线方向相互垂直定向，尤其其中所述法线方向也垂直于初级导体的方向。
12.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，所述耦联表面的法线方向平行地或者以直到40°的角度相互定向，尤其其中所述法线方向也垂直于初级导体的方向。
13.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，一静止设置的用于数据传递的器件同样包括一相应的耦联部件，尤其其中在一个或多个小车以及静止设置的器件之间进行数据传递。
14.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，给初级导体馈入交流电流，尤其具有10kHz至500kHz频率的交流电流，尤其是超过1安培或者甚至10安培的交流电流。
15.根据上述权利要求中至少一项所述的装置，其特征在于，一电容这样串联或并联地连接到次级线圈，使相应的谐振频率基本相当于馈入到初级导体中的交流电流的频率。
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