CN114340937A - 将电功率从初级导体无接触式传输到绕组的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将电功率从初级导体无接触式地传输到绕组的系统，该绕组布置在能沿着移动面运动的移动装置上，初级导体具有多个初级导体部段，这些初级导体部段相互电连接或者分别通过交换部位电连接，初级导体具有多条导线，所述导线中的每条导线相对于移动面具有相应的间距，在相应的初级导体部段中，导线的各个间距彼此不同，第一初级导体部段通过交换部位与第二初级导体部段电连接，从而在第一初级导体部段中第二导线的所述间距比第三导线小，在第二初级导体部段中第二导线的所述间距比第三导线大。

Description

将电功率从初级导体无接触式传输到绕组的系统

技术领域

本发明涉及一种用于将电功率从初级导体无接触式地传输到绕组的系统。

背景技术

普遍已知的是，在变压器中能感应地传输电功率。

作为最接近的现有技术，由文献WO 2007/048 268 A1的图6A和图11A至图12已知均匀地交换、即互换功率。

由文献US 2015/0 246 614 A1已知一种从公路向车辆的感应式供电。

由文献US 2009/0 116 618 A1已知一种X光断层摄影设备。

发明内容

因此本发明的目的是，实现尽可能高效的传输。

根据本发明，该目的通过根据在权利要求1或3中给出的特征的系统来实现。

在用于将电功率从初级导体无接触式传输到绕组的系统中，该绕组布置在能沿着移动面运动的移动装置上，特别是布置在移动装置的面向初级导体的侧、特别是布置在移动装置的下侧上，在所述系统中本发明的重要特征是，

初级导体具有多个初级导体部段，这些初级导体部段相互电连接或者分别通过交换部位/换位部位电连接，

其中，初级导体具有多条导线、特别是三条导线，这些导线特别是彼此平行并且平行于移动面敷设，

其中，所述导线中的每条导线都分别相对于移动面具有相应的间距，

其中，在相应的初级导体部段中，导线的所述间距、特别是所有间距彼此不同，

特别是其中，所述导线中的第一导线具有最小间距，

其中，第一初级导体部段通过交换部位与第二初级导体部段电连接，从而在第一初级导体部段中第二导线的所述间距比第三导线小，在第二初级导体部段中第二导线的所述间距比第三导线大，

其中，所述导线中的第一导线在第一初级导体部段中相对于移动面的间距与在第二初级导体部段中相对于移动面的间距相同。

在此优点是，借助于交换/换位使在第二导线和第三导线中流动的电流值均衡。在第一导线中，也就是在与具有绕组的铁氧体磁芯最接近的导线中，由于导线的磁耦合而流过略大的电流值，尽管所有的导线在连接部位处相互连接。通过仅实施第二导线和第三导线的交换，交换部位、即在初级导体的敷设方向上所需的区域尽可能小。

因此，初级导体由如下导线构成，所述导线电并联并且被敷设成电流回路、特别是长条形的电流回路、特别是具有支路的电流回路。导线在第一连接部位和与其间隔开的第二连接部位处相互电连接。交流电源在第一连接部位处施加交流电流并且在另一连接部位处抽取交流电流。

初级导体在两个连接部位之间由初级导体部段和布置在初级导体部段之间的交换部位组成。

在每个初级导体部段中，所述导线中的每条导线尽可能直线地敷设，特别是以与移动装置的移动面相距恒定的间距或恒定的距离敷设。

如果导线分别相对于移动面具有不同的间距，那么在特别是并非与移动面具有最小间距或最小距离的两条导线之间的、与初级导体部段邻接的交换部位处进行交换。因此，在比第一导线更加远离的两条导线之间实施电流均衡。尽管导线电并联，但第一导线中的电流值仍略微更大，这是因为该第一导线不参与交换并且不是布置在导线布置的内部、而是布置在边缘处。以这种方式，利用移动装置的绕组向移动装置从第一导线传输的电功率比从参加交换的导线传输的电功率略微更多。

导线分别通过第一初级导体部段、交换部位和跟随在交换部位之后的第二初级导体部段来敷设。因此，所述导线中的每条导线从第一连接部位引导至第二连接部位。在第一初级导体部段内部，导线彼此间隔开。

初级导体允许具有另外的这种交换部位和初级导体部段。然而，两个在敷设方向上彼此相继的初级导体部段至少在第二导线和第三导线的布置中彼此不同。

如果所有导线都相对于移动面具有相同的间距，则在两个彼此平行延伸的初级导体部段之间的磁耦合的作用是重要的，其中的第一初级导体部段用作去线，而第二初级导体部段用作回线。最外部的导线、即布置在去线中并且相对于回线具有最大间距的导线与回线形成最小磁耦合。因此，其它导线将被交换。因此，这些导线中的电流值是均衡的。

因此，与最接近的现有技术不同，在本发明中实施导体的不均匀交换。

在一有利的设计方案中，第二导线在第二初级导体部段中的所述间距等于第三导线在第一初级导体部段中的所述间距，第三导线在第二初级导体部段中的所述间距等于第二导线在第一初级导体部段中的所述间距。在此优点是，两条被交换的导线的位置被交换。因此，使导线的磁耦合的作用均衡并且在两条被交换的导线中的电流值基本上一样大。

在根据权利要求3的用于将电功率从初级导体无接触式地传输到绕组的系统中，该绕组布置在能沿着移动面运动的移动装置上，特别是布置在移动装置的面向初级导体的侧上、特别是布置在移动装置的下侧上，所述系统的重要特征是，

其中，初级导体具有多个初级导体部段，这些初级导体部段相互电连接或者分别通过交换部位电连接，

其中，初级导体具有多个导线、特别是具有三条导线，这些导线特别是彼此平行并且平行于移动面敷设，

其中，初级导体部段中的第二初级导体部段平行于初级导体部段中的第一初级导体部段布置，特别是其中，第一初级导体部段用作去线，第二初级导体部段用作回线，

其中，第一初级导体部段的导线中的每条导线都相对于第二初级导体部段分别具有相应的间距，

其中，第二初级导体部段的导线中的每条导线都相对于第一初级导体部段分别具有相应的距离，

其中，在第一初级导体部段中，导线的所述间距、特别是所有间距彼此不同，

其中，在第二初级导体部段中，导线的所述距离、特别是所有距离彼此不同，

其中，在第一初级导体部段中，所述导线中的第一导线相对于第二初级导体部段具有最大间距，该第一导线在第二初级导体部段中相对于第一初级导体部段具有最大距离，

特别是其中，所述间距的值和所述距离的值大小相同，

其中，第一初级导体部段通过交换部位与第二初级导体部段电连接，从而在第一初级导体部段中第二导线具有比第三导线小的间距，在第二初级导体部段中第二导线具有比第三导线大的距离。

在此优点是，去线和回线的导线甚至全部布置在平行于移动面的、但是与移动面间隔开的平面中，尽管如此电流仍是均衡的。第一导线在此是外部导线。第二导线和第三导线在此是更靠内部的导线。

与最接近的现有技术不同，在本发明中根据权利要求3也实施导体的不均匀交换。因为不仅在交换部位之前、而且在交换部位之后，外部导线仍然保持为外部导线。

在一有利的设计方案中，在第二初级导体部段中第二导线的所述距离等于在第一初级导体部段中第三导线的所述间距，其中，在第二初级导体部段中第三导线的距离等于在第一初级导体部段中第二导线的间距。在此优点是，第二导线和第三导线的位置从第一初级导体部段到第二初级导体部段、即从去线到回线被交换。因此，对两条导线的磁耦合作用是均衡的。

在一有利的设计方案中，所述三条导线在第一连接部位处相互电连接，

特别是其中，所述三条导线在与第一连接部位间隔开的第二连接部位处相互电连接。在此优点是，第一连接部位是用于施加来自交流电源的电流的馈入点，而另一连接部位是引出点。

在一有利的设计方案中，交流电源将交流电流施加到第一连接部位中，该交流电流在第二连接部位处被回引至交流电源。在此优点是，交流电流可以被施加到初级导体中。因此，与电压源不同，存在尽可能恒定的电流值。

在一有利的设计方案中，所述导线中的每条导线都由HF(高频)绞合线构成和/或由被绝缘层包围的单线形成的绞合线制成。在此优点是，可以减少损耗。因为所述导线中的每条导线因此由分别被绝缘处理的单线束组成。以这种方式，可减少由于趋肤效应、特别是由于磁效应、特别如集肤效应引起的损耗。

在一有利的设计方案中，移动面是平面。在此优点是，移动装置例如可构造为无人驾驶运输系统、自动驾驶车辆或移动物流辅助装置。

在一有利的设计方案中，移动面是一维曲线，

其中，在一维曲线的情况下，移动装置被轨道引导。在此优点是，移动装置可构造为轨道车辆。

在一有利的设计方案中，将数据调制到第一导线上，其方式是：对如下的电流分量进行调制，所述电流分量的频率是由交流电源施加的交流电流的频率的至少十倍。在此优点是，附加地可将数据调制到未被交换的导线上并且因此被调制到较少捻合地构造的导线上。因为由交流电源施加的电流的较大的电流分量也已经在该第一导线中流动，所以为数据传输而被调制的电流分量的较大部分已经存在于第一导线上，因此在数据传输时能够实现改进的信噪比。这种作用也通过降低磁耦合的效应得到支持。

在一有利的设计方案中，移动装置具有U形的铁氧体磁芯，其中，第一初级导体部段的导线布置在U形的铁氧体磁芯的腿部之间，其中，第二初级导体部段的导线布置在铁氧体磁芯之外，

特别是其中，作为次级绕组起作用的绕组围绕连接“U”(字)的两个腿部的轭区域缠绕。在此优点是，即使在去线和回线之间的间距较大的情况下也能实现高效率。

在一有利的设计方案中，移动装置具有E形的铁氧体磁芯，

其中，第一初级导体部段的导线布置在E形的铁氧体磁芯的第一腿部和中间腿部之间，

其中，第二初级导体部段的导线布置在E形的铁氧体磁芯的第二腿部和中间腿部之间，

特别是其中，作为次级绕组起作用的绕组围绕连接“E”的腿部的轭区域缠绕。在此优点是，在铁氧体磁芯中能引导尽可能多的磁通。

在一有利的设计方案中，移动装置具有E形的铁氧体磁芯，

其中，作为次级绕组起作用的绕组构造为扁平绕组，该扁平绕组被围绕“E”的中间腿部缠绕，特别是作为导体道路在电路板上环绕延伸。在此优点是，初级导体可布置在地板中，即可布置在移动面之下。在此重要的是，线圈芯、特别铁氧体磁芯不是穿过地板、而是与移动面间隔开。

另外的优点由从属权利要求给出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员而言，特别是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其它合理的组合可能性。

附图说明

现在根据示意图详细说明本发明：

在图1中示意性地示出用于无接触式能量传输的第一系统，其中，使用扁平的传送器头，导线(A、B、C)平行于扁平的传送器头、特别是水平地布置。

在图2中示意性地示出第二个这种系统，其中，导线(A、B、C)垂直于扁平的传送器头、特别是竖直地布置。

在图3中示意性地示出第三个这种系统，其中，与图2不同，使用U形的传送器头代替扁平的传送器头。

在图4中示意性地示出第四个这种系统，其中，与图2不同，使用U形的传送器头代替扁平的传送器头。

在图5中示出图1中的系统的导线(A、B、C)的交换部位，其中，在交换部位之前示出作为去线1起作用的初级导体部段，而在交换部位之后示出作为回线2起作用的初级导体部段。

在图6中示出图2、图3或图4中的系统的导线(A、B、C)的交换部位，其中，在交换部位之前示出作为去线1起作用的初级导体部段，而在交换部位之后示出作为回线2起作用的初级导体部段。

在图7中示出图2、图3或图4中的系统的交换部位(70、71、72)。

在图8中示出一种系统，其中，沿着主移动路径布置有支路73。

具体实施方式

如在图8中所示，系统具有由交流电源80馈电的电流导体环路。

电流导体环路沿着包括主移动路径和死胡同式的支路73的移动路径敷设。

电流导体环路具有移动路径部段，沿着所述移动路径部段分别设置有去线部段和与其平行布置的回线部段。

移动路径部段的去线中的电流方向与移动路径部段的回线中的电流方向相反。

根据本发明，沿着电流导体环路布置有交换部位(70、71、72)。

电流导体环路是初级导体环路，其中，初级导体由三条导线(A、B、C)构成，所述三条导线在第一连接部位81处相互电连接并且该连接部位与交流电源80的第一连接端连接。交流电源80的第二连接端与所述三条导线(A、B、C)的第二连接部位81连接。

交流电源80将交流电流施加到初级导体环路中，该交流电流从第一连接部位81流向第二连接部位81。

能沿着电流导体环路运动的移动装置具有传送器头，该传送器头具有线圈芯、特别是铁氧体磁芯，并且具有围绕线圈芯3缠绕的绕组4。

因此，通过在电流导体环路和绕组4之间的感应耦合能无接触式地传输电功率。

在根据图1的实施方式中，使用扁平的传送器头，其中，绕组4构造为围绕E形芯3的中间腿部的扁平绕组。

由于扁平的传送器头，根据图1能够实现，初级导体、即特别是绕组4布置在包括系统的设施的地板上或甚至布置在该设施的地板中。传送器头可以布置在移动装置的下侧、即面向设施地板的侧上。因此，移动装置能在地板上移动。

如在图5或图6中所示，在附图中分别示出的交换部位处，三条导线中的两条被交换/换位。

图6在此示出对应于根据图2、图3或图4的系统中的交换。图5在此示出对应于根据图1的系统中的交换。

在图5中，导线B和C被交换，因为该导线B、C与外部导线A相比更靠近彼此。因为由于磁耦合，如果不进行交换并且因此回线具有导线C作为内部导线P4，那么在去线1的位于内部的导线C中会流动更大的电流。

借助于交换能实现，在导线B和C中流动相同的电流值。

因此，通过初级导体的多重的、特别是三重的实施方式能施加更大的电流。

所述导线(A、B、C)中的每条导线分别构造为HF绞合线、也就是构造为由相对彼此绝缘的单个金属线的集束。

初级导体被交流电源80施加交流电流，该交流电流具有在10kHz到1MHz之间的频率。

如在图2中所示，其中示出另外两条远离绕组4的导线B和C。因此，虽然在导线A中流动的电流值比在其它两条由于交换而具有相同的电流值的导线B和C中的大。但是，该导线A被布置得更靠近绕组4，使得导线A中的略高的电流值不会导致电功率的感应传输的恶化。

无论如何，电流分布通过交换而总体上是均衡，即与在没有交换的情况相比更均衡。

由于扁平的传送器头，根据图2能够实现，初级导体布置在包括系统的设施的地板上或甚至布置在该设施的地板中。传送器头可以布置在移动装置的下侧、即面向设施的地板的侧上。因此，移动装置能在地板上移动。

图3示出U形的传送器头，其中，线圈芯30、特别是铁氧体磁芯以其腿部甚至贯穿去线和回线之间的区域。以这种方式，感应耦合是非常强烈的。

这种实施方式特别适合于设施的轨道路径，其中，去线沿着轨道敷设。

图4示出E形的芯40，该芯的中间腿部同样贯穿去线和回线之间的区域。以这种方式，感应耦合同样是非常强烈的。

这种实施方式特别适合于设施的轨道路径，其中，去线沿着轨道敷设并且回线也与去线平行地敷设。

在图7中示出初级导体系统的一个示例性的部分区域。在此，存在横向于直线的主移动路径的支路73。

为支路73设置第一交换部位70。在此，在去线1处的交换部位73与在主移动路径上的支路73对置地布置。

另一交换部位71布置在主移动路径的端部区域处。

同样，第三交换部位73布置在支路73的端部区域处。

如在图8中所示，在每个支路或主移动路径的最终的端部区域处分别布置有交换部位(71、72)。此外，还为每个支路分配有另一交换部位(82、70)，该另外的交换部位与支路73对置地布置或者与从主移动路径到相应的支路73的两个过渡区域中的一个过渡区域对置地布置。初级导体的具有A、B、C布置顺序的那些区域在图8中用p表示。在交换部位之后由此形成的、具有A、C、B布置顺序的初级导体区域在图8中用n表示。

主移动路径在图8中是L形的，支路73直线地示出。

优选地，初级导体系统因此由三个电并联的导体环路组成，该导体环路的导体也在几何方面基本上平行地延伸。

特别地，交换部位分别布置在每个支路的端部处、每个支路的相应的基点处以及在路段的端部处。

特别是用于补偿初级导体系统的路段电感的补偿电容器(CA、CB、CC)被分散开并且分别插入到初级导体系统的三个电并联的、即特别是单独的导体环路中。基点的区域特别适合于此。

但是在其它根据本发明的实施例中，主移动路径和/或支路73构造为弯曲的。

在其它根据本发明的实施例中，由多条导线构成的初级导体不仅被施加来自电源的交流电流以用于供电，而且特别是当初级导体根据图2、图3或图4构造时，也在导线A上——即特别是在最靠近绕组(4、31、41)或最靠近传送器头的导线上——施加更高频率的电流分量以用于数据传输。用于调制的频率是从电源80施加的交流电流的频率的至少十倍。

更高频率的电流分量能电容式地——特别是在连接部位附近——耦入到导线A上，或者能电感式地耦入。相应地在绕组(4、31、41)上设置耦出。

附图标记列表：

1 去线

2 回线

3 线圈芯、特别是铁氧体磁芯

4 绕组

30 铁氧体磁芯

31 绕组

40 铁氧体磁芯

41 绕组

70 用于支路的交换部位

71 用于最终的端部区域、即主移动路径的端部区域的交换部位

72 用于支路73的端部区域的交换部位

73 支路

80 交流电源

81 连接部位

82 在到支路73的过渡部处的交换部位

CA 补偿电容器

CB 补偿电容器

CC 补偿电容器

Claims (16)

1.一种用于将电功率从初级导体无接触式传输到绕组的系统，该绕组布置在能沿着移动面运动的移动装置上，特别是布置在移动装置的面向初级导体的侧、特别是下侧上，

其特征在于，

初级导体具有多个初级导体部段，这些初级导体部段相互电连接或者通过交换部位电连接，

初级导体具有多条导线、特别是三条导线，这些导线特别是彼此平行并且平行于移动面敷设，

所述导线中的每条导线与移动面分别相距相应的间距，

在相应的初级导体部段中，导线相对于移动面的间距、特别是所有间距彼此不同，

特别是，所述导线中的第一导线具有相对于移动面的间距中的最小间距，

第一初级导体部段通过交换部位与第二初级导体部段电连接，从而在第一初级导体部段中第二导线相对于移动面的间距比第三导线相对于移动面的间距小，在第二初级导体部段中第二导线相对于移动面的间距比第三导线相对于移动面的间距大，

所述导线中的第一导线在第一初级导体部段中相对于移动面的间距与在第二初级导体部段中相对于移动面的间距相同。

2.根据权利要求1所述的系统，

其特征在于，

第二导线在第二初级导体部段中相对于移动面的间距等于第三导线在第一初级导体部段中相对于移动面的间距，

第三导线在第二初级导体部段中相对于移动面的间距等于第二导线在第一初级导体部段中相对于移动面的间距。

3.一种用于将电功率从初级导体无接触式传输到绕组的系统，该绕组布置在能沿着移动面运动的移动装置上，特别是布置在移动装置的面向初级导体的侧、特别是下侧上，

其特征在于，

初级导体具有多个初级导体部段，这些初级导体部段相互电连接或者通过交换部位电连接，

初级导体具有多条导线、特别是三条导线，这些导线特别是彼此平行并且平行于移动面敷设，

所述初级导体部段中的第二初级导体部段平行于所述初级导体部段中的第一初级导体部段布置，特别是，第一初级导体部段用作为去线，第二初级导体部段用作为回线，

第一初级导体部段的导线中的每条导线相对于第二初级导体部段分别具有相应的间距，

第二初级导体部段的导线中的每条导线相对于第一初级导体部段分别具有相应的距离，

在第一初级导体部段中，导线的所述间距、特别是所有间距彼此不同，

在第二初级导体部段中，导线的所述距离、特别是所有距离彼此不同，

在第一初级导体部段中，所述导线中的第一导线相对于第二初级导体部段具有最大间距，并且该第一导线在第二初级导体部段中相对于第一初级导体部段具有最大距离，

特别是，所述间距的值和所述距离的值大小相同，

第一初级导体部段通过交换部位与第二初级导体部段电连接，从而在第一初级导体部段中第二导线具有比第三导线小的间距，在第二初级导体部段中第二导线具有比第三导线大的间距。

4.根据权利要求3所述的系统，

其特征在于，

在第二初级导体部段中第二导线的距离等于在第一初级导体部段中第三导线的间距，和

第三导线在第二初级导体部段中的距离等于第二导线在第一初级导体部段中的间距。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

所述三条导线在第一连接部位处相互电连接，

特别是，所述三条导线在与第一连接部位间隔开的第二连接部位处相互电连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

交流电源将交流电流施加到第一连接部位中，交流电流在第二连接部位处被回引至交流电源。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

所述导线中的每条导线都由高频绞合线构成和/或由如下绞合线制成，即：该绞合线由被绝缘层包围的单线构成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

所述移动面是平面。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，

其特征在于，

所述移动面是一维曲线，

在一维曲线的情况下，移动装置被轨道引导。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

将数据调制到第一导线上，其方式是：将其频率是由交流电源施加的交流电流的频率的至少十倍的电流分量调制上。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

移动装置具有U形的铁氧体磁芯，其中，第一初级导体部段的导线布置在U形的铁氧体磁芯的腿部之间，其中，第二初级导体部段的导线布置在铁氧体磁芯之外，

特别是，作为次级绕组起作用的绕组围绕连接“U”的两个腿部的轭区域缠绕。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，

其特征在于，

移动装置具有E形的铁氧体磁芯，

第一初级导体部段的导线布置在E形的铁氧体磁芯的第一腿部和中间腿部之间，

第二初级导体部段的导线布置在E形的铁氧体磁芯的第二腿部和中间腿部之间，

特别是，作为次级绕组起作用的绕组围绕连接“E”的腿部的轭区域缠绕。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

移动装置具有E形的铁氧体磁芯，

作为次级绕组起作用的绕组构造为扁平绕组，该扁平绕组被围绕“E”的中间腿部缠绕，特别是作为导体道路在电路板上环绕延伸。

14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

导线作为三个电并联的导体环路形成初级导体系统，其中，导体也在几何上基本上平行地敷设。

15.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

交换部位沿着构造为轨道路段的移动面布置在

-每个支路的端部处，

-相应的基点处，和/或

-路段的端部处。

16.根据前述权利要求中任一项所述的系统，

其特征在于，

为每条导线、特别是为导体环路中的每个导体环路电串联相应的补偿电容器。

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