CN1647339A - 感应传输电能的装置 - Google Patents

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Abstract

在一个用于把电能感应传输给一个移动的耗电器的装置中，所述装置具有一个可相对位置固定的初级电感移动的次级电感，为了产生预定大小的第一直流电压在所述次级电感之后连接一个整流器和一个开关调节器，为了产生至少一个另外的直流电压开关调节器的输出端(A、B)设计成电容分压器(C21、C22)，该分压器的总电压是所述第一直流电压UL，且在所述分压器的分接点(E)上提供所述另外的直流电压UL2。所述分压器(C21、C22)的分接点(E)经过一个二极管(D2)与相同分压比的所述次级电感(L11、L12)的抽头(C)连接，所述二极管的阳极连接分接点(C)上。以这种方式不需要大的花费即可附加提供一个稳定的较低的输出电压，为了将其转换成一个低电压一个具有相应小的转换比的直流变换器就足够了。

Description

感应传输电能的装置
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于感应传输电能的装置。
背景技术
这样的装置用于在没有机械或电接触的情况下把电能传输给一个移动的耗电器。所述装置包括一个初级部分和一个次级部分，所述两个部分按类似于变压器的原理电磁耦合。初级部分包括一个馈入电子设备和一个沿着线路设置的线匝。一个或多个耗电器和所属的耗电器电子设备形成次级侧。与其中初级和次级部分尽可能紧密地耦合的变压器不同，该装置是一个松耦合系统。通过较高的、在千赫兹范围内的工作频率这种耦合是可能的。如此也可以跨接达几厘米的大的气隙。此时在次级侧把工作频率确定为一通过把一电容与耗电器线圈并联形成的并联振荡电路的谐振频率。
这种形式能量供给的优点特别包括无磨损和不需维护以及防触电和极高的可用性。常见的应用是在制造工艺中的自动材料运送系统，但也包括人员运送系统，比如电梯和电动大客车。
在WO 92/17929中描述了耗电器侧的原理电路并在图1中简单示出。在耗电器电感L1和与其并联形成振荡电路的电容C1之后连接一个整流器1，在该整流器上连接本身已知形式的开关控制器，该控制器包括一电感L2、一个二极管D1、一电容C2和一电子开关S以及一个调节器2。调节器2主要包括一个基准电压和一个比较器，该比较器通过控制线3连接电子开关S，如果电容C2上的电压超过一第一预定值，则切断开关，如果其不超过一个仅略低于第一预定值的第二值，则在电容C2和与该电容并联地连接端子A和B上的负载4上的电压UL获得一个预定理论值。负载4通常是一个电驱动装置。
在许多应用场合中，除了电驱动装置形式的主负载4之外还必须提供一个控制电子设备，其中(主负载和控制电子设备)所需的电压水平有明显的区别。驱动装置供电常用的电压值为大约560V，而在控制电子设备范围内的电压要低不止一个数量级，例如为24V。用于提供一显著较低的第二输出电压的可能途径是在端子A和B上与主负载4并联地连接一直流变换器(Gleichspannungswandler)。这样的用于所述的例如从560V到24V的转换比的直流变换器当然是复杂并由此是昂贵的。
在作为权利要求1的前序部分的DE 100 14 954 A1建议了另一个途径。为了获得一显著较低的第二直流电压，在耗电器芯部上设有一个与一第二整流器连接的第二次级线圈。虽然在上述文献没有提到，可是在用于稳定电压的第二整流器之后还必须连接一第二调节器，因此在低电压水平上有效地复制了耗电器电子设备。此外在耗电器上安装第二次级线圈的必要性还限制了耗电器结构的设计自由度。
US 6,005,435公开了一个用于产生用于阴极射线管阳极的在千伏范围内的高电压的高压发生器，其中通过两个单独的RC并联环节的串联电路形成一个输出侧的用于作为具有较高边缘陡度的调节变量分配输出电压所需的RC并联环节。由此使得对所用的电容器的耐压强度的要求较低并获得紧凑的电路结构。
DE 38 32 442 A1说明了一个用于旅游(列)车厢的供电设备，在该设备中对从铁路网截取的交流电压进行整流并由一个降压变换器(Tiefsetzsteller)变换为600V的中间电路直流电压。借助于两个相同的三/多相逆变器(Umrichter)和其后连接的LC滤波器由所述直流电压产生3×380V的正弦交流电压。此时降压变换器具有两个串联的GTO可控硅，所述可控硅在输入侧和输出侧经过两个分别相同的、彼此串联的电容连接，所述电容的连接点又彼此连接。降压变换器的电路结构用于使其耐输入电压强度加倍。
发明内容
从所述现有技术出发，本发明的目的是，提供一个尽可能简单的方法，以便在一所述类型的装置中，以对耗电器较少的干涉作用在次级侧提供至少一个第二输出电压。
根据本发明通过具有在权利要求1所述特征的装置来实现所述目的。从从属权利要求中得出本发明有利的实施形式。
本发明的一个主要的优点在于，为了获得另一个的输出电压，只需要少量的附加元件并且不需要对电路拓扑进行大的改变。对耗电器本身的干涉作用是最小的，因为这种干涉作用只限于对次级线圈进行分接。没有由于更改耗电器电子设备而对能量传输的效率产生显著的影响。对于实现本发明所必需的以串联连接方式对电容进行的划分有这样的积极副作用，即在每个电容上仅仅有较低的电压压降，这意味着对所用的电容器的耐压强度有较低要求。
作为另外的特别优点，本发明使得可以使用具有300V以下额定输入电压的直流变换器为控制电路的供电。这样的直流变换器大量用于网络电压驱动的设备中并因此可以低价格购得。
一个特别优选的、低成本的并且紧凑的解决方案是根据本发明的装置与一用于控制驱动装置的逆变器(Umrichter)一起在一个共同的部件中实现，其中这样的组合方案也可以用于传统的所述类型装置中。
附图说明
下面根据附图说明本发明的实施例。其中
图1示出一根据现有技术的耗电器电子设备的原理电路图，
图2示出一具有一第二输出电压的根据本发明的耗电器电电子设备的电路图，
图3示出带有一个由一逆变器控制的驱动装置形式的负载的根据本发明的耗电器电子设备的组合电路。
具体实施方式
在图2中示出的本发明的实施例的目的在于提供一个大约为主负载4所需电压UL的一半的第二输出电压UL2，所述电压UL始终由耗电器电子设备在端子A和B之间以例如为560V的不变高度输出。因此耗电器电感L1划分为两个大小相同彼此串联的其和与电感L1一致的电感L11和L12。通过线圈的中心抽头C实现电感L1的划分，而不在线圈或磁心上进行其它的改变。
电容C1和C2以同样方式分别也划分为两个同样大小电容C11和C12或者C21和C22的串联连接，其中众所周知分电容必须分别具有总电容值两倍的值。电容C11和C12的连接点与耗电器线圈的中心抽头C，即与电感L11和L12的连接点连接，也就是说这两个连接点形成一个公共节点C。对于其外部的与整流器1连接的终端耗电器振荡电路的特性没有由于这种措施而改变。
连接在图2的耗电器振荡电路之后的四个二极管D11至D14以本身已知的方式形成在图1中仅示意性示出的整流器1。这部分电路没有改变。二极管D1、电子开关S和调节器2同样保持不变，所述调节器接收端子A和B之间的主负载4上输出电压UL并且通过开关S的适当操作通过控制线路3将该电压UL恒定地保持在一预定值上。为了清楚起见在图2中不再示出调节器2。
在电路中分别与电容C21和C22并联地连接有两个同样大小的、相对高阻的电阻R21和R22作为附加元件。此外由L11和L12组成的耗电器电感的中间抽头C经过一个二极管D2与电容C21和C22以及电阻R21和R22的连接点D连接，其中这样连接所述二极管，即该二极管仅允许从C到D的电流，即从耗电器振荡电路到输出侧的RC环节的电流。
由C22和R22组成并联电路上的分电压UL2被输送给直流变换器5的输入端，该分电压约等于由C21和R21组成并联电路上的分电压UL1并由此为主负载4上输出电压UL的一半，该直流变换器从中产生一个输出电压US。在图2中以E表示用于变换器5的终端的附加输出端子。上述电压的常见值为UL1＝UL2＝280V，US＝24V。
该电路的工作原理首先以通过把原有的输出电容C2划分为两个彼此串联、同样大小的电容C21和C22平分总输出电压UL为出发。可是不能为了产生附加于UL的所需的低电压US简单地将直流变换器连接在电容C21或C22中的一个上的相应较低的额定输入电压上，因为由此引起的负载不对称可能使在相关电容上的电压失效。
为了避免这种情况，本发明设想，耗电器电感L1和与其并联的调谐电容C1相应地划分为分电感L11和L12或者C11和C12，两个由此产生的分振荡电路在其上彼此连接的节点C与两个输出电容的连接点D连接。通过这种措施虽然避免了在所述情况中为了分接用于附加DC/DC变换器5的分电压而设置的电容C22上的电压的失效，可是在开关接通的状态下对于C22上的直流电压却形成了在经过分电感L12、整流二极管D13、电感L2和开关S的路径上的短接。附加的二极管D2的任务是防止电容器C22经过该短接路径放电。
仅利用上面描述的措施该电路已经能令人满意地工作，也就是说可以在C22上附加地截取端子A和B之间电压的一半并将其供给一DC/DC变换器5。可是如果由于某种原因主负载4与耗电器电子设备分开，则不再能保证电压UL2恒定，因为在这种情况下唯一保留下来的电阻/欧姆负载与C22并联地连接，而调节器2如在图1所示保持总电压UL＝UL1+UL2。
为了即使在主负载4分开的情况下也能提供稳定的分电压UL2，分别与电容器C21和C22并联地接入两个同样大小的电阻R21和R22，由此保证在端子A和B之间始终存在欧姆/电阻负载。该负载总体上不是对称的，其中不对称的程度首先取决于在DC/DC变换器5的端子F和G上输出的功率大小。这意味着，特别是在耗电器电子设备没有连接主负载4地运行的情况下在这些端子上可以输出的功率是有限的。正如开头已经提到的那样，只是为了一控制电子设备的运行而需要附加的电压US，该控制电子设备与主负载4相比只有较低的功率需求。可以将附加的电阻R21和R22的阻值选定得较高、也就是说在10至100kΩ的数量级。
虽然上述实施例设想，对称地划分耗电器振荡电路和输出侧的RC环节，但也可以选择非对称的划分比例，以便可以分接出一大于或小于输出电压UL的一半的附加电压。如果需要多个不同的附加电压，原则上也可以设想划分出多于两个电压。在了解前述实施例的情况下这样的变型或者扩展对于普通技术人员是显而易见的，且是本发明的组成部分。
图3示出了上述的耗电器电子设备与一异步电机6形式的主负载4的适当形式的组合电路，该异步电机由一三/多相逆变器7控制。在图3中耗电器电子设备示出为一框8，该框应该包括根据图2所述的电路的所有元件，包括耗电器电感L11+L12、直流变换器5和主负载4。在图3中示出的具有一个由一逆变器(Umrichter)7控制的电机6的结构是主负载4的一种常见形式，该主负载设计成用于连接在根据本发明的耗电器电子设备8的端子A和B上。
在此产生一个问题，当电机6以发电机方式运行时，如在一制动过程中出现的那样，功率可能经过逆变器7向耗电器电子设备8的方向流回。在如图1所示出的根据现有技术的耗电器电子设备中，这会导致输出电容C2上电压的升高，这会使得调节器2接通开关S，由此没有来自耗电器侧的对进一步提高输出电压UL的贡献。只要调节器2能够承受电压升高，则电压升高没有妨碍。
可是如图2所示，在根据本发明的电路中在电机6的发电机工作方式下不允许输出电压UL＝UL1+UL2有这样的升高，因为这种升高会破坏直流变换器5的输入电压UL2的稳定。输出电压强烈的过度升高会由于分电压UL2的相应过度提高导致直流变换器5输入端的损坏。
由于这个原因在图3中设想，在耗电器电子设备8的端子A和逆变器7之间中间连接另一个二极管D3，并与逆变器7的输入端并联地并联连接另一个由两个相互串联的电容器C31和C32组成的电容。在这种情况下，由于电机6的制动运行造成的逆变器7输入端上的电压升高只导致对电容器C31和C32充电，而通过二极管D3防止电流回流到耗电器电子设备8的输出端，该回流电流在输出侧电容器C21和C22充电的情况下会提高所述输出端处的电压。为了接收从逆变器7回流的能量需要电容器C31和C32，其中把该电容划分到两个串联的电容器上不是强制性的，但这对于用较低耐压强度的电容器来实现是合理的。
如果耗电器电子设备8、逆变器7和连接在它们之间的元件—例如在图3实例中的二极管D3和电容C31和C32-组合在一个部件中，则是特别有利的。即至少将这些元件安装在一个共同的壳体中。此外也可将这些元件有利地布置在一个共同的印刷电路板上。由此与其中耗电器电子设备8和逆变器7是分别具有各自壳体的且必须通过电缆和接插件才能彼此连接的分开的单元的现有技术相比，可节省空间、重量和构件，并由此实现一个紧凑且低成本的解决方案。
虽然这不仅适用于耗电器电子设备8能够分接出一第二输出电压的情况，而且也已适用于如图1所示的传统耗电器电子设备与一为控制一驱动装置6而设置的逆变器7的组合。所述系统元件组合成为一个共同的部件与设计成分开的部件的情况相比总是带来空间、重量和费用的节省。但在根据图2的具有两个输出电压的耗电器电子设备8中这样得到一个特别的优点，即在这种情况下所需的用于在功率回流的情况下使耗电器电子设备8与逆变器7去耦合的附加元件D3、C31和C32可以集成在一个共同部件中，而不需要大的费用。

Claims (14)

1.用于把电能感应传输给一个移动的耗电器的装置，具有一个可相对位置固定的初级电感移动的次级电感，为了产生预定大小的第一直流电压在所述次级电感之后连接一个整流器和一个开关调节器，所述装置还具有一个产生至少一个另外的直流电压的装置，其特征在于：为了产生所述另外的直流电压UL2开关调节器的输出端(A、B)设计成电容分压器(C21、C22)，该分压器的总电压是所述第一直流电压UL，且在所述分压器的分接点(E)上提供所述另外的直流电压UL2；所述分压器(C21、C22)的分接点(E)经过一个二极管(D2)与相同分压比的所述次级电感(L11、L12)的抽头(C)连接，所述二极管的阳极连接在所述抽头(C)上。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，与所述次级电感(L12、L22)并联一个由两个电容(C11、C12)串联形成的电容，所述两个电容的分压比与次级电感(L11、L12)抽头(C)的分压比一致并且所述两个电容的连接点与抽头(C)连接。
3.按照权利要求1或2之一的装置，其特征在于，所述电容分压器具有两个串联的电容(C21、C22)，所述两个电容连接点形成所述分接点(E)。
4.按照权利要求3的装置，其特征在于：所述电容分压器还具有两个串联的电阻(R21、R22)，所述电阻的值相互具有与所述电容(C21、C22)的值的比例相同的比例；并且两个电容(C21、C22)的连接点(E)和两个电阻(R21、R22)的连接点彼此连接。
5.按照权利要求4的装置，其特征在于，所述电阻(R21、R22)有这样的高欧姆值，以使在所述电阻中转化的功率与可在输出端(A、B)上输出的额定功率相比是可忽略地低的。
6.按照权利要求1至5之一的装置，其特征在于，所述另外的直流电压UL2约为输出端(A、B)上的总电压UL的一半。
7.按照权利要求1至6之一的装置，其特征在于，输出端(A、B)上的总电压UL处于500-600V的数量级。
8.按照权利要求1至7之一的装置，其特征在于，在所述分压器(C21、C22)的分接点(E)上连接一个将所述另外的直流电压UL2降低约一个数量级的直流变换器(5)。
9.按照权利要求8的装置，其特征在于，所述直流变换器(5)的输出电压Us处于20-30V的数量级。
10.按照权利要求1至9之一的装置，其特征在于，连接在连接在所述次级电感(L11、L12)上的耗电器电子设备(8)的输出端(A、B)上的负载(4)包括一个适于向一电子驱动装置(6)供电的逆变器(7)。
11.按照权利要求10的装置，其特征在于，所述逆变器(7)通过一个二极管(D3)与耗电器电子设备(8)的输出端(A、B)连接，所述二极管的阳极连接在耗电器电子设备(8)的一输出端子(A)上。
12.按照权利要求11的装置，其特征在于，一电容(C31、C32)与所述逆变器(7)的输入端并联。
13.按照权利要求10至12之一的装置，其特征在于，所述逆变器(7)与所述耗电器电子设备一起组合成一个部件。
14.按照权利要求13的装置，其特征在于，所述逆变器(7)与所述耗电器电子设备(8)一起布置在一个共同的印刷电路板上。
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