DE10011500A1

DE10011500A1 - Winding for system for generating magnetic field, has several individual winding section areas of predetermined length and width, electrically interconnected, enclosing defined shape space

Info

Publication number: DE10011500A1
Application number: DE2000111500
Authority: DE
Inventors: Guntram Scheible; Bernd Smailus
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-13
Also published as: WO2001067468A1; AU2001252130A1

Abstract

The winding consists of a single winding made up of several individual winding section areas (2,3,4,5) of predetermined length and width that are electrically interconnected and enclose a space of a defined shape. At least one winding section area (5) can be a plate of electrically conducting material, preferably a metal. At least one can be a coarse or fine mesh of electrically conducting material. Independent claims are also included for the following: a system for generating a magnetic field.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wicklung und auf ein System zur Erzeugung eines elektrischen Feldes.The invention relates to a winding and to a system for generating a electric field.

Aus den Grundlagen der Physik (Elektrizitätslehre, Elektrodynamik) ist es allgemein bekannt, daß mittels einer mit einer Wechselgröße beaufschlagten Wicklung ein ma gnetisches Feld erzeugt werden kann. Wird eine Wicklung innerhalb eines Raumes vorgegebener Form angeordnet, so ergibt sich eine relativ inhomogene Verteilung des von der Wicklung erzeugten Magnetfeldes innerhalb des Raumes.It is general from the basics of physics (electricity theory, electrodynamics) It is known that a ma genetic field can be generated. Will a winding within a room Given a predetermined shape, there is a relatively inhomogeneous distribution of magnetic field generated by the winding within the room.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wicklung anzugeben, mit der ein ma gnetisches Feld relativ homogener Verteilung innerhalb eines Raumes vorgegebener Form erzeugt werden kann.The invention has for its object to provide a winding with which a ma genetic field of relatively homogeneous distribution within a given space Shape can be created.

Des weiteren soll ein System zur Erzeugung eines magnetischen Feldes relativ homo gener Verteilung angegeben werden.Furthermore, a system for generating a magnetic field is said to be relatively homo general distribution.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wicklung zur Abstrahlung eines ma gnetischen Feldes gelöst, bestehend aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbundenen sind und einen Raum vorge gebener Form umschließen.This object is achieved by a winding for emitting a ma solving magnetic field, consisting of a single turn, which consists of several individual winding section surfaces of predetermined lengths and widths composed, which are electrically connected and featured a room enclose the given shape.

Die Aufgabe wird bezüglich des Systems durch ein System zur Erzeugung eines ma gnetischen Feldes mit einer Wicklung gelöst, die aus einer einzigen Windung besteht, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen vorgegebener Län gen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbundenen sind und ei nen Raum vorgegebener Form umschließen, wobei die einzige Windung über Verbin dungsleitungen an einen Generator/Oszillator angeschlossen ist.The task is performed on the system by a system for generating a ma magnetic field with a winding consisting of a single turn, which are made up of several individual winding section surfaces of predetermined lengths genes and widths that are electrically connected and egg enclose a space of a given shape, the only turn being connected is connected to a generator / oscillator.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß innerhalb des von den Wicklungsabschnitt-Flächen begrenzten Raumes eine relativ homogene Verteilung des erzeugten Magnetfeldes herrscht. Bestehende Einrichtungen des Rau mes vorgegebener Form, wie Seitenwände, Decken, Fußböden oder auch Tragkon struktionen, wie Maschinengestelle und Schutzgitter können direkt zur Bildung der Wicklungsabschnitt-Flächen herangezogen werden, wenn sie aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Wenn diese bestehenden Einrichtungen nicht aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, können sie dennoch in einfacher Weise zur Befestigung derartiger Wicklungsabschnitt-Flächen verwendet werden, was vorteilhaft auch nachträglich erfolgen kann.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that within of the space delimited by the winding section surfaces is a relatively homogeneous one Distribution of the generated magnetic field prevails. Existing facilities of the Rau With a predetermined shape, such as side walls, ceilings, floors or a supporting cone structures such as machine frames and protective grids can be used directly to form the Winding section surfaces are used if they are made from an electrical conductive material. If these existing facilities are not from one electrically conductive material, they can still be used in a simple manner Attachment of such winding section surfaces can be used, which is advantageous can also be done retrospectively.

Die vorgeschlagene Wicklung ist insbesondere geeignet für eine in der DE 199 26 799 A1 vorgeschlagene Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Sensoren mit elektrischer Energie unter Einsatz mindestens einer von einem mittelfrequenten Oszil lator gespeisten Primärwicklung, wobei jeder Sensor mindestens eine zur Energieauf nahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist. Die dort erforderliche Primärwicklung kann sehr gut durch die vorgeschlagene Wicklung realisiert werden, indem zwei Seitenwände, die Decke und der Fußboden einer mit ei ner Vielzahl von Maschinen (Fertigungsautomaten) bestückten Maschinenhalle als Wicklungsabschnitt-Flächen herangezogen und dementsprechend ausgebildet sind bzw. direkt eine Integration der Wicklungsabschnitt-Flächen in Fußboden, Seitenwänden und Decke der Maschinenhalle erfolgt. Im Bereich der Seitenwände und der Decke ist es ausreichend, wenn die Wicklungsabschnitt-Flächen der Wicklung an der Oberflä che angebracht sind.The proposed winding is particularly suitable for one in DE 199 26 799 A1 proposed arrangement for wireless supply of a variety of sensors with electrical energy using at least one of a medium frequency Oszil lator-fed primary winding, with each sensor at least one for energy has a suitable secondary winding from a medium-frequency magnetic field. The primary winding required there can be done very well by the proposed winding can be realized by two side walls, the ceiling and the floor one with egg A large number of machines (production machines) equipped machine shop as Winding section surfaces are used and are designed accordingly or directly an integration of the winding section surfaces in the floor, side walls and ceiling of the machine hall. In the area of the side walls and the ceiling it is sufficient if the winding section surfaces of the winding on the surface che are attached.

Die Wicklung kann auch eine einzelne Maschine, beispielsweise einen Fertigungsau tomaten oder ein Hochregallager umfassen/umschließen.The winding can also be a single machine, for example a manufacturing plant Include / enclose tomatoes or a high-bay warehouse.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages are evident from the description below.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the embodiment shown in the drawing Examples explained. Show it:

Fig. 1 eine Wicklung gemäß erster Ausführungsform, Fig. 1 shows a winding according to the first embodiment,

Fig. 2 eine Wicklung gemäß zweiter Ausführungsform, Fig. 2 shows a winding according to the second embodiment,

Fig. 3 eine Wicklung gemäß dritter Ausführungsform, Figure 3 shows a winding according to the third embodiment.,

Fig. 4, 5 unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung eines Schwingkreises, Fig. 4, 5 different possibilities for the realization of a resonant circuit,

Fig. 6 eine Wicklung mit lokaler Zusatzwindung. Fig. 6 is a winding with a local additional turn.

In Fig. 1 ist eine Wicklung zur Erzeugung und Abstrahlung eines magnetischen Feldes gemäß erster Ausführungsform dargestellt. Die Wicklung 1 besteht aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren, einen Raum vorgegebener Form begrenzenden bzw. umschließenden Wicklungsabschnitt-Flächen vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch derart miteinander verbunden sind, daß sich die ge wünschte einzige Windung ergibt. Als Wicklungsabschnitt-Flächen dienen drei Wick lungsabschnitte 2, 3, 4 und eine Grundplatte 5. Die drei Wicklungsabschnitte 2, 3, 4 werden jeweils durch mehrere Leiter gebildet, welche in vorgegebenem Abstand paral lel nebeneinander verlaufen und an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden sind. Die mit dem Wicklungsabschnitt 4 verbundene, als vollflächige Platte ausgebildete Grundplatte 5 besteht aus einem elektrisch leitfähigem Material bzw. Metall, beispiels weise Stahl.In Fig. 1 a coil for generating and emitting a magnetic field is illustrated in accordance with the first embodiment. The winding 1 consists of a single turn, which is composed of several, a space predetermined shape limiting or enclosing winding section surfaces of predetermined lengths and widths, which are electrically connected to each other so that the desired single turn results. Three winding sections 2 , 3 , 4 and a base plate 5 serve as winding section surfaces. The three winding sections 2 , 3 , 4 are each formed by a plurality of conductors which run parallel to one another at a predetermined distance and are electrically connected to one another at their ends. The connected to the winding section 4 , formed as a full-surface plate base plate 5 consists of an electrically conductive material or metal, for example steel.

Ein Oszillator/Generator 8 speist die Wicklung 1 über Verbindungsleitungen 6, 7 mit einer mittelfrequenten Schwingung im Bereich von etwa 15 kHz bis etwa 15 MHz. Die Verbindungsleitungen 6, 7 sind vorzugsweise symmetrisch (mittig) an den offenen En den von Platte 5 und Wicklungsabschnitt 2 angeschlossen.An oscillator / generator 8 feeds the winding 1 via connecting lines 6 , 7 with a medium-frequency oscillation in the range from approximately 15 kHz to approximately 15 MHz. The connecting lines 6 , 7 are preferably connected symmetrically (in the middle) to the open ends of the plate 5 and winding section 2 .

In Fig. 2 ist eine Wicklung gemäß zweiter Ausführungsform dargestellt. Die gezeigte Wicklung 9 setzt sich zusammen aus einer ersten Seitenplatte 10, einer Deckplatte 11, einer zweiten Seitenplatte 12 und der Grundplatte 5, wobei Seitenplatte 10, Deckplatte 11, Seitenplatte 12 und Grundplatte 5 zur Bildung der gewünschten einzigen Windung miteinander verbunden sind. Die offenen Endflächen von Seitenplatte 10 und Grund platte 5 sind über Verbindungsleitungen 7, 13 an den Generator/Oszillator 8 ange schlossen. Die Seitenplatten 10, 12 und die Deckplatte 11 sind in Form eines grob- oder feinmaschigen Gewebes oder Netzes aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, ausgebildet. Bei der Seitenplatte 12 ist eine derartige Git terstruktur skizziert. Desgleichen ist es möglich, zumindest einzelne Wicklungsab schnitt-Flächen mittels der Stahl-Armierung einer Betonplatte zu bilden.In FIG. 2, a winding according to the second embodiment. The winding 9 shown is composed of a first side plate 10 , a cover plate 11 , a second side plate 12 and the base plate 5 , side plate 10 , cover plate 11 , side plate 12 and base plate 5 being connected to one another to form the desired single turn. The open end faces of side plate 10 and base plate 5 are connected via connecting lines 7 , 13 to the generator / oscillator 8 . The side plates 10 , 12 and the cover plate 11 are designed in the form of a coarse or fine-mesh fabric or mesh made of an electrically conductive material, preferably a metal. Such a lattice is outlined in the side plate 12 . Likewise, it is possible to form at least individual winding sections by means of the steel reinforcement of a concrete slab.

In Fig. 3 ist eine Wicklung gemäß dritter Ausführungsform dargestellt. Bei der gezeigten Wicklung 14 sind die beiden Seitenflächen, die Bodenfläche und die Decke in Form von Wicklungsabschnitten 2, 3, 4, 15 ausgebildet, bei denen jeweils mehrere (im Ausfüh rungsbeispiel drei) Leiter in vorgegebenem Abstand parallel nebeneinander verlaufen und elektrisch parallel geschaltet sind. Der Anschluß des Generators/Oszillators 8 er folgt über Verbindungsleitungen 6, 16.In Fig. 3 a winding according to the third embodiment. In the winding 14 shown, the two side surfaces, the bottom surface and the ceiling are in the form of winding sections 2 , 3 , 4 , 15 , in each of which several (in the exemplary embodiment three) conductors run parallel next to one another at a predetermined distance and are electrically connected in parallel . The connection of the generator / oscillator 8 it follows via connecting lines 6 , 16th

In den Fig. 4 und 5 sind unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung eines Schwingkreises bzw. Resonanzkreises dargestellt. Die Ausführung der Wicklungen ist wie unter Fig. 3 erläutert. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Resonanzkon densator 17 in die Verbindungsleitung 16 zwischen Generator/Oszillator 8 und dem Ende des Wicklungsabschnitts 2 geschaltet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist in Serie zu jedem der parallel nebeneinander verlaufenden und elektrisch parallel ge schalteten Leiter ein eigener Resonanzkondensator 18, 19, 20 geschaltet. Selbstver ständlich können auch bei den weiteren Ausführungsarten der Wicklungsabschnitt- Flächen (als vollflächige Platte, mit Gitterstruktur) Resonanzkreise realisiert werden, was vorzugsweise in der gemäß Fig. 4 gezeigten Art und Weise erfolgt.In Figs. 4 and 5 different possibilities are shown for the implementation of a resonant circuit or resonant circuit. The execution of the windings is as explained in Fig. 3. In the embodiment according to FIG. 4, a resonance capacitor 17 is connected in the connecting line 16 between generator / oscillator 8 and the end of the winding section 2 . In the embodiment according to FIG. 5, a separate resonance capacitor 18 , 19 , 20 is connected in series with each of the parallel parallel and electrically parallel conductors. Of course, resonance circuits can also be implemented in the further embodiments of the winding section surfaces (as a full-surface plate, with a lattice structure), which is preferably done in the manner shown in FIG. 4.

In Fig. 6 ist eine Wicklung mit lokaler Zusatzwindung dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Wicklung 14 in der unter Fig. 5 gezeigten Ausführungsart, wobei eine lokale Zusatzwicklung 21 innerhalb des von den Wicklungsabschnitt-Flächen bzw. Wicklungs abschnitten 2, 3, 4, 15 umschlossenen Raumes angeordnet und mit der Wicklung 14 elektrisch verbunden ist. Zweckmäßig ist ein Resonanzkondensator 22 zwischen Gene rator/Oszillator 8 und Zusatzwicklung 21 geschaltet. Die vorzugsweise aus mehreren Windungen bestehende Zusatzwicklung 21 erzeugt lokal höhere Felddichten des Ma gnetfeldes.In Fig. 6 a winding is shown with a local additional turn. This is a winding 14 in the embodiment shown in FIG. 5, a local additional winding 21 being arranged within the space enclosed by the winding section surfaces or winding sections 2 , 3 , 4 , 15 and electrically connected to the winding 14 is. A resonance capacitor 22 is expediently connected between the generator / oscillator 8 and the additional winding 21 . The additional winding 21, which preferably consists of several turns, generates locally higher field densities of the magnetic field.

Bei entsprechender Abstimmung von Betriebsfrequenz und Länge der Anordnung so wie entsprechendem Abschluß kann die vorgeschlagene Wicklung bzw. das System als Streifenleiter betrieben werden, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverteilung auch bei hohen Frequenzen erreichen läßt.With appropriate coordination of operating frequency and length of the arrangement like this as a corresponding conclusion, the proposed winding or system as Strip lines are operated, which results in an even field distribution can be reached at high frequencies.

Claims

1. winding ( 1 , 9 , 14 ) for emitting a magnetic field, consisting of a single turn, which is made up of several individual winding surfaces ( 2 , 3 , 4 , 5 , 10 , 11 , 12 , 15 ) predetermined Comprises lengths and widths that are electrically connected and enclose a space of a given shape.

2. Winding according to claim 1, characterized in that at least one winding section surface ( 5 ) is designed as a full-surface plate made of an electrically conductive material, preferably a metal.

3. Winding according to claim 1, characterized in that at least one winding section surface ( 10 , 11 , 12 ) in the form of a coarse or fine-meshed fabric or mesh made of an electrically conductive material, preferably a metal, is formed.

4. Winding according to claim 1, characterized in that at least one winding section surface ( 2 , 3 , 4 , 15 ) is formed by a plurality of conductors which run parallel next to one another at a given distance and are electrically connected in parallel.

5. Winding according to claim 1, characterized in that at least one Winding section area is formed by the steel reinforcement of a concrete slab.

6. Winding according to one of the preceding claims, characterized by an integration of the winding section surfaces ( 2 , 3 , 4 , 5 , 10 , 11 , 12 , 15 ) in Fußbo the, side walls and ceiling of a machine hall.

7. Winding according to one of the preceding claims, characterized in that at least one local additional winding ( 21 ) is arranged within the space in front of a given shape and is electrically connected to the winding ( 1 , 9 , 14 ).

8. System for generating a magnetic field with a winding ( 1 , 9 , 14 ), consisting of a single turn, which consists of several individual winding section surfaces ( 2 , 3 , 4 , 5 , 10 , 11 , 12 , 15 ) predetermined lengths and widths composed, which are electrically connected to each other and enclose a space of a predetermined shape, the single turn via connecting lines ( 6 , 7 , 13 , 16 ) is connected to a generator / oscillator ( 8 ).

9. System according to claim 8, characterized in that at least one resonance capacitor ( 17 , 18 , 19 , 20 ) between the winding ( 1 , 9 , 14 ) and generator / oscillator ( 8 ) is connected.

10. System according to claims 7 and 9, characterized in that the arranged within the space predetermined shape local additional winding ( 21 ) via its own resonance capacitor ( 22 ) with the generator / oscillator ( 8 ) is connected.