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Die
Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung.
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Aus
der
DE 100 53 373
A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen
Energieübertragung
bekannt. Ähnliche
Verfahren sind aus der
DE
197 35 624 C1 bekannt. Ein U-förmiger Übertragerkopf für solche
Verfahren ist in der
DE
195 12 107 A1 beschrieben, insbesondere in der
8 und der zugehörigen Beschreibung. Um die
beiden Schenkel des U ist jeweils eine Wicklung gelegt, wobei diese
Wicklungen seriell geschaltet sind. Die Sättigungseigenschaften des U
bestimmen die maximal übertragbare
Leistung wesentlich mit. Die sekundärseitige Streuinduktivität bezieht
sich auf nicht um den Primärleiter
laufende Feldlinien.
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Aus
der WO 92/17929 ist eine andere Vorrichtung bekannt, bei der ein
E-förmiger
Kern des Übertragerkopfes
zum Einsatz kommt, wie in 10 dargestellt
ist. In Bewegungsrichtung, also stirnseitig, läuft die Wicklung ein wenig
im Außenbereich.
Auch hier existiert wiederum eine nicht-verschwindende sekundärseitige
Streuinduktivität.
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Bei
den genannten Anordnungen weist die sekundärseitige Streuinduktivität innerhalb
des vorgesehenen Nennbetrieb-Bereichs keine Sättigung auf. Dies liegt daran,
dass die zugehörigen
Feldlinien großenteils
durch Luft verlaufen, die keine Sättigungseigenschaften aufweist.
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Der
Querschnitt des Materials, das vom Hauptfeld durchsetzt wird, bestimmt
die maximal übertragbare
Leistung ebenfalls wesentlich mit. Sobald dieses Material in Sättigung
kommt, ist die Zunahme der Übertragerkopfspannung
begrenzt. Dabei ist primärseitig
eine Stromeinprägung
in den Primärleiter
vorausgesetzt, der als Linienleiter ausgebildet ist.
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Bei
allen Verfahren werden die Übertragerköpfe direkt
oder indirekt mit einer Anpassschaltung verbunden, die Stromquelleneigenschaften
in Spannungsquelleneigenschaften umwandelt und einem anschließbaren Verbraucher
eine Versorgungsspannung zur Verfügung stellt. Dabei gibt es
zwei Sorten von solchen Anpassschaltungen. Eine erste findet sich
beispielhaft in der
1 und
2 der
DE 198 56 937 A1 ,
wobei die Anpassschaltung passiv ausgeführt ist, also keine elektronischen,
aktiv gesteuerten Halbleiterschalter umfasst. Als Verbraucher ist
ein Gleichrichter mit nachfolgend zu versorgender Last anschließbar. Nachteilig
ist dabei, dass bei steigender Belastung die Ausgangsspannung stark
absinkt. Ein zweite Sorte von Anpassschaltungen findet sich beispielhaft
in der
3 DE 197 35 624 C1 , wobei die
Anpassschaltung aktiv ausgeführt
ist, also elektronische, aktiv gesteuerte Halbleiterschalter umfasst.
Nachteilig ist dabei, dass eine aufwendige Regelung notwendig ist.
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Aus
der
EP 1 032 963 B1 ist
eine sekundärseitig
vorgesehene Sättigungsinduktivität bekannt. Dabei
befindet sich die Induktivität
im Normalbetrieb nicht im Sättigungsbereich
sondern im näherungsweise
linearen Bereich um den Nullpunkt der B-H-Kennlinie herum, also
der Fluss-Feldstärke-Kennlinie.
Das gesamte System ist also derart ausgelegt und dimensioniert,
dass im zulässigen
Betrieb der Sättigungsbereich
nicht erreicht wird. Wenn Spannung des Übertragerkopfes, also der Pickup-Spule,
und Strom im Übertragerkopf
zulässige Werte überschreiten,
kommt die Induktivität
in Sättigung,
so dass die effektiv wirksame Induktivität eine Verstimmung des Resonanzkreises
bewirkt, wodurch eine weitere Zunahme von Strom und Spannung verhindert
wird.
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Ein
oder mehrere Primärleiter
sind von einer Befestigungsvorrichtung gehalten. In der Nähe oder in
der Befestigungsvorrichtung können
sich auch Stahlteile befinden. Je nach Entfernung erreichen diese
Stahlteile wegen den in ihnen angeregten Wirbelströmen sehr
hohe – teilweise
auch gefährlich hohe
Temperaturen. Bei solchen Anlagen darf nachteiligerweise nur wenig
Energie übertragen
werden, damit die Temperatur im erlaubten Bereich bleibt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur berührungslosen
Energieübertragung
weiterzubilden, wobei der Wirkungsgrad verbessert ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei der Vorrichtung und ein Verfahren zur Befestigung einer Hohlwelle
oder eines Hohlteiles auf einer Vollwelle nach den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wesentliche
Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung zur berührungslosen
Energieübertragung
sind, dass sie mindestens einen langgestreckten Primärleiter
und einen die Sekundärwicklung
umfassenden Übertragerkopf
umfasst,
wobei der Übertragerkopf
relativ zu den Primärleitern und
entlang der Primärleiter
bewegbar angeordnet ist,
wobei die Primärleiter von einer Befestigungsvorrichtung
gehalten sind,
wobei die Befestigungsvorrichtung isolierende
Halterungen umfasst, die mit metallischen Komponenten direkt oder
indirekt verbunden sind,
wobei an den metallischen Komponenten
Aluminium-Bleche zur Verringerung der ohmschen Wirbelstromverluste
vorgesehen sind.
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Von
Vorteil ist dabei, dass mit kleinen Blechen Abschirmung erzielbar
ist, die die hohen Temperaturen verhindert. Somit ist mehr Leistung übertragbar
bei gleicher Vorrichtung. Außerdem
sind kostengünstige
Befestigungsvorrichtungen aus Stahl verwendbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Primärstrom in den Primärleitern
mittelfrequent, insbesondere weist er eine Frequenz zwischen 10
und 100 kHz auf. Von Vorteil ist dabei, dass elektronische Leistungsschalter,
wie IGBT oder ähnliche,
verwendbar sind zur Erzeugung des Primärstromes.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind als Primärleiter ein Hinleiter und ein
Rückleiter
vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass kostengünstige und auch abgeschirmte
Leitungen, wie Standardkabel oder dergleichen, für die Stromleitung verwendbar sind.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Übertragerkopf geringere Dicke
auf als er in Fahrtrichtung und quer zur Fahrtrichtung ausgedehnt ist,
wobei die Dicke in Richtung des minimalen Abstandes zu den Primärleitern
gemessen ist. Von Vorteil ist dabei, dass somit ein sehr flacher Übertragerkopf
verwendbar ist und der benötigte
Bauraum an der Unterseite des Wagens sehr gering ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen der Hinleiter und Rückleiter
zueinander einen größeren minimalen
Abstand auf als jeweils zu dem Übertragerkopf.
Von Vorteil ist dabei, dass die Kopplung sehr gut ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Aluminium-Bleche eine
Dicke zwischen 2 mm und 6 mm auf, insbesondere zwischen 3 und 5
mm. Von Vorteil ist dabei, dass überraschenderweise
sehr dünne
Bleche schon genügend
abschirmende Wirkung erzielen und die in ihnen angeregten Wirbelströme keine
hohen Temperaturen bewirken. Die Wirbelströme sind sozusagen transferiert
von den ohne die Bleche wirksamen Wirbelströmen im Stahl auf die bei der
Erfindung nun in den Blechen wirksamen Wirbelströmen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Aluminium-Bleche in Fahrtrichtung
soweit ausgedehnt wie die metallischen Teile, an denen sie angebracht
sind. Von Vorteil ist dabei, dass kostengünstige Stahlteile für die Befestigungsvorrichtung
verwendbar sind. Nur bei zu den Primärleitern besonders nahen Stahlteilen
ist eine solche Abschirmung mit Blechen notwendig. Die gesamte Anlage
muss also nicht aus Aluminium hergestellt werden sondern es genügen einige
kleine zusätzliche
Aluminiumbleche.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Aluminium-Bleche quer
zur Fahrtrichtung ausgedehnt 1,3 fach bis 1,7fach, vorzugsweise
1,5 fach, ausgedehnt wie der Übertragerkopf.
Von Vorteil ist dabei, dass für
den Fachmann überraschenderweise nur
eine etwa anderthalbfache Ausdehnung völlig ausreicht um eine praktisch
genügend
wirksame Abschirmung zu erreichen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die metallischen Teile Querstreben
der Befestigungsvorrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass die Fahrtschienen
mit diesen Querstreben in kostengünstiger und einfacher Weise
zusammengehalten werden und der Radabstand einhaltbar ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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- 1
- Fahrschiene
aus Stahl
- 2
- Querstrebe
aus Stahl
- 3
- Linienleiterhalter
Holz, Kunststoff
- 4
- Linienleiter
- 5
- Übertragerkopf
- 6
- Aluminiumblech
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung in
Schnittansicht symbolisch gezeichnet.
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Der Übertragerkopf 5 ist
sehr flach ausgeführt
und umfasst die Pickup-Spule, also die Sekundärspulenwicklung, welche relativ
bewegbar zu Fahrschiene 1 auf einem in der 1 nicht
gezeigten Wagen angeordnet ist.
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Die
Fahrschienen 1, auf dem die in der 1 ebenfalls
nicht gezeigten Räder
des relativ zu den Fahrschienen 1 bewegbaren Wagens vorgesehen sind,
sind aus Stahl gefertigt und entlang der Fahrtrichtung in Abständen mit
Querstreben verbunden, die ebenfalls aus Stahl gefertigt sind.
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Die
beiden Linienleiter 4 dienen der Hinleitung und Rückleitung
des mittelfrequenten Primärstromes,
wobei die Frequenz Werte aufweist im Bereich von 10 kHz bis 100
kHz, vorzugsweise 20 bis 30 kHz.
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Die
Linienleiter 4 sind gehalten durch Halterungen aus Holz
oder Kunststoff.
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Auf
den stählernen
Querstreben sind Aluminiumbleche angebracht, welche durch die Verringerung
der ohmschen Wirbelstromverluste eine zu starke Aufwärmung der
stählernen
Querstreben verhindern.
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Als
vorteilige Dimensionierung der Aluminiumbleche 6 hat sich
herausgestellt, dass eine Dicke von 2,5 mm bis 6mm, vorzugsweise
3 bis 5 mm besonders gute Verringerung der Verluste bewirkt und die
Kosten für
die Aluminiumbleche nicht zu hoch sind.
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In
Fahrtrichtung ist das Aluminiumblech vorzugsweise so lang, wie die
unter ihr sich befindende Querstrebe.
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In
Querstrebenrichtung, also quer zur Fahrtrichtung, hat sich eine
Ausdehnung als vorteilhaft erwiesen, welche 130 % bis 170%, vorzugsweise 150%,
der Ausdehnung des Übertragerkopfes 5 beträgt.