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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Systems zur berührungslosen
Energieübertragung,
ein System zur berührungslosen
Energieübertragung
und einen Übertragerkopf.
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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 Schwingkreises
bewirkt, wodurch eine weitere Zunahme von Strom und Spannung verhindert
wird.
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Aus
der
EP 0433 752 A1 ist
ein induktiver Koppler bekannt, bei dem der Hauptfluss der Sekundärspule nicht
nur durch den sekundärseitigen
Kern geht sondern auch durch primärseitige Komponenten. Des Weiteren
geht der sekundärseitige
magnetische Kreis im Nennbetrieb in Sättigung. Nachteilig ist dabei,
dass die Ausgangsspannung nicht gut stabilisierbar ist. Außerdem muss
das System stark gekoppelt sein, also darf nur wenig Fluss verloren
gehen zwischen Primärteil
und Sekundärteil.
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Auch
aus der
GB 2 136 635
A sind ähnliche schwach
gekoppelte Systeme bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Übertragerkopf und ein System
zur berührungslosen
Energieübertragung
weiterzubilden mit einer verbesserten Belastungskennlinie der Ausgangsspannung,
insbesondere mit einfachen und kostengünstigen Mitteln.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1, bei dem Übertragerkopf
nach die in Anspruch 4 oder 5 und bei dem System nach den in Anspruch
6 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige
Merkmale der Erfindung sind, dass der Übertragerkopf für ein System
zur berührungslosen
Energieübertragung
derart ausgeführt
ist und betrieben wird, dass der Übertragerkopf mindestens eine
Sekundärwicklung
umfasst, wobei die sekundärseitige
Streuinduktivität
Sättigungseigenschaften aufweist
oder dass der Sekundärwicklung
eine Sättigungseigenschaften
aufweisende Induktivität
in Reihe nachgeschaltet ist. Insbesondere ist der Übertragerkopf
für ein
System zur berührungslosen
Energieübertragung gedacht, bei dem ein langgestreckter Primärleiter
vorgesehen ist, der induktiv gekoppelt ist, insbesondere schwach
gekoppelt, mit dem relativ zum Primärleiter entlang des Primärleiters
bewegbaren Übertragerkopf.
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Außerdem umfasst
der Übertragerkopf
mindestens eine Sekundärwicklung,
wobei
ein erster magnetischer Kreis den Primärleiter umschließt und auch
Teile des Übertragerkopfes
umfasst, wie Bereiche des magnetischen Kerns, um welchen die Sekundärwicklung
herum gewickelt ist,
wobei ein zweiter magnetischer Kreis nur
mit dem Übertragerkopf
mitbewegbare Teile, wie Bereiche eines magnetischen Kerns, umfasst,
wobei
der zweite magnetische Kreis bei Nennbetrieb Sättigungseigenschaften aufweist
der erste Kreis jedoch nicht. Der erste Kreis umfasst dabei den
Hauptfluss der Sekundärspule.
Der zweite Kreis kann
- – entweder durch eine zweite
Induktivität,
welche der Sekundärspule
in Reihe nachgeschaltet ist, realisiert werden
- – oder
durch Ferrit- oder anderes Kernmaterial, das zumindest einen Teil
des sekundärseitigen Streuflusses
bündelt
und/oder keinen Hauptfluss führt.
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Von
Vorteil ist bei der Erfindung, dass die Ausgangsspannung der Anpassschaltung
stabilisierbar ist. Insbesondere fällt die Ausgangsspannung bei Belastung
nur wenig ab. Dies gilt ganz besonders bei Vergleich mit einem System,
das keine Sättigungseigenschaften
aufweisende Induktivitäten
umfasst. Dabei ist stets zu beachten, dass die Erfindung für schwach
gekoppelte Systeme, also Systeme mit langgestrecktem Primärleiter
vorgesehen ist. Dabei umgeben die Schenkel des Ferrit- und/oder
Kernmaterials des Übertragerkopfes
den Primärleiter
oder umschließen
ihn zumindest teilweise. Aber auch bei etwas größerem Abstand funktioniert
die Erfindung noch, da sie für
eine schwache Kopplung ausgelegt ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Übertragerkopf mit einer Anpassschaltung
verbunden ist, die eine Ausgangsspannung für Verbraucher zur Verfügung stellt.
Von Vorteil ist dabei, dass eine passive Anpassschaltung verwendbar
ist, die nur Kondensatoren und Induktivitäten umfasst, nicht aber Transistoren,
Mikrocontroller oder elektronische Leistungshalbleiter und dergleichen.
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Bei
dem System zur berührungslosen
Energieübertragung
ist wichtig, dass es mindestens einen Primärleiter umfasst, der induktiv
koppelbar mit einem Übertragerkopf
nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche ist, wobei die Anpassschaltung
einen Kondensator umfasst, der mit der sekundärseitig bezogenen Hauptfeldinduktivität und der
sekundärseitige
Streuinduktivität
Lσ2 auf
Resonanz mit der Mittelfrequenz des Stromes im Primärleiter
abgestimmt ist.
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Von
Vorteil ist dabei, dass eine große Leistung übertragbar
ist und die Verluste verringert sind. Es ist also ein hoher Wirkungsgrad
bei dem gesamten System realisierbar.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind abhängig von der Leistungsaufnahme
des von der Anpassschaltung versorgten Verbrauchers solche Arbeitspunkte
vorgesehen, bei denen Teile der Sättigungszone der B-H-Kennlinie
der Streuinduktivität oder
der nachgeschalteten Induktivität
durchlaufen werden. Darüber
hinaus ist der Primärleiter
mit einer mittelfrequenten Stromquelle verbunden, insbesondere von
dieser versorgt.
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Der Übertragerkopf
ist mit einer Anpassschaltung verbunden, die eine Ausgangsspannung für Verbraucher
zur Verfügung
stellt. Dabei umfasst die Anpassschaltung mindestens einen Kondensator, der
mit der Induktivität
des Übertragerkopfes und/oder
der nachgeschalteten Induktivität
im Wesentlichen einen Serien- oder Parallel-Schwingkreis bildet.
Insbesondere ist die Anpassschaltung nach mindestens einem der Ausführungsbeispiele
der
DE 103 39 340.4 aufgebaut,
wobei der dortige Kondensator C
K von der
vorliegenden Anpassschaltung umfasst ist. Die Auslegung und Dimensionierung
der Anpassschaltung samt Kondensator C
K derart
ausgeführt
ist, dass der Übertragerkopf
mit einem Kondensator einen Schwingkreis bildet. Die Resonanzfrequenz
des Schwingkreises entspricht der Frequenz des Stromes im Primärleitersystem
dann, wenn der durchlaufene Anteil in der Sättigungszone einen speziellen
Wert erreicht. Vorteiligerweise beträgt der genannte durchlaufene
Anteil 80%, liegt aber zumindest zwischen 60% und 95%. Bei Nichtentnahme
von Leistung für
den von der Anpassschaltung versorgten Verbraucher ist abhängig von
der Leistungsaufnahme des von der Anpassschaltung versorgten Verbrauchers
ein Arbeitspunkt vorgesehen, bei welchem keine Teile der Sättigungszone
der B-H-Kennlinie der Streuinduktivität oder der nachgeschalteten
Induktivität
durchlaufen werden.
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Bei
dem System werden vorteiligerweise abhängig von der Leistungsaufnahme
des von der Anpassschaltung versorgten Verbrauchers solche Arbeitspunkte
vorgesehen, bei denen Teile der Sättigungszone der B-H-Kennlinie
der Streuinduktivität oder
der nachgeschalteten Induktivität
durchlaufen werden. Insbesondere ist der Arbeitspunkt bei zulässiger,
möglichst
maximal, übertragbarer
Leistung, derart vorgesehen, dass Teile der Sättigungszone der B-H-Kennlinie der Streuinduktivität oder der nachgeschalteten
Induktivität
durchlaufen werden. Der Arbeitspunkt bei Leerlauf oder geringer
Leistungszufuhr der sekundärseitig
zu versorgenden Last ist derart vorgesehen, dass keine Teile der
Sättigungszone
der B-H-Kennlinie
der Streuinduktivität oder
der nachgeschalteten Induktivität
durchlaufen werden.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den Ansprüchen.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In
der 1a ist das Ersatzschaltbild eines Übertragerkopfes
U1 gezeigt, der eine Anpassschaltung 10 zur Bereitstellung
einer unipolaren Gleichspannung UA versorgt.
Dabei wird der Übertragerkopf von
einem Primärleiterstrom
I0 gespeist.
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Dabei
ist mit Lσ1 die
primärseitige
Streuinduktivität
und mit Lσ2 die
sekundärseitige
Streuinduktivität
bezeichnet. Die sekundärseitig
bezogene Hauptfeldinduktivität
ist mit Lh bezeichnet.
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In
der 1b ist das Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Übertragerkopfes
U1 gezeigt. Im Unterschied zu dem Übertragerkopf nach 1a ist
nun der Übertragerkopf
derart ausgeführt,
dass die sekundärseitige
Streuinduktivität
Lσ2 bei
geringem sekundärseitigem Übertragerkopfstrom
eine hohe Induktivität
aufweist und bei zunehmendem sekundärseitigem Übertragerkopfstrom sich verringert
aufgrund der erwähnten
eintretenden Sättigung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur berührungslosen
Energieübertragung
umfasst nicht nur die Anpassschaltung sondern auch den von dieser versorgten
Verbraucher.
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Die
sekundärseitig
bezogene Hauptfeldinduktivität
Lh betrifft Feldlinien, die Primärleiter
und Sekundärwicklung
umschließen.
Die sekundärseitig Streuinduktivität Lσ2 betrifft
hingegen Feldlinien, die allein die Sekundärwicklung umschließen, nicht
aber den Primärleiter.
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Eines
der wesentlichen Merkmale der Erfindung ist, dass sekundärseitig
eine Induktivität,
beispielsweise die Streuinduktivität oder eine zusätzlich seriell
vorgesehene Induktivität
L3 nach 2, vorgesehen
ist, die Sättigungseigenschaften
aufweist. Mindestens einige der zugehörigen Feldlinien gehen also
durch ein Material, das eine wesentlich größere magnetische Permeabilität aufweist
als Luft. Beispielsweise kann hier vorteiligerweise dasselbe Material
verwendet werden wie für
den Kern des Übertragerkopfes.
Wichtig ist dabei auch, dass die Hauptfeldinduktivität noch nicht
die Sättigungszone
erreicht, wenn die Streuinduktivität in Sättigung ist.
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Die
Ausführung
des Kerns des Übertragerkopfes
als U, als E oder als C oder als E mit einer am Mittelschenkel des
E zusätzlichen,
senkrecht angeordneten Platte ist für die Erfindung von nachrangiger Bedeutung.
Wesentlich ist, dass die sekundärseitige Streuinduktivität Lσ2 Sättigungseigenschaften
aufweist. Dies trifft für
den vorgesehenen und zulässigen Arbeitsbereich
des Übertragerkopfes
zu, wobei die Hauptinduktivität
noch nicht die Sättigungszone
erreicht.
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Mittels
der Dimensionierung und Optimierung der Konstruktion und Auslegung
des Übertragerkopfes
ist somit die sekundärseitige
Streuinduktivität
Lσ2 und/oder
die zusätzliche,
seriell hinzugefügte L3 nach 2 vorgebbar.
Durch die Vorgabe von Lσ2 und/oder L3 mit
deren Sättigungseigenschaften
ist die belastungsabhängige
Kennlinie der Ausgangsspannung der Anpassschaltung beeinflussbar.
Dies gilt allerdings nur für
Anpassschaltungen mit Blindleistungskompensation. Beispielhaft sind
untenstehend erläuterte
Anpassschaltungen einsetzbar.
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Vorteiligerweise
verbessert sich bei Vorhandensein der sekundärseitigen Sättigungseigenschaften der Lσ2 oder
L3 die Kopplung bei steigender Belastung
im Vergleich zur Kopplung bei geringer Belastung. Die Kopplung sei
dabei: Lh/(Lσ2 +
Lh) beziehungsweise Lh/(L3 + Lh). Da primärseitig
eine Stromeinspeisung vorliegt, macht diese Definition der Kopplung
Sinn und beschreibt das Verhältnis: (w2·I2k)/(w1·I1), wobei w1 die
primärseitige
Windungszahl und w2 die sekundärseitige
Windungszahl und I2k den Sekundärstrom bei
sekundärseitigem
Kurzschluss bezeichnet. Die primärseitige
Streuinduktivität
Lσ1 hat
keinen Einfluss auf die Kopplung.
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Bei
entsprechender Auslegung verbessert sich mit zunehmender Sättigung
und dadurch verringerter effektiver Induktivität auch die Resonanzabstimmung
des Übertragerkopfes.
In Verbindung mit einer passiven Anpassschaltung wirkt bei Belastung die
verbesserte Kopplung und Resonanzabstimmung einer Ausgangsspannungsabnahme
entgegen. Dadurch wird die Ausgangsspannungskennlinie der Anpassschaltung
stabilisiert. Dies bedeutet, dass innerhalb des Arbeitsbereiches
mit zunehmender Belastung die Ausgangsspannung der Anpassschaltung sich
weniger verändert
als bei Verwendung eines Übertragerkopfes
ohne sekundärseitige
Sättigungseigenschaft.
Somit kann dem Verbraucher eine konstant haltbarere Spannung zur
Verfügung
gestellt werden.
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Der
Arbeitspunkt des Übertragerkopfes
bezüglich
der Spannung ist gekennzeichnet durch die Amplitude der Übertragerkopfspannung
im elektrisch eingeschwungenen Zustand. Vorzugsweise ist der Spannungsverlauf
dabei sinusförmig
vorgesehen. Unter Arbeitsbereich wird die Gesamtheit aller möglichen
Arbeitspunkte verstanden. Beispielsweise ist der Übertragerkopf
bei einem Arbeitsbereich von 700 V vorgesehen für mögliche Arbeitspunkte mit Spannungsamplituden
von 0 bis 700 V vorgesehen. Der Arbeitsbereich bezüglich der
Ströme
und magnetischen Größen ist
analog zu verstehen.
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Besonders
vorteilhaft ist es also, dass im Nennbetrieb des Übertragerkopfes,
also bei Übertragung
der vorgesehenen Leistung durch den Übertragerkopf, sekundärseitig
Sättigung
auftritt und im Hauptfeld keine Sättigung auftritt. Dies heißt, dass Feldlinien,
welche zur sekundärseitigen
Streuinduktivität
Lσ2 beitragen,
mindestens abschnittsweise durch gesättigtes Material hindurchtreten,
durch welches die zum Hauptfeld gehörenden Feldlinien nicht hindurchtreten.
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Die
Anpassschaltung ist in verschiedenen Formen ausführbar. In einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
ist die Anpassschaltung gemäß
DE 100 53 373 A1 mit
einem aktiven elektronisch anstsuerbaren Schalter ausführbar.
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Alternativ
ist die Anpassschaltung nach
DE 103
39 340 , insbesondere nach den dort beschriebenen Merkmalen,
ausführbar.
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In
den weiteren Figuren sind verschiedene Realisierungen zur Erzeugung
von Sättigungseigenschaften
der sekundärseitigen
Induktivität
gezeigt.
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In 3 und 3a ist
ein Kern 1 des U-förmigen Übertragerkopfes
gezeigt, um dessen ersten Schenkel die Sekundärwicklung 2 gewickelt
ist. Die Ferritkern-Teile 3 und 4 bieten den Streufeldlinien
einen Weg, der wegen der Verwendung des Ferrit-Materials beiden
Teilen 3 und 4 Sättigungseigenschaften aufweist.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist auch der andere Schenkel des U mit einer Wicklung bewickelbar
und spiegelsymmetrisch auf der anderen Außenseite des Kerns 1 des Übertragerkopfes
ebenfalls ein Weg für
Streufeldlinien durch Teile 3 und 4 vorsehbar.
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In 4 und 4a ist
ein Kern 1 des U-förmigen Übertragerkopfes
gezeigt, um dessen ersten Schenkel wiederum die Sekundärwicklung 2 gewickelt
ist. Die Ferritkern-Teile 21 bieten den Streufeldlinien
einen Weg um die Wicklungsdrähte
herum. Bei 4 ist dieser jedoch stirnseitig
vorgesehen.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist auch der andere Schenkel des U mit einer Wicklung bewickelbar
und spiegelsymmetrisch auf der anderen Stirnseite des Kerns 1 des Übertragerkopfes
ebenfalls ein stirnseitiger Weg 21 vorsehbar.
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In 5 ist
ein Kern 32 des E-förmigen Übertragerkopfes
gezeigt, um dessen Mittel Schenkel wiederum die Sekundärwicklung 31 gewickelt
ist. Die Ferritkern-Teile 33 bieten den Streufeldlinien
einen Weg um die Wicklungsdrähte
herum. Bei 5 ist dieser stirnseitig vorgesehen.
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Bei
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist auch die andere Stirnseite des E mit Ferritkern-Teilen 33 vorsehbar.
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Die
Sättigungseigenschaften
treten nur in einem kleinen räumlich
begrenzten Bereich auf. Somit sind die Hystereseverluste verringert.
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Die
Ferritkern-Teile 4, 21, 33 sind bei weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
nicht nur als Quader sondern auch als Quader 41 mit Verengung 42 gemäß 6 ausführbar. Somit
lassen sich die Sättigungseigenschaften
auf diese Weise vorteilhaft beeinflussen und die Ausgangsspannungskonstanz
für den
Verbraucher weiter verbessern. Formgebung des Engpasses, insbesondere
die kleinste Querschnittsfläche
bestimmt wesentlich die Sättigungseigenschaften
mit. Mit dieser Verengung 42 lässt sich ganz gezielt die Sättigung
auf den kleinen Bereich, nämlich
den räumlichen
Bereich der Verengung, begrenzen.
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Alternativ
sind auch Luftspalte in dem die Ferritkern-Teile 4, 21, 33 umfassenden
Weg der Streufeldlinien vorteiligerweise vorsehbar. Auch dadurch
ist das Sättigungsverhalten
beeinflussbar.
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Wesentlicher
Unterschied zum Stand der Technik, wie beispielsweise
EP 1 032 963 B1 , ist, dass
bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
der Arbeitsbereich auch solche Arbeitspunkte umfasst, bei denen
sowohl die lineare Zone als auch Teile der Sättigungszone durchlaufen werden.
Zu diesen Arbeitspunkten gehört
vorzugsweise auch der Nennbetrieb.
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Dabei
ist zu beachten, dass der Wechselstrom je nach Amplitude pro Periode
nicht nur ein Durchlaufen der linearen Zone der Magnetisierungskennlinie
gemäß 8 um
den Nullpunkt herum bewirkt sondern bei entsprechend großer Amplitude auch
ein teilweises Durchlaufen der Sättigungszone bewirkt.
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Somit
ist eine über
die Periodendauer gemittelte wirksame Induktivität vorhanden, die bei zunehmender
Amplitude des Stromes geringere Werte aufweist, da die Steigung
der Kennlinie in der Sättigungszone
geringer ist als im Bereich um den Nullpunkt herum, also in der
linearen Zone.
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Je
größer im jeweiligen
Arbeitspunkt der durchlaufene Anteil der Sättigungszone ist, desto kleiner
ist der Wert dieser effektiven Induktivität.
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Die
Auslegung und Dimensionierung der Anpassschaltung 10 ist
derart ausgeführt,
dass der Übertragerkopf
mit einem Kondensator einen Schwingkreis bildet, wobei die Resonanzfrequenz der
Frequenz des Primärleiterstroms
dann entspricht, wenn der durchlaufene Anteil der Sättigungszone
einen speziellen prozentualen Wert erreicht. Vorteiligerweise ist
dann ist auch die maximal zulässige
Leistung und/oder Nennleistung übertragbar. Vorzugsweise
ist der genannte Anteil 80%, zumindest aber zwischen 60% und 95%.
Bei 80% heißt dies,
dass Spitzenwerte der Feldstärke
H erreicht werden, die fünfmal
größer sind
als derjenige Wert der Feldstärke
H, bei dem Sättigung
eintritt.
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Wenn
lastseitig keine Leistung zu entnehmen ist, liegt der Arbeitspunkt
derart, dass ausschließlich
Teile der linearen Zone der B-H-Kennlinie umfasst sind.
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Die
lineare Zone umfasst bezüglich
der Feldstärke
H weniger als 20% derjenigen Feldstärke, bis zu der im größten Arbeitspunkt
des Arbeitsbereiches ausgesteuert wird. Mittels der B-H-Kennlinie ist jedem
Wert an magnetischer Flussdichte B ein Feldstärke-Wert H zugeordnet.
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In
diesem größten Arbeitspunkt
umfasst der durchlaufene Feldstärke-Bereich
auch einen Teil der Sättigungszone.
Dies ist in 8 dargestellt. Auf diese Weise
wird eine Verbesserung der Spannungskennlinie der Anpassschaltung
erreichbar, wenn eine entsprechende spezielle Anpassschaltung angeschlossen
ist, von der aus die Last versorgbar ist. Insbesondere ist die Anpassschaltung
passiv, also nur unter Verwendung von passiven Bauelementen ausgeführt.
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Vorteilhaft
verwendbare Beispiele einer solchen Schaltung sind aus den
1 und
2 samt zugehörigen Beschreibungsteilen
der
DE 103 39 340.4 bekannt.
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In 9 ist
eine passive Anpassschaltung gezeigt, die einen Parallelschwingkreis
umfasst, bei welchem die Hauptinduktivität zusammen mit der sekundärseitigen
Streuinduktivität
des Übertragerkopfes
eine Resonanzfrequenz aufweisen mit dem Kompensationskondensator
CK, wobei diese Komponenten derart dimensioniert
sind, dass die Resonanzfrequenz der Frequenz des Primärleiterstroms
gleicht.
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Nachgeschaltet
ist eine stromgesteuerte Spannungsquelle, die in einfacher Weise
mittels eines Parallelkondensator C
P und
einer Parallelinduktivität
L
P realisiert ist. Der Blindstromkompensationskondensator
C
BK hat den gleichen Kapazitätswert wie der
Parallelkondensator C
P. Parallelkondensator
C
P und Parallelinduktivität L
P sind ebenfalls auf die Resonanzfrequenz
abgestimmt, also
wobei f
Res der
Frequenz des Primärleiterstromes
entspricht. Außerdem
ist die Ausgangsspannung U
A dieser stromgesteuerten
Spannungsquelle gegeben durch
wobei I
E der
Eingangsstrom ist. Die Ausgangsspannung U
A liegt
an dem nachfolgend vorgesehenen Gleichrichter an, der eine unipolare
Versorgungsspannung für
einen an ihm angeschlossenen Verbraucher zur Verfügung stellt.
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In 10 ist
eine passive Anpassschaltung gezeigt, die einen Serienschwingkreis
umfasst, bei welchem die Hauptinduktivität zusammen mit der sekundärseitigen
Streuinduktivität
des Übertragerkopfes
eine Resonanzfrequenz aufweisen mit dem Serienkondensator CS, wobei diese Komponenten derart dimensioniert
sind, dass die Resonanzfrequenz der Frequenz des Primärleiterstroms
gleicht.
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Der
Serienkondensator CS bildet zusammen mit
den genannten Induktivitäten
eine stromgesteuerte Spannungsquelle. Nachgeschaltet ist die Blindstromkompensationsinduktivität LBK, welche am Eingang des Gleichrichters
vorgesehen ist. Der nachfolgend vorgesehene Gleichrichter stellt
für einen
an ihm angeschlossenen Verbraucher eine unipolare Versorgungsspannung
zur Verfügung.
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Das
gesamte System ist also bei der Erfindung derart ausgelegt und dimensioniert,
dass für
die sekundärseitige
oder zusätzlich
vorgesehene Sättigungsinduktivität im zulässigen Betrieb
die Sättigungszone
stets erreichbar ist. Die der Frequenz des Primärstromes gleichende Resonanzfrequenz
wird im Sekundärteil
mit Übertragerkopf,
also mit Pickup-Spule, erst erreichbar, wenn der Arbeitspunkt derart
liegt, dass ein Teil der Sättigungszone
durchlaufen wird.
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- 1
- U-förmiger Kern
eines Übertragerkopfes
- 2
- Sekundärwicklung
- 3
- Ferritkern-Teil
- 4
- Ferritkern-Teil
- 10
- Anpassschaltung
- 21
- Ferritkern-Teile
- 31
- Sekundärwicklung
- 32
- E-förmiger Kern
eines Übertragerkopfes
- 33
- Ferritkern-Teile
- IO
- Stromquelle
- Lh
- sekundärseitig
bezogene Hauptfeldinduktivität
- Lσ2
- sekundärseitig
Streuinduktivität
- Lh
- seriell
eingefügte
Induktivität
- U1
- Übertragerkopf
- CK
- Kompensationskondensator
- CP
- Parallelkondensator
- CS
- Serienkondensator
- LP
- Parallelinduktivität
- CBK
- Blindstromkompensationskondensator
- LBK
- Blindstromkompensationsinduktivität