DE102007024293A1

DE102007024293A1 - Anlage

Info

Publication number: DE102007024293A1
Application number: DE102007024293A
Authority: DE
Inventors: Günter Becker; Leobald Podbielski; Klaus Schwesinger; Konstantin Wolf
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: DE102007024293B4

Abstract

Anlage, umfassend ein Primärleitersystem und zumindest eine daran entlang bewegbar angeordnete Vorrichtung, wobei die Anlage einen ersten Streckenabschnitt und zumindest einen zweiten Streckenabschnitt umfasst, wobei der zweite Streckenabschnitt von einem von einem Antrieb bewegbares Zwischenstück umfasst ist, insbesondere umfassend Schienenteilstücke, umfasst, wobei die Vorrichtung berührungslos versorgbar ist aus dem entlang der Streckenabschnitte vorgesehenen Primärleiter mittels einer von der Vorrichtung umfassten Sekundärspule, insbesondere sowohl während des Aufenthalts im ersten als auch während des Aufenthaltes im zweiten Streckenabschnitt, wobei das Primärleitersystem des ersten und das des zweiten Streckenabschnittes induktiv gekoppelt sind, insbesondere zur elektrischen Energieübertragung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage.
Aus der DE 44 46 779 C2 und der WO 92/17929 sind Verfahren und zur berührungslosen Energieübertragung bekannt, bei denen eine induktiv schwache Kopplung vorliegt.
Aus der DE 202 09 174 U1 ist eine Weichenanordnung bekannt, bei der vor dem Bereich der Weiche jeder beiden verlegten Primärleiter mit einer Schleife derart verlegt sind, dass während des Durchfahrens der Weiche die Energieversorgung nicht geschwächt wird. Dabei umfasst der Wagen einen E-förmigen Kern, dessen Mittelschenkel im mittleren Bereich zwischen den langgestreckten Primärleitungen gehalten wird.
Aus der 1 der WO 03/105306 A1 ist bekannt, ein Primärleitersystem eines zweiten Streckenabschnitts zu versorgen mittels eines Transformators aus einem ersten. Dabei sind beide Abschnitte allerdings stationär und unbeweglich verlegt. In dieser Schrift ist in 4 eine Weiche beschrieben und in der Beschreibung ein Drehkreuz angedeutet, jedoch ist kein Antrieb hierzu beschrieben.
Aus der Veröffentlichung Dr. Q. Zheng: Berührungslose Energieübertragung für den Transrapid 08. Dresdner Fachtagung Transrapid am 29.9.2005 [online]. Im Internet: http://www.transrapidtagung.de/frame-Dateien/Tagung_2005/14_Zheng. pdf ist eine berührungslose Versorgung eines Verbrauchers mit Übertragerkopf aus einem langgestreckten Primärleitersystem bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine unterbrechungsfreie oder zumindest eine unterbrechungsarme Versorgung von Verbrauchern bei der Bewegung in einer Anlage vorzusehen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale bei der Anlage sind, dass sie ein Primärleitersystem und zumindest eine daran entlang bewegbar angeordnete Vorrichtung umfasst,
wobei die Anlage einen ersten Streckenabschnitt und zumindest einen zweiten Streckenabschnitt umfasst, wobei der zweite Streckenabschnitt von einem von einem Antrieb bewegbares Zwischenstück umfasst ist, insbesondere umfassend Schienenteilstücke, umfasst,
wobei die Vorrichtung berührungslos versorgbar ist aus dem entlang der Streckenabschnitte vorgesehenen Primärleiter mittels einer von der Vorrichtung umfassten Sekundärspule, insbesondere sowohl während des Aufenthalts im ersten als auch während des Aufenthaltes im zweiten Streckenabschnitt,
wobei das Primärleitersystem des ersten und das des zweiten Streckenabschnittes induktiv gekoppelt sind, insbesondere zur Energieübertragung,
wobei am Drehübertrager ein Winkelsensor vorgesehen ist, dessen Signale einer Regelung zugeführt wird, die den Drehantrieb steuert, insbesondere der einen umrichterversorgten Elektromotor umfasst,
der Antrieb aus einem Transformator versorgt ist, dessen Primärwicklung Teil eines Schwingkreises ist,
wobei der Schwingkreis ein serieller Schwingkreis ist und der entsprechend zugehörige Kondensator zusätzlich auch zur Kompensation einer Streckeninduktivität zumindest eines Primärleiters vorgesehen ist.
Von Vorteil ist dabei, dass der zweite gegen den ersten Streckenabschnitt bewegbar ist und trotzdem eine Energieversorgung des Verbrauchers stets, also in beiden Streckenabschnitte ermöglicht ist. Außerdem ist der zweite aus dem ersten induktiv versorgt. Dies ist somit verschleißfrei ausgeführt, insbesondere ohne Schleppleitung oder Schleifkontakte oder dergleichen.
Außerdem ist mittels des Winkelsensors eine Lageregelung des Drehantriebs ausführbar. Auf diese Weise ist eine genaue und schnelle Positionierung ermöglicht. Außerdem ist auch eine gute Drehmomentregelung realisierbar. Darüber hinaus ist auch eine Regelung der Drehzahl des Drehantriebs in vorgegebener Weise exakt ausführbar. Somit ist der induktiv versorgte Verbraucher vom ersten in den zweiten Streckenabschnitt hineinfahrbar, dann dort in Rotation versetzbar und nach Beenden des Rotierens in einer Position herausfahrbar. Bei der Rotation dreht der zweite Streckenabschnitt um eine Drehachse, die parallel zur Ausrichtung des langgestreckten Primärleitersystems ausgerichtet ist oder um eine Drehachse, die in Normalenrichtung liegt zur der von dem Primärleitersystem des ersten und zweiten Streckenabschnitts aufgespannten Ebene. Während der Rotation ist sogar der Verbraucher in Richtung des zweiten Streckenabschnittes verfahrbar und auch versorgbar.
Der Winkelsensor erfasst dabei die Winkelstellung in einer Auflösung von 128 oder mehr pro Umdrehung. Somit liegt eine quasikontinuierliche Erfassung des Drehwinkels vor und der Drehantrieb ist präzise und mit hoher Regelgüte regelbar.
Der Drehantrieb umfasst einen Elektromotor mit oder ohne Getriebe, der von einem Umrichter gespeist wird. Dem Umrichter werden die Signale des Winkellagesensors zugeführt und von der Signalelektronik zum Regeln verwendet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Primärleitersystem des ersten und das des zweiten Streckenabschnittes mittels eines Drehübertragers induktiv gekoppelt, wobei der Drehübertrager zumindest eine Primärwicklung und eine relativ dazu drehbare Sekundärwicklung umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass der zweite Abschnitt im Wesentlichen den ersten Abschnitt fortsetzt, wobei er allerdings relativ zu diesem bewegbar oder drehbar angeordnet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vom Gehäuse des Drehübertragers zusätzlich zumindest ein Winkelsensor umfasst, insbesondere wobei der Winkelsensor einen stationären und einen relativ hierzu drehbaren Teil umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass ein Gehäuse für den Winkelsensor einsparbar ist und eine kompakte integrierte Lösung realisierbar ist. Vorzugsweise ist bei dem Winkelsensor eine Sensorik verwendet, die derart ausgeführt ist, dass die magnetischen Wechselfelder der Primärwicklung und Sekundärwicklung das Sensorsignal nicht beeinflussen. Beispielhaft ist also vorteiligerweise ein optisches Wirkprinzip bei dem Sensor verwendbar. Alternativ umfasst der Sensor ein Filter, das die Mittelfrequenz des Primärstromes unterdrückt. Der Sensor kann dann auch zur Detektion von am drehenden Teil vorgesehenen Dauermagneten ausgeführt sein, beispielhaft mit Wiegandsensoren, also Impulsdrahtsensoren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung schienengebunden ausgeführt und das Primärleitersystem zumindest entlang der Schienen vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass Schienen und Primärleitersystem kombinierbar sind und sogar Mittel vorsehbar sind, welche eine Befestigung des Primärleitersystems an den Schienen bewirken.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Antrieb aus einem Transformator versorgt, dessen Primärwicklung Teil eines Schwingkreises, insbesondere Teil eines parallelen oder seriellen Schwingkreises, ist.
Von Vorteil ist dabei, dass durch die Versorgung des Antriebs über den Transformator aus dem Primärleitersystem keine separate Versorgung des Antriebs notwendig ist. Somit sind Kabel einsparbar bei einer solchen Anlage. Die Streckeninduktivitäten sind mit entsprechenden zur Kompensation vorgesehenen Kapazitäten auf die Mittelfrequenz als Resonanzfrequenz abgeglichen. Durch die Bildung eines Schwingkreises unter Verwendung der Primärwicklung des Transformators wird das Primärleitersystem auch bei Vorsehung des Transformators abstimmbar auf die Mittelfrequenz des Stromes im Primärleitersystem.
Somit sind die bewegbaren Zwischenstücke in der Anlage an beliebigen Stellen vorsehbar und der zugehörige Antrieb ist mit geringem Aufwand an Verkabelung versorgbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung einen eine Sekundärspule umfassenden Übertragerkopf, wobei die Sekundärspule mit dem Primärleitersystem induktiv gekoppelt ist zur berührungslosen Versorgung der Vorrichtung, insbesondere schienengebundenes Fahrzeug wie Einschienenhängebahn oder dergleichen. Von Vorteil ist dabei, dass eine verschleißfreie Versorgung ermöglicht ist und Schleppleitungen oder Schleifleitungen entfallen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärspule mit einer Kapazität derart beschaltet, insbesondere parallel oder in Reihe, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz, insbesondere zwischen 5 und 100 kHz, des in das Primärleitersystem eingespeisten Wechselstromes im wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei großem Luftspalt, also schwacher induktiver Kopplung große Leistungen übertragbar sind. Insbesondere gilt dies für während der Bewegung der Vorrichtung schwankenden Luftspaltwerten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Mittelfrequenz des in den Primärleiter eingespeisten Wechselstromes. Von Vorteil ist dabei, dass das Primärleitersystem nicht verstimmt ist, obwohl der Antrieb daraus über den Transformator versorgt ist.
Insbesondere ist hierzu eine Versorgungsschaltung vorgesehen, welche einen Gleichrichter zum Gleichrichten der an der Sekundärspule auftretenden mittelfrequenten Wechselspannung umfasst. An dem Gleichrichter – und gegebenenfalls einem nachgeordneten Glättungskondensator – ist vorzugsweise ein Wechselrichter zur Versorgung des Elektromotors als Stellantrieb für das Bewegbare Zwischenstück vorgesehen. Außerdem ist eine Steuerelektronik hierbei umfasst. Die zugehörige Information ist einerseits von einem zentralen Rechner durch hochfrequente Aufmodulation über das Primärleitersystem an die Steuerelektronik übertragbar. Andererseits sind aber auch spezielle Kabel zur Datenübertragung oder Datenübertragung per Funkwellen realisierbar.
Alternativ weist die bewegbare Vorrichtung selbst eine Informationssendeeinheit auf und die Steuerelektronik eine entsprechende Empfangseinheit. Somit ist die Vorrichtung in der Lage ihren Weg durch die Anlage, insbesondere also auch eine Weichenstellung, zu steuern.
Dabei erkennt die Vorrichtung den Ort der Weiche oder des Drehtellers durch ein auf ihr vorgesehenes Positionsmesssystem oder mittels eines Lesegeräts, das einen im Bereich der Weiche angebrachten RFID Tag oder ein äquivalentes Mittel, wie Barcode oder dergleichen, erkennbar und auswertbar macht.
Unter Drehteller wird hier insbesondere auch ein Anlagenteil verstanden, das ein drehbares Schienenstück der Anlage umfasst. Somit sind Richtungsänderungen oder Mehrfachweichen einfach und kostengünstig realisierbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schwingkreis in einer Stromschleife des Primärleitersystems angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das Primärleitersystem nicht verstimmt wird sondern auf die Mittelfrequenz abgestimmt bleibt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Primärleitersystem, insbesondere also auch jeder Streckenabschnitt, einen Hinleiter und einen Rückleiter, insbesondere einen zum Hinleiter parallel verlegten Rückleiter. Von Vorteil ist dabei, dass der Schwingkreis zwischen dem Ende eines Hinleiters und dem Ende eines Rückleiters anordenbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das bewegbare Zwischenstück linear bewegbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine Weiche steuerbar vorsehbar ist, wobei das bewegbare Zwischenstück von einer Weiche umfasst ist.
Bei einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist das bewegbare Zwischenstück drehbar. Von Vorteil ist dabei, dass ein Drehteller vorsehbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das bewegbare Zwischenstück ebenfalls eine Stromschleife aus Hinleiter und Rückleiter. Von Vorteil ist dabei, dass die schienengebundene Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, unterbrechungsarm oder -frei versorgbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übertragerkopf entlang eines langgestreckten Primärleiters, insbesondere Hinleiter und/oder Rückleiter, verfahrbar vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf an einem Wagen anordenbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Primärleiter als Litzenleitungen ausgeführt, also deren einzelne Litzendrähte gegeneinander isoliert. Von Vorteil ist dabei, dass der Skineffekt verringert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist Übertragerkopf für eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung vorgesehen, wobei das Gehäuse des Übertragerkopfes eine Sekundärspule samt deren Spulenkern umgibt sowie Kondensatoren zur Bildung einer elektrisch mit der Spule verbundenen Kapazität.
Von Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf als Einheit montierbar ist und eine gemeinsame Entwärmung der Bauteile vorsehbar ist. Außerdem ist nur ein Gehäuse für alle Bauteile notwendig und diese sind kompakt anordenbar und isolierbar. Weiter wesentlicher Vorteil ist aber auch, dass die auftretenden großen Spannungen, insbesondere beim Reihenschwingkreis, oder großen Ströme, insbesondere beim Parallelschwingkreis, einfach beherrschbar sind und es vermieden wird lange elektrische Leitungen zwischen der Induktivität und der Kapazität zu verlegen, was aufwendig und kostspielig wäre sowie erhöhte Abstrahlungen und Verluste zur Folge hätte. Außerdem wird zum Verbraucher hin nur eine Anschlussleitung vorgesehen, die den Verbraucherstrom und die Verbraucherspannung übertragen muss. Höhere Ströme oder Spannungen, die nur innerhalb oder wegen des parallelen oder seriellen Schwingkreises auftreten, bleiben räumlich innerhalb des Übertragerkopfes. Somit sind die zugehörigen technischen Mittel, wie Stromschienen für Starkstrom und/oder Isoliermittel für hohe Spannungen, innerhalb des Übertragerkopfes, also auf räumlich eng begrenztem Bereich angeordnet. Somit sind die Mittel kompakt ausführbar. Außerdem ist das Gehäuse des Übertragerkopfes zur Isolierung und als Berührschutz mit verwendbar. Des Weiteren ist die Verdrahtung, also die elektrischen Verbindungen und Verbindungsstellen, mit Ausnahme der Anschlussleitung vorsehbar auf diesem räumlich eng begrenzten Gebiet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind im Übertragerkopf zumindest eine Induktivität und Kapazität als Schwingkreis, insbesondere Parallel- oder Reihen-Schwingkreis, vorgesehen, wobei die Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz des Primärstromes im Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass die elektromagnetischen Abstrahlungen und der Aufwand für elektrische Verbindungen verringerbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse aus Gehäuseteilen zusammengesetzt, insbesondere dicht, lösbar verbindbar und/oder in hoher Schutzart. Von Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf auch in feuchter Umgebung oder nasser Umgebung oder sogar Wasser-Umgebung einsetzbar ist. Durch Vergussmasse innerhalb des Übertragekopfes lässt sich eine noch höhere Dichtigkeit und bessere mechanische Stabilität erreichen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern aus Ferrit ausgeführt, insbesondere aus einer Vielzahl von Ferritteilen zusammengesetzt ist, insbesondere gleichen Ferritteilen. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Spulenkerne aus stets denselben Teilen herstellbar sind. Es ist also eine ganze Baureihe von Spulenkernen oder entsprechend Übertragerköpfen herstellbar, wobei nur eine oder wenige Sorten von Teilen bevorratet werden muss. Die somit hohe erreichbare Varianz innerhalb eines solchen Baukastens benötigt trotzdem nur ein geringes Lagervolumen und entsprechend geringen Aufwand und Kostenbedarf.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Übertragerkopf eine elektrische Verbindung zu einem Verbraucher, welcher aus dem Übertragerkopf mit Energie versorgbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine einzige Anschlussleitung nach außen zum Verbraucher hin notwendig ist. Somit sind die weiter notwendigen Verbindungsmittel und Verbindungen innerhalb des Übertragerkopfes vorsehbar und mit der Vergussmasse und/oder dem Gehäuse schätzbar, isolierbar und mechanisch festlegbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Kondensatoren auf mindestens einer Leiterplatte angeordnet, deren Leiterbahnen elektrisch mit der Sekundärspule verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindungen in einfacher und kostengünstiger Weise herstellbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umgeben die Spulenwicklung oder Spulenwicklungen den Spulenkern und an der äußeren Oberfläche der Spule sind Ferritplatten vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verminderung des Streufeldes und somit eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern U-förmig, C-förmig oder E-förmig ausgeführt, insbesondere mit an ihrem Ende verbreiterten Schenkeln des U, E oder C. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung bei verschieden ausführbaren Spulenkernen und somit auch bei verschiedenen Arten der Anordnung der Primärleiter, wie sie beispielhaft in der DE 44 46 779 C2 und der WO 92/17929 gezeigt sind, anwendbar ist. Bei der ersteren ist ein Hinleiter ungefähr im Inneren des U vorgesehen. Bei einem E-förmigen Kern ist im Beriech der ersten beiden Schenkel ein Hinleiter und im Bereich der letzten beiden Schenkel ein Rückleiter vorsehbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen Leiterplatte und Spulenkern ein Isolierkörper vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine räumlich sehr kompakte Anordnung ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärspule aus Teilwicklungen zusammengesetzt, welche jeweils mit einer zugehörigen Kapazität als Reihenschwingkreis ausgeführt sind, wobei die Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz des Primärstromes im Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass bei dem Reihen-Schwingkreis die auftretenden Spannungen reduzierbar sind im Vergleich zur Ausführung des Übertragerkopfes mit nur einer einzigen Induktivität und einer einzigen Kapazität. Bei analoger Ausführung mit Parallelschwingkreis, der aus parallel geschaltete Schwingkreise aus jeweiligen Teilwicklungen und zugehörigen, entsprechend abgestimmten Kapazitäten zusammengesetzt ist, lassen sich entsprechend Ströme reduzieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Spulenwicklung als Flachwicklung ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass der Übertragerkopf besonders kompakt ausführbar ist.
Wichtige Merkmale bei der Anlage sind auch, dass ein vorbeschriebener Übertragerkopf entlang eines langgestreckten Primärleiters verfahrbar vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders kompakte Anlage vorsehbar ist, bei der aus einer Einspeisung ein Primärleitersystem speisbar ist, aus dem bewegbar angeordnete Verbraucher berührungslos über eine schwache induktive Kopplung, also auch großen Luftspalt, versorgbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Übertragerkopf entlang eines langgestreckten Primärleiters verfahrbar vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass Energie an einen bewegbar angeordneten Verbraucher übertragbar ist, also beispielsweise einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeuges.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Primärleiter in Richtung der Achse der Spulenwicklung einen Abstand zum Spulenkern auf, der kleiner ist als der Abstand zweier Schenkel des Spulenkerns zueinander. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist, obwohl die Primärleiter in einer ersten Ebene angeordnet sind, beispielsweise im Boden verlegt sind, und der Übertragerkopf über dieser Ebene ungestört verfahrbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Schnitt des Spulenkerns derart E-förmig, dass ein Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel an in einer Ebene angeordneten Rückenteilen vorgesehen ist, insbesondere wobei die Normalenrichtung der Schnittebene in Richtung der langgestreckten Primärleiter verläuft. Von Vorteil ist dabei, dass die Primärleiter jeweils im Bereich zwischen dem äußeren und mittleren Schenkel vorsehbar sind, wobei allerdings der Primärleiter einen Abstand von den Schenkeln aufweist und der Abstand zwischen Primärleiter und dem die Schenkel verbindenden Teil größer ist als jede Schenkellänge. Bei einem E-förmigen Spulenkern ist das Teil dabei das Rückenteil des E.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

20: Versorgungsschaltung
21: Hinleiter
22: Rückleiter
23: Enden der Primärleiter
24: Hinleiter
25: Rückleiter
C1, C2, C3, C4, C5: Kondensator
L1, L2, L3: Induktivität

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein Teil der erfindungsgemäßen Anlage dargestellt.
Die Anlage umfasst einen beispielsweise ersten geraden Streckenabschnitt, welcher ein langgestrecktes Primärleitersystem umfasst. Dieses umfasst einen Hinleiter 21 und einen Rückleiter 22, wobei noch in der Anlage Kondensatoren C3 vorgesehen sind, die zur Kompensation der Streckeninduktivitäten (21, 22) entlang der Primärleiter angebracht sind. Die Kondensatoren C3 bilden mit der jeweils zugehörigen Streckeninduktivität (21, 22) einen Reihenschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz des in das Primärleitersystem eingespeisten Primärstromes abgestimmt ist.
Ein zweiter Streckenabschnitt, der ein zweites Primärleitersystem, umfassend Hinleiter 24 und Rückleiter 25 umfasst wird induktiv versorgt aus dem ersten. Dazu ist im ersten Streckenabschnitt eine Wicklung eines Primärleiters ausgeführt mit einer niedrigen Windungszahl. Vorzugsweise beträgt dabei die Windungszahl zwischen 2 und 10 Windungen. In 1 ist die zugehörige Induktivität mit L1 bezeichnet. Eine entsprechende Wicklung ist sekundärseitig ausgeführt, wobei die Windungszahl ähnlich ist. In 1 ist die zugehörige Induktivität mit L2 bezeichnet. Dieser Induktivität L2 ist ein Kondensator C4 parallel beschaltet, wobei ein L2 und C4 als Parallelschwingkreis vorgesehen sind, dessen Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz des Primärstromes abgestimmt ist. Daraus wird wiederum ein Serienschwingkreis versorgt, der aus der Induktivität des Hinleiters 24 und des Rückleiters 25 sowie der Kapazität C2 besteht, wobei die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises auf die Mittelfrequenz abgestimmt ist.
Hinleiter 24 und Rückleiter 25 sind dabei als Schleife ausführbar oder als sonstige gewünschte Form.
In 3 ist ein anderer Zustand der gleichen Anlage dargestellt. Dabei befindet sich nämlich der Verbraucher im zweiten ersten Streckenabschnitt und wird dort aus den Primärleitern 21, 22 versorgt. In 1 befindet sich nämlich der Verbraucher im zweiten Streckenabschnitt und wird dort aus den Primärleitern 21, 22 versorgt, insbesondere während der Drehung dieses Streckenabschnittes.
Ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel ist hierbei eine Anlage, die einen Drehteller aufweist, wobei Hinleiter 24 und Rückleiter 25 auf dem Drehteller vorgesehen sind zur induktiven berührungslosen Versorgung eines Verbrauchers.
Ein Beispiel für einen solchen Verbraucher ist in 1 gezeigt. Dabei ist dieser beispielhaft ein Elektromotor und wird über die Versorgungsschaltung 20 versorgt. Diese umfasst zumindest einen Gleichrichter, welcher aus dem auf die Mittelfrequenz abgestimmten Serienschwingkreis, umfassend die Sekundärspule L3 und die Kapazität C5, versorgt ist. Somit ist der Verbraucher versorgbar und entlang dem Hinleiter 24 und Rückleiter 25 bewegbar. Somit ist der Verbraucher während der Drehung des Drehtellers versorgbar und kann somit auch entlang verfahren werden.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Anlage eine Einschienenhängebahn oder ein anderes Schienen-Transportsystem. Dabei der Verbraucher mit Versorgungsschaltung und dem letztgenannten Serienschwingkreis auf einem Schienenfahrzeug angeordnet.
Der Drehteller umfasst dabei ein drehbares Schienenstück, so dass das Fahrzeug beim Durchfahren dieses Schienenstücks seine Fahrtrichtung ändern kann, indem nämlich der Drehteller in eine andere Winkelstellung gedreht wird. Hinleiter 24 und Rückleiter 25 sind entlang dem drehbaren Schienenstück angeordnet. Sies erfolgt dabei im gleichen Abstand und in gleicher relativer geometrischer Lage zum Schienenstück wie im Schienenbereich vor und/oder nach dem Drehteller. Insbesondere also im Bereich der Schienen, entlang deren die Hinleiter und Rückleiter (21, 22) verlegt sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die primärseitige Induktivität L1 in einem stationären und die sekundärseitige Induktivität L2 in einem relativ dazu drehbaren, insbesondere mit dem Drehteller verbundenen wird zur induktive Dreh-Übertragerteil vorgesehen. Derselbe Drehübertrager umfasst dabei auch noch einen Winkelsensor, mit welchem die Winkelstellung des Drehübertragers feststellbar ist. Somit ist ein zusätzliches Gehäuseteil einsparbar.
Statt des genannten Drehtellers sind auch drehbare Weichen-Schienenstücke einsetzbar in analoger Weise.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst die Versorgungsschaltung 20 einen dem Gleichrichter nachgeschalteten Wechselrichter zur Versorgung und Steuerung des Motors M.
Die Versorgungsschaltung kann auch einen dem Gleichrichter nachgeschalteten Glättungskondensator umfassen.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann C1 auch durch eine Änderung des Wertes von C3 vorgesehen werden und muss nicht als separater Kondensator vorgesehen werden.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Serienschaltung aus C1 und L1 nicht an den Enden 23 verbunden sondern in Serie in den Hinleiter 21 eingefügt, also in einer Unterbrechung des Hinleiters 21 sozusagen seriell zwischengeschaltet.
Zur induktiven Kopplung mit dem Primärleitersystem umfassen die Fahrzeuge einen sogenannten Übertragerkopf, der beispielhaft an dem Fahrzeug anbringbar ist. Dieses ist längs dem Primärleitersystem, umfassend Hinleiter und Rückleiter (24, 25), bewegbar angeordnet, wobei von einer Einspeisung in den Primärleiter ein mittelfrequenter Wechselstrom eingeprägt wird. Die Einspeisung ist vorzugsweise als Stromquelle ausgeführt. Vorzugsweise liegt die Mittelfrequenz zwischen 10 und 100 kHz.
Im Übertragerkopf ist die zugehörige Sekundärwicklung, welche induktiv an den Primärleiter koppelbar ist, vorgesehen. Die Kopplung ist schwach, also über einen großen Luftspalt, ausgeführt. Damit aber trotzdem ein hoher Wirkungsgrad beim berührungslosen Übertragen der elektrischen Leistung vom Primärleitersystem an die Sekundärspule erfolgen kann, ist der Sekundärspule eine Kapazität je nach Ausführungsbeispiel derart in Serie oder parallel beschaltet, dass der zugehörige Schwingkreis eine Resonanzfrequenz aufweist, die im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht.
Das Primärleitersystem ist in jedem Streckenabschnitt als Schleife verlegt und umfasst jeweils einen Hinleiter 21 und einen Rückleiter 22.
Der Übertragerkopf weist beispielhaft ein Gehäuse auf, das vorzugsweise aus Metall, wie Aluminium ausgeführt ist. Dieses umgibt den im Wesentlichen E-förmigen Spulenkern und die diesen umgebende Sekundärwicklung. Der Spulenkern ist aus Ferritplatten und Ferritteilen zusammengesetzt. Dabei lässt sich die ungefähre Form des Spulenkerns als E beschreiben, dessen Mittelschenkel nicht verbreitert ist. Jedoch sind die äußeren beiden Schenkel an ihrem Ende verbreitert, indem Ferritplatten am Ende der Schenkel aufgelegt sind. Die äußeren Schenkel sind dabei aus Ferritteilen ausgeführt. Der Mittelschenkel ist durch zwei Ferritteile und eine darauf vorgesehene Ferritplatte ausgeführt.
Am seitlichen Ende des Gehäuses sind an der Innenseite Ferritplatten angebracht, die zur Reduzierung der Streufelder vorgesehen sind und den Wirkungsgrad weiter verbessert.
Die gesamte Anordnung aus Ferritkernen, Ferritteilen und Wicklung ist innerhalb des Gehäuses vorgesehen. Zwischen den mit Kondensatoren bestückten Leiterplatten ist eine Isolierung vorgesehen. Auf den Leiterplatten sind Kondensatoren vorgesehen, die die genannte Kapazität bilden, welche der Induktivität der Sekundärspule in Reihe geschaltet ist.
Dabei sind mehrere Leiterplatte im Inneren vorgesehen und parallel zueinander angeordnet. Vorteilhaft hat es sich erwiesen, entlang zweier Innenseiten jeweils zwei Leiterplatten anzuordnen, wobei die Kondensatoren voneinander abgewandt angeordnet sind.
Mittels einer Dichtung ist eine Gehäuseplatte unter Verwendung von Schrauben auf das Gehäuse aufschraubbar und dicht verbindbar. Das Innere wird zuvor mit Vergussmasse vergossen, wodurch die Wärmeleitung und Isolierung verbesserbar sind.
Am Gehäuse ist auch eine Durchführung der Anschlussleitung vorgesehen. Somit ist ein Verbraucher, wie Elektromotor als Antrieb für das Fahrzeug oder elektronische Schaltung, versorgbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Kapazität parallel statt in Reihe zur Induktivität der Sekundärspule ausgeführt.
Die Wicklung ist aus Hf-Litze hergestellt, also aus Litze, deren sich gegenseitig berührende Einzeldrähte gegeneinander elektrisch isoliert sind. Somit sind die Verluste verringert.
Außerdem ist die Litze als Flachband ausgeführt. Somit eine hoher Wirkungsgrad auf kompaktem Raumbereich erreichbar.
Die Wicklung ist als Flachwicklung, also als ebene konzentrische Wicklung ausgeführt. Dabei verläuft die Wicklung rechteck-spiralförmig. Das heißt, der Wicklungsdraht wird in ungefährer Rechteckform in einer Ebene gewickelt. Somit wird Bauraum eingespart.
Das Aluminiumgehäuse verringert die Verluste und verbessert somit den Wirkungsgrad der Anlage.
Das Primärleitersystem umfasst zumindest einen langgestreckten Hinleiter und Rückleiter, die zu einer geschlossenen Schleife des Primärleitersystems gehören. Dies gilt für Hinleiter und Rückleiter (21, 22) des ersten Streckenabschnittes sowie für den Hinleiter und Rückleiter (24, 25) des bewegbaren zweiten Abschnittes. Beide liegen stets außerhalb des Übertragekropfes, also insbesondere außerhalb des E-förmigen Spulenkerns. Die beiden Leiter sind dabei in Richtung der längeren Seite des rechteckförmigen Übertragerkopfes verlegt. Der Übertragerkopf wird mit einem gewissen Abstand in Linienrichtung entlang dieser Leiter geführt. Dabei ist der Übertragerkopf einem schienengebundenen Fahrzeug zugeordnet.
Der Hinleiter ist zwischen dem mittleren Schenkel und einem äußeren Schenkel des E-förmigen Spulenkerns vorgesehen. Der Rückleiter ist zwischen dem mittleren Schenkel und dem anderen äußeren Schenkel des E-förmigen Spulenkerns vorgesehen. Zwischen dem Spulenkern und dem Hinleiter und Rückleiter ist ein Abstand vorgesehen. Dieser Abstand ist jedoch kleiner als der Schenkelabstand, also der Abstand vom mittleren zum äußeren Schenkel des E.
In 2 ist die Versorgung des Stellantriebs des Drehtellers oder der Weiche erläutert. Das Besondere ist hierbei, dass an den Enden der Primärleiter, also des Hinleiters 21 und des Rückleiters 22, kein Kurzschließen mittels einer Verbindungsleitung sondern ein auf die Mittelfrequenz abgestimmter Schwingkreis, umfassend die in Reihe geschaltete Induktivität L20 und Kapazität C20, vorgesehen ist, wobei die Induktivität L20 zur Primärseite eines Transformators gehört. Alternativ ist auch wiederum ein Zwischenschalten innerhalb des Primärleiters. Die Sekundärseite des Transformators ist mit einer Versorgungsschaltung 20 verbunden, die zumindest einen Gleichrichter umfasst. Somit ist der Antrieb aus dem Primärleiter berührungslos versorgbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist eine der Kapazitäten oder die Kapazität durch Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren realisiert.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist statt des im Wesentlichen E-förmigen Spulenkerns auch ein U-förmiger oder ein C-förmiger oder ein anders geformter Ferritkern verwendbar.

Claims

Anlage, umfassend ein Primärleitersystem und zumindest eine daran entlang bewegbar angeordnete Vorrichtung, wobei die Anlage einen ersten Streckenabschnitt und zumindest einen zweiten Streckenabschnitt umfasst, wobei der zweite Streckenabschnitt von einem von einem Drehantrieb drehbar Schienenteilstück als Zwischenstück umfasst ist, wobei die Vorrichtung berührungslos versorgbar ist aus dem entlang der Streckenabschnitte vorgesehenen Primärleiter mittels einer von der Vorrichtung umfassten Sekundärspule, insbesondere sowohl während des Aufenthalts im ersten als auch während des Aufenthaltes im zweiten Streckenabschnitt, wobei das Primärleitersystem des ersten und das des zweiten Streckenabschnittes induktiv gekoppelt sind, insbesondere zur elektrischen Energieübertragung wobei das Primärleitersystem des ersten und das des zweiten Streckenabschnittes mittels eines Drehübertragers induktiv gekoppelt sind, wobei der Drehübertrager zumindest eine Primärwicklung und eine relativ dazu drehbare Sekundärwicklung umfasst, wobei am Drehübertrager ein Winkelsensor vorgesehen ist, dessen Signale einer Regelung zugeführt wird, die den Drehantrieb steuert, insbesondere der einen umrichterversorgten Elektromotor umfasst, der Antrieb aus einem Transformator versorgt ist, dessen Primärwicklung Teil eines Schwingkreises ist, wobei der Schwingkreis ein serieller Schwingkreis ist und der entsprechend zugehörige Kondensator zusätzlich auch zur Kompensation einer Streckeninduktivität zumindest eines Primärleiters vorgesehen ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Gehäuse des Drehübertragers zusätzlich zumindest ein Winkelsensor umfasst ist, insbesondere wobei der Winkelsensor einen stationären und einen relativ hierzu drehbaren Teil umfasst.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung schienengebunden ausgeführt ist und das Primärleitersystem zumindest entlang der Schienen vorgesehen ist,
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen die Sekundärspule umfassenden Übertragerkopf umfasst, wobei die Sekundärspule mit dem Primärleitersystem induktiv gekoppelt ist zur berührungslosen Versorgung der Vorrichtung, insbesondere schienengebundenes Fahrzeug wie Einschienenhängebahn oder dergleichen.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule mit einer Kapazität derart beschaltet ist, insbesondere parallel oder in Reihe, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz, insbesondere zwischen 5 und 100 kHz, des in das Primärleitersystem eingespeisten Wechselstromes im wesentlichen entspricht.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Mittelfrequenz des in den Primärleiter eingespeisten Wechselstromes entspricht.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis in einer Stromschleife des Primärleitersystems des ersten oder zweiten Streckenabschnittes angeordnet ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärleitersystem, insbesondere jedes Streckenabschnittes, einen Hinleiter und einen Rückleiter, insbesondere einen zum Hinleiter parallel verlegten Rückleiter, umfasst.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkreis zwischen dem Ende eines Hinleiters und dem Ende eines Rückleiters angeordnet ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Zwischenstück linear bewegbar ist.
Anlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Zwischenstück drehbar ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Zwischenstück von einer Weiche umfasst ist oder ein drehbares Teil ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Zwischenstück ebenfalls eine Stromschleife aus Hinleiter und Rückleiter umfasst, insbesondere zur unterbrechungsarmen oder -freien Versorgung der schienengebundenen Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragerkopf entlang eines langgestreckten Primärleiters, insbesondere Hinleiter und/oder Rückleiter, verfahrbar vorgesehen ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärleiter in Richtung der Achse der Spulenwicklung einen Abstand zum Spulenkern aufweisen, der kleiner ist als der Abstand zweier Schenkel des Spulenkerns zueinander.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schnitt des Spulenkerns derart E-förmig ist, dass ein Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel an in einer Ebene angeordneten Rückenteilen vorgesehen ist, insbesondere wobei die Normalenrichtung der Schnittebene in Richtung der langgestreckten Primärleiter verläuft.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen Litzenleitungen sind, deren einzelne Litzendrähte gegeneinander isoliert sind.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Übertragerkopfes eine Sekundärspule samt deren Spulenkern umgibt sowie Kondensatoren zur Bildung einer elektrisch mit der Spule verbundenen Kapazität,
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Übertragerkopf zumindest eine Induktivität und Kapazität als Schwingkreis, insbesondere Parallel- oder Reihen-Schwingkreis, vorgesehen sind, wobei die Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz des Primärstromes im Wesentlichen entspricht.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern aus Ferrit ausgeführt ist, insbesondere aus einer Vielzahl von Ferritteilen zusammengesetzt ist, insbesondere gleichen Ferritteilen.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übertragerkopf eine elektrische Verbindung zu einem Verbraucher, insbesondere Antrieb des schienengebundenen Fahrzeuges, umfasst, welcher aus dem Übertragerkopf mit Energie versorgbar ist.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kondensatoren auf mindestens einer Leiterplatte angeordnet sind, deren Leiterbahnen elektrisch mit der Sekundärspule verbunden sind.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung oder Spulenwicklungen den Spulenkern umgeben und an der äußeren Oberfläche der Spule Ferritplatten zur Verminderung des Streufeldes vorgesehen sind.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkern U-förmig, C-förmig oder E-förmig ausgeführt ist, insbesondere mit an ihrem Ende verbreiterten Schenkeln des U, E oder C.
Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung als Flachwicklung ausgeführt ist.