DE102007033654A1

DE102007033654A1 - System

Info

Publication number: DE102007033654A1
Application number: DE102007033654A
Authority: DE
Inventors: Günter Becker; Udo Laubenstein; Josef Schmidt; Klaus Schwesinger
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: DE102007033654B4

Abstract

System, umfassend einen Wagen und zumindest eine Basiseinheit, wobei der Wagen eine Sekundärspule umfasst, die mit einem von der Basiseinheit umfassten Primärleiter induktiv koppelbar ist, wobei von der Basiseinheit eine Verfahrvorrichtung zur Verringerung des Abstandes zwischen Primärleiter und Sekundärspule umfasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System.
Aus der DE 44 46 779 C2 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die berührungslose Übertragung von Energie weiterzubilden, zu verbessern und zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem System sind, dass es zumindest einen Wagen und zumindest eine Basiseinheit umfasst, wobei der Wagen eine Sekundärspule umfasst, die mit einem von der Basiseinheit umfassten Primärleiter induktiv koppelbar ist,
wobei von der Basiseinheit eine Verfahrvorrichtung zur Verringerung des Abstandes zwischen Primärleiter und Sekundärspule umfasst ist.
Von Vorteil ist dabei, dass an einen Verbraucher oder Energiespeicher des Wagens Energie berührungslos übertragbar ist. Dabei ist die Verfahrvorrichtung stationär vorgesehen und somit der Wagen massearm aufbaubar. Eine Verstärkung der induktiven Kopplung und somit eine Erhöhung des Wirkungsgrades bei der berührungslosen Energieübertragung ist einerseits durch die Verfahrvorrichtung erreicht und andererseits durch ein auf Resonanz zur Mittelfrequenz dimensionierte, in Reihe oder parallel zur Sekundärspule beschaltete Kapazität. Denn durch diese resonante Übertragung ist auch bei schwacher Kopplung ein guter Wirkungsgrad erreichbar.
Bei der Erfindung ist auch von Vorteil, dass die massenbehafteten Teile, wie Elektronik zum Einspeisen und die Verfahrvorrichtung für die Halterung der Primärspule, primärseitig vorgesehen ist. Somit ist auf dem Wagen nur die Sekundärspule mit der auf Resonanz zur Mittelfrequenz abgestimmten Kapazität vorzusehen, wodurch die Masse des Wagens klein haltbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Verfahrvorrichtung einen Aktor, der kostengünstig pneumatisch, große Kräfte erzeugend hydraulisch, schnell aktivierbar elektromechanisch oder sicherheitserhöhend mechanisch arbeitet und/oder betätigbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Wirkungsprinzipien mit ihren zugehörigen Vorteilen einsetzbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Aktor mit zumindest einem Mittel zum Auslösen verbunden, das zumindest eine von zumindest einem Rad des Wagens befahrbare Leiste umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass als Sensor zur Detektion der Position des Wagens ein mechanisches und somit funktionssicheres Mittel verwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Wagen einen elektrisch versorgbaren Energiespeicher und/oder ist der Wagen ein Fahrzeug mit oder ohne Antrieb. Von Vorteil ist dabei, dass Batterieen ebenso wie Standheizungen und/oder Kühlschränke versorgbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel zum Auslösen derart ausgeführt, dass erst nach mindestens zwei Räder umfassenden Befahrens einer Leiste der Aktor ausgelöst wird. Von Vorteil ist dabei, dass der Wagen in die richtige räumliche Position bringbar ist und somit die Sekundärspule genau an dem vorgesehenen dem Primärleiter benachbarten Ort positionierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Mittel zum Auslösen in einer Vertiefung der Basiseinheit vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass der Wagen selbststabilisierend positionierbar ist. Denn die Räder finden ihre Ruhelage am tiefsten Punkt der Ausnehmung. Dort ist das Mittel vorgesehen und löst aus.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vertiefung und/oder das Mittel zum Auslösen, insbesondere die Leiste, in Richtung der die beiden Räder verbindenden Achse oder Welle ausgeformt. Von Vorteil ist dabei, dass der Wagen in die vorgesehene Position bringbar ist, wenn die Lenkstellung der die Räder verbindenden Achse auf Geradeausfahrt gebracht ist und beide Räder in der Vertiefung sich befinden. Das Auslösen ist unter derjenigen Bedingung ausführbar, dass beide Räder die Leiste berühren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Basiseinheit mit benachbarten Basiseinheiten in einer Reihe mechanisch verbindbar. Insbesondere sind die Basiseinheiten aus einer gemeinsamen Einspeisung mit mittelfrequentem Strom versorgbar, wobei die Primärleiter der Basiseinheiten in Reihe geschaltet vorgesehen sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein Parkplatz ausstattbar ist mit Basiseinheiten. Außerdem sind diese Einheiten auch derart elektrisch verbindbar, dass sie aus einer zentralen Einspeisung versorgbar sind mit mittelfrequentem Strom.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Basiseinheit eine Einspeisung zur Versorgung des Primärleiters mit mittelfrequentem Strom. Von Vorteil ist dabei, dass die Basiseinheit einzeln aufstellbar ist. Sie ist auch aus einer Solarzelle versorgbar oder aus dem öffentlichen elektrischen Versorgungsnetz, insbesondere mit 50 oder 60Hz.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Basiseinheit Mittel zum Erfassen der an den Wagen übertragenen Energiemenge. Von Vorteil ist dabei, dass die Energiemenge bestimmbar ist und ein Geldbetrag zuordenbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Wagen einen Speicher für eine Identifikationsinformation. Von Vorteil ist dabei, dass die Berechtigung des Wagens für die Energieaufnahme berücksichtigbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Mittel zum Datenaustausch zwischen Wagen und Basiseinheit vorgesehen, insbesondere mittels auf den mittelfrequenten Strom aufmodulierten höher frequenten Stromanteilen. Von Vorteil ist dabei, dass Information übertragbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Basiseinheit mit mindestens einem Rechner verbindbar, insbesondere über Internet und/oder andere Datenaustauschsysteme, wie Mobilfunk, Feldbussysteme oder dergleichen, und vom Rechner die Berechtigung der Identifikationsinformation meldbar ist an die Basiseinheit, insbesondere zur Beeinflussung der Freigabe von Energie an den Wagen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Bezahlung der Energie und/oder Freigabe an bestimmte Wagen ausführbar ist, beispielsweise an Stammkunden oder an Empfänger eines als Energie vorgesehenen Werbegeschenkes.
Beim direkten Versorgen der Einspeisung aus einer der Basiseinheit zugeordneten Solarzelleneinheit ist der Datenaustausch vorteiligerweise via zumindest Mobilfunk zu dem Rechner ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf einer Halterung der Basiseinheit eine Primärwicklung vorgesehen, die vom Primärleiter umfasst ist, wobei die Halterung vom Aktor verfahrbar angeordnet ist, insbesondere in oder gegen Richtung des Unterbodens des Wagens. Von Vorteil ist dabei, dass ein großer Anteil des Abstandes zwischen Primärleiter und Sekundärspule durch Verfahren überbrückbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärspule mit einer Kapazität derart in Reihe oder parallel beschaltet, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verstärkung der induktiven Kopplung und/oder Erhöhung des Wirkungsgrades bei der berührungslosen Energieübertragung ermöglicht ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert: In den 1a bis 1e ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung in verschiedenen Ansichten und Zuständen skizziert.
Dabei umfasst der Wagen 1 Räder 2. Die Basiseinheit 3 umfasst eine Leiste 6. Der Zustand vor dem Befahren der Leiste 6 ist in den 1a, 1d und 1f verdeutlicht. Der Zustand des Befahrens der Leiste 6 mit den Rädern 2 ist in den 1b, 1c, 1e gezeigt.
Beim Befahren der Leiste 6 wird die Halterung 5 für Primärleiter zum Unterboden des Wagens bewegt und somit der in der Halterung 5 verlegte Primärleiter in die räumliche Nähe der an der Unterseite des Wagens 1 befindlichen Sekundärspule gebracht.
Das Bewegen der Halterung 5 zum Unterboden des Wagens 1 hin wird nur nach Befahren mit beiden vorderen Rädern 2 des Wagens ausgelöst. Hierzu ist die Leiste 6 sehr lang, aber in Fahrtrichtung des Wagens sehr schmal ausgeführt. Auf diese Weise wird sofort nach Verlassen des Bereiches der Leiste 6 die Halterung 5 wieder zur Basiseinheit 3 zurückfahrbar.
Die Ausführung der Basiseinheit mit der mechanischen Verfahrvorrichtung für die Halterung 5 ist in verschiedenen Varianten ausführbar.
Einerseits ist das Verfahren der Halterung durch einen Aktor bewirkbar. Dieser ist entweder nach pneumatischem, hydraulischem, elektromagnetischem, oder mechanischem Wirkprinzip ausführbar. An der Basiseinheit ist auch eine entsprechend ausgebildete Steuereinheit ausführbar, die mit Sensoren verbunden ist und aufgrund der Sensorsignale den Aktor entsprechend ansteuert.
Bei einer mechanischen Ausführung ist auch eine zusätzliche Rückzugsfeder vorsehbar, die das Zurückfahren der Halterung 5 in Richtung zur Basiseinheit 3 beschleunigt. Allerdings muss vom dann rein mechanischen Aktor eine entsprechende Federkraft überwunden werden.
Als Wagen 1 ist ein Automobil oder ein anderer Wagen vorsehbar. In jedem Fall ist der Wagen mit einer Batterie ausrüstbar, die mittels der berührungslos übertragenen elektrischen Energie aufladbar ist. Außerdem sind auch andere elektrische Verbraucher auf dem Wagen, wie beispielsweise Elektrogeräte, Radio, Kommunikationsgeräte, Kühlschrank, Heizvorrichtung, versorgbar.
In den Primärleiter ist ein mittelfrequenter Strom eingespeist, der eine Frequenz zwischen 10 und 100 kHz oder mehr aufweist.
Die Kopplung zwischen der Sekundärspule und der Primärspule ist schwach ausgeführt. Es kann also ein großer Luftspalt vorgesehen sein. Der im in die Basiseinheit 3 eingefahrenen Zustand der Halterung 5 enorm große Abstand zwischen den beiden Spulen wird verringert durch die Verfahrvorrichtung. Aber auch der verbleibende kleinste Abstand ist als relativ zu bei Transformatoren üblichen Luftabständen noch ein großer Abstand und bewirkt somit eine entsprechende schwache Kopplung. Trotzdem wird jedoch ein hoher Wirkungsgrad erreichbar, indem die Sekundärspule mit einer Kapazität in Reihe oder parallel beschaltet ist, die derart dimensioniert ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz des eingespeisten Primärstromes im Wesentlichen gleicht.
Der durch einen gesamtem großen Luftspalt bewirkte allgemein schlechte Wirkungsgrad wird bei der Erfindung also durch zwei Vorgehensweisen verbessert: Erstens räumliches Vermindern des Abstandes und danach zweitens die resonante Auslegung auf der Sekundärseite.
Die Basiseinheit ist in erster Ausführungsvariante derart ausgeführt, dass eine elektrische Einspeiseeinheit mit ihr direkt verbunden ist oder in sie integriert vorgesehen ist, wobei diese Einheit aus dem elektrischen Netz mit 50 oder 60 Hz versorgbar ist und den mittelfrequenten Strom erzeugt. Dabei umfasst die Einspeiseeinheit in einer ersten Variante einen netzgespeisten Umrichter, der eine mittelfrequente Spannungsquelle darstellt. Aus dieser Spannungsquelle ist ein Gyrator der Einspeiseeinheit versorgt, dessen Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz abgestimmt ist. Am Ausgang des Gyrators steht somit im Wesentlichen eine entsprechend mittelfrequente Stromquelle zur Verfügung, aus der das Primärleitersystem gespeist wird. Dem Primärleitersystem sind Kapazitäten in reihe geschaltet, die mit der Induktivität der Primärleiter zusammen wiederum auf die Mittelfrequenz als im Wesentlichen Resonanzfrequenz abgestimmt sind.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst die Einspeiseeinheit auch eine elektronische Schaltung zum Datenaustausch mit dem wagen. Hierzu wird ein höher frequent als die Mittelfrequenz auf den Primärleiter aufmoduliertes Frequenzband benutzt. Im Wagen befindet sich eine entsprechende elektronische Schaltung zum Empfang aber auch zum Senden der höheren Frequenz oder Frequenzen.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst der Wagen einen Speicher, in dem eine Identifikationsnummer hinterlegt ist. Somit ist es ermöglicht, dass der Wagen diese Information an die Basiseinheit versendet. Dort sind Mittel zum Messen der an den Wagen übertragenen Energie vorgesehen. Die Information über die übertragene Energiemenge sowie die Identifikationsinformation wird von der Basiseinheit an einen mit der Basiseinheit zum Datenaustausch verbundenen Rechner übertragen, insbesondere über Internet. Dieser Rechner kann auch mit weiteren Rechnern verbunden sein zum Verrechnen und/oder Bezahlen des der Energiemenge zugeordneten Preises.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel umfasst die Basiseinheit Mittel, die die Übertragung der Energie an den Wagen abhängig von einer Überprüfung freigeben. Dabei bezieht sich die Überprüfung auf die zur vom Wagen übertragene Identifikationsinformation zugehörige Berechtigung für den Energieempfang. Somit kann an einem Rechner eine Liste von berechtigten Wagen und/oder eine Liste von nichtberechtigten Wagen hinterlegt werden.
In einem alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Basiseinheit mit weiteren Basiseinheiten in Serie geschaltet und aus einer zentralen Einspeisung versorgt. Das Primärleitersystem umfasst also eine Reihenschaltung aus auf den jeweiligen Halterungen vorgesehenen Primärspulen. Somit ist eine zentrale Einspeisung ausreichend für eine Menge von Basiseinheiten, die beispielsweise auf einem Parkplatz für Automobile vorsehbar sind.
Als Wagen sind aber nicht nur Fahrzeuge mit eigenem Antrieb, wie Automobile, vorsehbar sondern auch Fahrzeuge ohne eigenen Antrieb. Bei solchen letztgenannten Fahrzeugen ist ein elektrischer Verbraucher versorgbar und/oder ein elektrisch versorgbarer Energiespeicher, wie Batterie, Kondensator, Brennstoffzelle oder dergleichen.
Der Verbraucher ist als Heiz- und/oder eine Kühlvorrichtung ausführbar. Somit ist als Wagen auch ein Transportwagen für Gefriergut verwendbar, der in einem Kühlhaus beladbar ist und danach während des Transports seine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung aus einer Batterie versorgt. Das Beladen der Batterie erfolgt beispielsweise während einer Warteschleife vor dem Kühlhaus und/oder während des Beladens im Kühlhaus.

1: Wagen, Fahrzeug
2: Rad
3: Basiseinheit
5: Halterung für Primärleiter
6: Leiste

Claims

System, umfassend Wagen und zumindest eine Basiseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen eine Sekundärspule umfasst, die mit einem von der Basiseinheit umfassten Primärleiter induktiv koppelbar ist, wobei von der Basiseinheit eine Verfahrvorrichtung zur Verringerung des Abstandes zwischen Primärleiter und Sekundärspule umfasst ist, insbesondere zur Verstärkung der induktiven Kopplung und/oder Erhöhung des Wirkungsgrades bei der berührungslosen Energieübertragung.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrvorrichtung einen Aktor umfasst, der pneumatisch, hydraulisch, elektromechanisch oder mechanisch arbeitet und/oder betätigbar ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor mit zumindest einem Sensor zur Detektion der Position des Wagens verbunden ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor mit zumindest einem Mittel zum Auslösen verbunden ist, das zumindest eine von zumindest einem Rad des Wagens befahrbare Leiste umfasst.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen einen elektrisch versorgbaren Energiespeicher umfasst und/oder der Wagen ein Fahrzeug mit oder ohne Antrieb ist, insbesondere Automobil.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Auslösen derart ausgeführt ist, dass erst nach mindestens zwei Räder umfassenden Befahrens einer Leiste der Aktor ausgelöst wird.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Auslösen in einer Vertiefung der Basiseinheit vorgesehen ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung und/oder das Mittel zum Auslösen, insbesondere die Leiste, in Richtung der die beiden Räder verbindenden Achse oder Welle ausgeformt ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit mit benachbarten Basiseinheiten in einer Reihe mechanisch verbindbar ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheiten aus einer gemeinsamen Einspeisung mit mittelfrequentem Strom versorgbar sind, wobei die Primärleiter der Basiseinheiten in Reihe geschaltet vorgesehen sind.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit eine Einspeisung zur Versorgung des Primärleiters mit mittelfrequentem Strom umfasst.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit Mittel zum Erfassen der an den Wagen übertragenen Energiemenge umfasst.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen einen Speicher für eine Identifikationsinformation umfasst.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Datenaustausch zwischen Wagen und Basiseinheit vorgesehen sind, insbesondere mittels auf den mittelfrequenten Strom aufmodulierten höher frequenten Stromanteilen.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit mit mindestens einem Rechner verbindbar ist, insbesondere Ober Internet und/oder andere Datenaustauschsysteme, wie Mobilfunk, Feldbussysteme oder dergleichen, und vom Rechner die Berechtigung der Identifikationsinformation meldbar ist an die Basiseinheit, insbesondere zur Beeinflussung der Freigabe von Energie an den Wagen.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Halterung der Basiseinheit eine Primärwicklung vorgesehen ist, die vom Primärleiter umfasst ist, wobei die Halterung vom Aktor verfahrbar angeordnet ist, insbesondere in oder gegen Richtung des Unterbodens des Wagens.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule mit einer Kapazität derart in Reihe oder parallel beschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht, insbesondere zur Verstärkung der induktiven Kopplung und/oder Erhöhung des Wirkungsgrades bei der berührungslosen Energieübertragung.