DE102008019318A1

DE102008019318A1 - Anpasstransformator und System

Info

Publication number: DE102008019318A1
Application number: DE102008019318A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmidt; Bernhard Schneider; Thomas Uhl; Detlev Schroeder
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: DE102008019318B4

Abstract

Anpasstransformator und System, umfassend eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, wobei Primärwicklung und Sekundärwicklung axial nebeneinander angeordnet sind, insbesondere auf einem jeweiligen Ferritkern, insbesondere voneinander trennbar, insbesondere in axialer Richtung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anpasstransformator und ein System.
Aus der DE 100 53 373 A1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung bekannt. Dabei ist eine mittelfrequente Stromquelle vorgesehen, der ausgangsseitig ein Anpasstransformator 3 zugeschaltet ist, über den eine langgestreckte Leiterschleife, nämlich die Übertragungsstrecke 4, versorgt wird. An die langgestreckte Leiterschleife sind Verbraucher induktiv gekoppelt vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Umweltschutz zu verbessern. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Anpasstransformator nach den in Anspruch 1 und bei dem System nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Anpasstransformator sind, dass er eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung umfasst, wobei eine Primärwicklung und Sekundärwicklung axial nebeneinander angeordnet sind, insbesondere auf einem jeweiligen Ferritkern, insbesondere voneinander trennbar, insbesondere in axialer Richtung.
Von Vorteil ist dabei, dass der Anpasstransformator zur Anpassung der Induktivität der Leiterschleife an die Ausgangsimpedanz der Stromquelle, insbesondere der Ausgangsimpedanz einer von der Stromquelle gespeisten Gyratoranordnung, vorsehbar ist. Somit und mit der erfindungsgemäß axial getrennten Anordnung des Primärteils und Sekundärteils ist ein hoher Wirkungsgrad und somit ein verbesserter Umweltschutz erreichbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die jeweilige Wicklung mit Litzenband ausgeführt, dessen einzelnen Litzendrähte jeweils isoliert ausgeführt sind, insbesondere als HF-Litze. Von Vorteil ist dabei, dass geringe Induktionsspannungen zwischen den einzelnen Litzendrähten auftreten und somit geringe Verluste realisiert werden. Auf diese weise ist der Wirkungsgrad des gesamten Systems erhöht und der Umweltschutz verbessert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Litzenband aus Bündeln zusammengesetzt, wobei die Bündel kreuzweise verflochten sind, insbesondere zu einem Schlauch. Von Vorteil ist dabei, dass wiederum die Verluste verringert und somit der Wirkungsgrad verbessert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung derart ausgelegt, dass ein Wechselstrom von mehr 10 Ampere oder sogar mehr als 30 Ampere, insbesondere bis 100 Ampere, einspeisbar ist mit einer Frequenz zwischen 10 und 200 kHz. Von Vorteil ist dabei, dass das System für industrielle Anwendungen einsetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen Primärteil und Sekundärteil einen in zumindest einem Querschnitt, welcher den Mittelschenkel schneidet, E-förmigen Kern auf. Von Vorteil ist dabei, dass einfach zu fertigende Schalenkernteile verwendbar sind.
Wichtige Merkmale bei dem System zur berührungslosen Energieübertragung mit einem Anpasstransformator sind, dass die Primärwicklung in einem ersten Gehäuse vorgesehen ist und die Sekundärwicklung in einem zweiten Gehäuse vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass die beiden Gehäuse einfach und leicht voneinander trennbar, also wegbewegbar, sind. Somit ist ein Auskoppeln der Leistung in einfacher Weise ermöglicht. Denn sobald die induktive Kopplung verschwindet, versiegt der Energiefluss von der Stromquelle zum Verbraucher. Außerdem sind die Gehäuse beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil kostengünstig und einfach fertigbar und in hoher Schutzart, also beispielsweise wasserdicht oder zumindest spritzwasserdicht, ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind erstes und zweites Gehäuse derart aneinander verbindbar, insbesondere mittels formschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Verbindung, insbesondere mit Klipsverbindung und/oder Bajonettverbindung, dass Primärwicklung und Sekundärwicklung induktiv koppelbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindung oder das Trennen der Gehäuseteile einfach und leicht ausführbar ist. Dabei ist aber trotzdem ein genaues Einhalten der relativen Lage zum Erreichen einer hohen induktiven Kopplung erreichbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anpasstransformator zwischen einer Stromquelle und einer langgestreckten Leiterschleife, nämlich einer Übertragungsstrecke, angeordnet, insbesondere an welche Verbraucher mit einer von ihnen umfassten Sekundärwicklung induktiv gekoppelt vorgesehen sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine berührungslose Versorgung der Verbraucher ermöglicht ist. Insbesondere sind die Verbraucher entlang der langgestreckten Leiterschleife bewegbar anordenbar. Somit sind die Wartungskosten für Schleifleitungsversorgung oder alternativ mitgeführte Batteriesysteme einsparbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der von dem jeweiligen Verbraucher umfassten Sekundärwicklung eine Kapazität in Reihe oder Serie derart geschaltet, die zugehörige Resonanzfrequenz der in die Leiterschleife eingeprägten Wechselstromfrequenz im Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist, der auch bei praktisch vorkommenden Abstandsschwankungen zwischen Leiterschleife und Sekundärteil des Verbrauchers nur geringfügig schwankt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Sekundärwicklung und dem zweiten Gehäuse ein Federelement angeordnet, insbesondere zum Erzeugen einer Andrückkraft in Richtung auf die Primärwicklung. Von Vorteil ist dabei, dass die primärseitigen und sekundärseitigen Kerne aufeinander gedrückt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung mittels einer Einstellvorrichtung die induktive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung einstellbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein vollständiges Entkoppeln, optimales Koppeln oder ein Zwischenwert an Kopplung einstellbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Einstellvorrichtung als Langloch, als Schlitz oder als Schienenführung ausgeführt, insbesondere mit einer Arretierschraube, oder ein Drehgelenk, wie Scharnier oder dergleichen, umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass eine Einstellvorrichtung in einfacher Weise realisierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die induktive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und Primärwicklung einstellbar, insbesondere zumindest auf diskrete Werte. Von Vorteil ist dabei, dass gewisse Werte an induktiver Kopplung einstellbar sind. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.

1: primärseitiges Gehäuseteil
2: sekundärseitiges Gehäuseteil
3: Gehäuseteil der Einspeisung
4: Schaltschrankteil
5: sekundärseitiger Linienleiter
6: primärseitiger Linienleiter
7: Außenschenkel des Ferritkerns
8: Spulenträgerfronteil
9: Mittelschenkel des Ferritkerns
10: Wicklungsleitung

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1a ist ein erfindungsgemäßer Anpasstransformator für ein System zur berührungslosen Energieübertragung in Schnittansicht gezeigt, wobei Primärteil und Sekundärteil des Transformators derart voneinander entfernt angeordnet sind, dass eine vernachlässigbare induktive Kopplung und somit praktisch keine Energieübertragung stattfindet. In 1c ist eine zugehörige Schrägansicht gezeigt. In 1b ist der Transformator wiederum in Seitenansicht gezeigt, wobei Primärteil und Sekundärteil des Transformators nahe aneinander sind und somit eine gute induktive Kopplung und daher auch ein hoher Wirkungsgrad bei der Kopplung erreicht ist.
Der Primärteil des Anpasstransformators wird von einer mittelfrequenten Stromquelle gespeist, die vorzugsweise eine Gyratoranordnung umfasst, deren Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht. Die Mittelfrequenz ist vorzugsweise im Bereich zwischen 10 und 100 oder gar 200 kHz gewählt.
Sekundärseitig ist eine langgestreckte Stromschleife, von welcher Teilbereiche als sekundärseitige Linienleiter 5 in 1 gezeigt sind, mit einem Linienleiter ausgeführt, die aus der Sekundärwicklung des Anpasstransformators versorgt wird. An diesen Linienleiter werden Verbraucher induktiv gekoppelt, auf deren jeweiliger Sekundärseite wiederum eine Kapazität mit der zugehörigen Sekundärwicklung derart in Reihe oder parallel beschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz gleicht.
Der Anpasstransformator weist also einen Primärteil und einen Sekundärteil derart auf, dass die Teile voneinander einfach trennbar sind, also voneinander weg bewegbar. Das Primärteil umfasst hierbei eine Wicklung, wobei die Wicklungsleitung aus Litzenband gefertigt ist. Dabei sind die einzelnen Litzendrähte gegeneinander isoliert, insbesondere lackiert, vorgesehen.
Die Litzendrähte sind jeweiligen ungefähr gleich großen Bündeln, die auch als Schlag bezeichenbar sind, zugeordnet. Die Bündel werden kreuzweise verflochten, so dass ein Schlauch entsteht und das jeweilige Bündel spiralförmig in Schlauchrichtung angeordnet ist. Der Schlauch wird als Wicklungsleitung 10 verwendet und dabei deformiert, so dass er kein zylindrisches Äußeres sondern ein flaches äußeres Erscheinungsbild aufweist. Vorzugsweise werden die Litzendrähte innerhalb des Bündels verdrillt.
Auf diese Weise ist erreicht, dass möglichst geringe Induktionsspannungen zwischen den einzelnen Litzendrähten entstehen bei Bestromung.
Der eingeprägte Strom bei dieser Anordnung darf Werte von 10, 30 oder gar 100 Ampere übersteigen.
Die Wicklung ist von einem Spulenträgerteil gehalten, das ein Spulenträgerfronteil 8 umfasst zum axialen Begrenzen. Der Spulenträger mit der Wicklung ist somit ringförmig oder ananasscheibenförmig ausgeführt und wird auf den Mittelschenkel 9 eines Ferritkerns des Primärteils aufgesteckt. Der Ferritkern weist zumindest in einigen Winkelrichtungen als Radialschnitt ein E auf, ist also quasi E-förmig ausgeführt.
Der Spulenträger wird also auf den Mittelschenkel aufgesteckt und ist dann zumindest teilweise umgeben von dem Ferritkern, insbesondere in radialer Richtung nach innen von dessen Mittelschenkel und in radialer Richtung nach außen von dessen Außenschenkeln 7.
Dabei sind Mittelschenkel und Außenschenkel 7 auf der vom Sekundärteil abgewandten Seite mit Ferritmaterial verbunden.
Die Wicklungsleitung 10 ist als primärseitiger Linienleiter 6 herausgeführt. Das primärseitige Gehäuseteil 1 ist mit dem Gehäuseteil 3 der Einspeisung verbunden, die die Stromquelle umfasst. Alternativ ist das Gehäuseteil 3 ein Schaltschrankteil 4.
Das sekundärseitige Gehäuseteil 2 hält den sekundärseitigen Ferritkern, der ebenso wie der sekundärseitige Spulenträger und die sekundärseitige Wicklung, baugleich ausgeführt ist wie die entsprechenden primärseitigen Teile.
In einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das System gemäß den Figuren der DE 100 53 373 A1 ausgeführt, wobei der oben beschriebene Anpasstransformator verwendet ist. Dabei ist besonders wichtig, dass die Einspeisung, also der Einspeisesteller ESS, und die Gyratoranordnung (dortiges Bezugszeichen 2) in einem Gehäuse angeordnet sind, in dem auch der Primärteil des Anpasstransformators angeordnet ist. Das Sekundärteil des Anpasstransformators ist von einem separaten Gehäuse umgeben, das mit dem ersten Gehäuse verbindbar ist zur induktiven Kopplung der beiden Teile des Anpasstransformators.
In einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Primärteil innerhalb des Gehäuses der Einspeisung vorgesehen, das aus Kunststoff ausgeführt ist. Das Sekundärteil oder dessen sekundärseitiges Gehäuseteil 2 wird dann von außen am Gehäuse der Einspeisung leicht lösbar befestigt, beispielsweise eingeklipst oder angeschraubt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10053373 A1 [0002, 0030]

Claims

Anpasstransformator, umfassend eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, dass Primärwicklung und Sekundärwicklung axial nebeneinander angeordnet sind, insbesondere auf einem jeweiligen Ferritkern, insbesondere voneinander trennbar, insbesondere in axialer Richtung.
Anpasstransformator nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Wicklung mit Litzenband ausgeführt sind, dessen einzelnen Litzendrähte jeweils isoliert ausgeführt sind, insbesondere als HF-Litze.
Anpasstransformator nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Litzenband aus Bündeln zusammengesetzt ist, wobei die Bündel kreuzweise verflochten sind, insbesondere zu einem Schlauch.
Anpasstransformator nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung derart ausgelegt ist, dass ein Wechselstrom von mehr 10 Ampere oder sogar mehr als 30 Ampere, insbesondere bis 100 Ampere, einspeisbar ist mit einer Frequenz zwischen 10 und 200 kHz.
Anpasstransformator nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Primärteil und Sekundärteil einen in zumindest einem Querschnitt, welcher den Mittelschenkel schneidet, E-förmigen Kern aufweisen.
System zur berührungslosen Energieübertragung mit einem Anpasstransformator, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung in einem ersten Gehäuse vorgesehen ist und die Sekundärwicklung in einem zweiten Gehäuse vorgesehen ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erstes und zweites Gehäuse derart aneinander verbindbar, insbesondere mittels formschlüssiger und/oder kraftschlüssiger Verbindung, insbesondere mit Klipsverbindung und/oder Bajonettverbindung, sind, dass Primärwicklung und Sekundärwicklung induktiv koppelbar sind.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpasstransformator zwischen einer Stromquelle und einer langgestreckten Leiterschleife angeordnet ist, insbesondere an welche Verbraucher mit einer von ihnen umfassten Sekundärwicklung induktiv gekoppelt vorgesehen sind.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem jeweiligen Verbraucher umfassten Sekundärwicklung eine Kapazität in Reihe oder Serie derart geschaltet ist, die zugehörige Resonanzfrequenz der in die Leiterschleife eingeprägten Wechselstromfrequenz im Wesentlichen entspricht.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sekundärwicklung und dem zweiten Gehäuse ein Federelement angeordnet ist, insbesondere zum Erzeugen einer Andrückkraft in Richtung auf die Primärwicklung.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Einstellvorrichtung die induktive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und der Primärwicklung einstellbar ist, insbesondere auf im Wesentlichen vollständiges Entkoppeln, optimales Koppeln und einen Zwischenwert an Kopplung.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung als Langloch, als Schlitz oder als Schienenführung ausgeführt ist, insbesondere mit einer Arretierschraube, oder ein Drehgelenk, wie Scharnier oder dergleichen, umfasst.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellvorrichtung ein Abstandsteil, insbesondere ein zwischen die Kerne des Primärteils und Sekundärteils eingelegtes Kunststoffteil.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Kopplung zwischen der Sekundärwicklung und Primärwicklung einstellbar ist, insbesondere zumindest auf diskrete Werte.