DE102008052143B4

DE102008052143B4 - System zur berührungslosen Energieübertragung

Info

Publication number: DE102008052143B4
Application number: DE102008052143.4A
Authority: DE
Inventors: Günter Becker; Klaus Schwesinger; Adrian Kniejski
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: DE102008052143A1

Abstract

System zur berührungslosen Energieübertragung an ein schienengebundenes Fahrzeug, wobei ein Primärleiter in einem Haltesystem aufgenommen ist, wobei das Fahrzeug eine Sekundärspule aufweist, die mit dem Primärleiter induktiv gekoppelt vorgesehen ist, wobei das Haltesystem in Schienenrichtung aufeinander folgend angeordnete Ausnehmungen aufweist, und am Fahrzeug ein Sensor verbunden ist, der mit den Ausnehmungen zusammenwirkt, insbesondere zur Erzeugung eines Signals, aus dem eine Information über Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeuges relativ zum Haltesystem bestimmbar ist, wobei das Haltesystem aus mehreren, in Schienenrichtung jeweils hintereinander angeordneten, gleichartigen Halteteilen zusammengesetzt ist, wobei jedes Halteteil mindestens zwei der Ausnehmungen aufweist und in Schienenrichtung zwischen den Halteteilen ein als weitere Ausnehmung vom Sensor detektierbarer Spalt, insbesondere Abstandsspalt, vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur berührungslosen Energieübertragung an ein schienengebundenes Fahrzeug.
Aus der DE 100 53 373 A1 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung an ein schienengebundenes Fahrzeug bekannt.
Aus der DE 102 44 592 A1 ist eine Einrichtung zur Bestimmung der Position eines bewegbar angeordneten Körpers bekannt.
Aus der DE 100 14 954 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Elektrohängebahn mit berührungsloser Energieübertragung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeuges zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System zur berührungslosen Energieübertragung an ein schienengebundenes Fahrzeug nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System zur berührungslosen Energieübertragung an ein schienengebundenes Fahrzeug sind, dass ein Primärleiter in einem Haltesystem aufgenommen ist, wobei
das Haltesystem in Schienenrichtung aufeinander folgend angeordnete Ausnehmungen und/oder Geberteile, insbesondere Schaltfahnen, aufweist,
und am Fahrzeug ein Sensor verbunden ist, der mit den Ausnehmungen und/oder Geberteilen zusammenwirkt, insbesondere zur Erzeugung eines Signals, aus dem eine Information über Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeuges relativ zum Haltesystem bestimmbar ist.
Von Vorteil ist dabei, dass ein Haltesystem, das zum Halten eines Primärleiters notwendig ist, zur Positionserkennung oder Geschwindigkeitserkennung nutzbar ist. Hierzu sind keine weiteren Mittel wir aufgeklebte Markierungen oder dergleichen notwendig.
Erfindungsgemäß ist das Haltesystem aus mehreren, in Schienenrichtung jeweils hintereinander angeordneten, gleichartigen Halteteilen zusammengesetzt, insbesondere wobei jedes Halteteil mindestens zwei der Ausnehmungen aufweist und in Schienenrichtung zwischen den Halteteilen ein als weitere Ausnehmung vom Sensor detektierbarer Spalt, insbesondere Abstandsspalt, vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass einfach herzustellende Ausnehmungen verwendbar sind.
Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug eine Sekundärspule auf, die mit einem Primärleiter induktiv gekoppelt vorgesehen ist, wobei der Sekundärspule eine Kapazität derart in Serie oder parallel zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Frequenz eines in den Primärleiter eingeprägten Wechselstromes im Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass wegen der resonanten Ausführung des Abnahmesystems der Wirkungsgrad bei der Energieübertragung nur unwesentlich veränderlich ist. Somit sind die im Fahrzeug vorgesehenen Verbraucher, wie Antriebsmotor des Fahrzeuges und dergleichen, im Wesentlichen ungestört versorgbar, auch wenn Abstandsschwankungen auftreten, beispielsweise durch Schwingungen des Rad-Schiene-Systems oder dergleichen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist eine, mehrere oder jede Ausnehmung einen abgerundeten Berandungsbereich auf, insbesondere zum Herausführen des Primärleiters in Richtung des Befestigungsbereichs des Haltesystems. Von Vorteil ist dabei, dass der Primärleiter gut geschützt und geschont, also ohne scharfe Kanten, herausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind am Haltsystem Schaltfahnen vorgesehen und/oder ausgebildet, deren Berandungen senkrecht zur Schienenrichtung gerade ausgeführt sind oder zumindest gerade Teilbereiche aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei abstandsverändernden Verschiebungen oder Schwingungen des Fahrzeuges gegen das Haltesystem keine Beeinträchtigung des Sensorsignals zu erwarten ist und somit die Detektion fehlerarm oder fehlerfrei ausführbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Ausnehmungen senkrecht zur Schienenrichtung gerade berandet oder weisen zumindest einen jeweiligen geraden Teilbereich an Berandung auf,
wobei das Haltesystem abgerundet ausgeführte Innenbereiche aufweist, insbesondere Durchführungsbereiche, insbesondere zur Kabelherausführung in Richtung des Befestigungsbereiches des Haltesystems,
insbesondere wobei das Haltsystem aus Halteteilen gebildet ist, die jeweils mindestens zwei solche Ausnehmungen und mindestens einen solchen Innenbereich aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass am selben Haltesystem ein geschontes geschütztes Herausführen des Primärleiters ermöglicht ist und trotzdem fehlerarme Sensorsignale erzeugbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Primärleiter im Haltesystem formschlüssig aufnehmbar, insbesondere einklipsbar. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Verbindung anwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sensor ein Photosensor, ein Infrarotsensor, ein Ultraschallsensor oder ein kapazitiv sensitiver Sensor. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Sensorprinzipien einsetzbar sind. Besonders kostengünstig und sicher hat sich die Lichtschranke erwiesen, also ein Photosensor beziehungsweise Infrarotsensor, wobei die Lichtquelle beziehungsweise Infrarotquelle mit dem Fahrzeug mitfährt, insbesondere auf der dem Sensor gegenüberliegenden Seite Haltesystems.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind das Halteprofil und/oder die Schaltfahnen aus Kunststoff gebildet. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Fertigung ausführbar ist und keine Wirbelstromverluste auftreten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen Halteprofil und/oder Schaltfahnen zumindest einen Metallanteil, insbesondere Metallpartikel, auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein kapazitiver Sensor verwendbar ist und die Wirbelstromverluste klein haltbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Haltsystem mittels Befestigungselementen an einem Schienensystem oder einem Trägersystem, insbesondere T-Träger oder C-Träger aufweisenden Trägersystem, befestigt. Von Vorteil ist dabei, dass das Haltesystem stabil befestigbar ist. Als beispielhafte Anwendung ist eine Einschienenhängebahn ausführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind aufeinander folgende Ausnehmungen und/oder Geberteile eines Halteteils unterschiedlich lang in Schienenrichtung ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass aus dem vom Sensor erzeugten Signalverlauf die Bewegungsrichtung bestimmbar ist und/oder die Erfassung der zurückgelegten Wegstrecke und/oder die Geschwindigkeitserfassung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fahrzeug Mittel zur Dauer der vom Sensor erzeugten Impulse und/oder Mittel zum Zählen der Impulse. Von Vorteil ist dabei, dass Geschwindigkeitsbestimmung in einfacher Weise ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Haltesystem als Stranggussteil gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist, insbesondere sind somit sehr lange Systeme kostengünstig herstellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärspule um einen U-förmigen Kern gewickelt vorgesehen, wobei ein Primärleiter zwischen den Schenkeln des U angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass wenig Magnetfluss verloren geht und somit ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Anlagenteil in Schrägansicht gezeigt.
In der 2 ist eine Draufsicht gezeigt.
Bei der Anlage ist ein System zur berührungslosen Energieversorgung eines schienengebundenen Fahrzeuges vorgesehen. Hierbei wird in eine Primärleiterschleife ein mittelfrequenter Wechselstrom eingeprägt, dessen Frequenz zwischen 10 kHz und 500 kHz liegt.
Die Schleife umfasst hierbei Primärleiter 4, die als Hinleiter ausgeführt sind, und Primärleiter 3, die als Rückleiter ausgeführt sind. In 1 sind als Hinleiter zwei parallel verlegte Primärleiter-Leitungen eingesetzt, als Rückleiter jedoch nur eine Primärleitung 3.
Innerhalb des Gehäuses des Pick-Up 6 ist ein U-förmiger Ferritkern angeordnet, der von einer Sekundärwicklung umgeben ist. Somit ist diese Sekundärwicklung induktiv an das Primärleitersystem, also die Primärleiterschleife, gekoppelt.
Der Pick-Up 6 ist an dem nicht dargestellten schienengebundenen Fahrzeug befestigt, wobei ebenso am Fahrzeug ein Sensor 5 befestigt ist.
Auf dem Fahrzeug ist auch eine zur Sekundärspule derartige seriell oder parallel zugeschaltete Kapazität vorgesehen, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Frequenz des eingeprägten mittelfrequenten Wechselstroms entspricht.
Die Primärleiter (3, 4) sind in einem Halteprofil 1 aufgenommen, insbesondere eingeklipst. Dabei ist dieses Haltprofil aus einem Stranggussprofil fertigbar. Das Halteprofil ist formschlüssig verbunden mit einem Befestigungselement 2, das mit den Schienen unmittelbar oder mittelbar verbindbar ist. Beispielsweise werden die Befestigungselemente an einer Schiene einer Einschienenhängebahn befestigt.
Das Haltprofil 1 ist somit parallel zu den Schienen, auf denen das Fahrzeug bewegbar ist, angeordnet. Das Halteprofil 1 weist in Schienenrichtung Ausnehmungen 23 auf, die mittels des Sensors 5 detektierbar sind
Die Ausnehmungen 23 sind an einer ihrer in oder entgegen der Schienenrichtung liegenden Seiten abgerundet mit einer Rundung 24 ausgeführt. Somit sind die ansonsten in Schienenrichtung gerade verlegten Primärleiter 4 entlang der Rundung 24 an deren Innenseite herausführbar aus dem Halteprofil 1 auf der dem Pick-Up 6 abgewandten Seite des Halteprofils 1. Das Halteprofil 1 weist zur Führung einen entsprechenden Innen-Raumbereich auf, der durch zwei senkrecht zur Schienenrichtung, insbesondere in Achsrichtung der auf den Schienen verfahrbaren Räder des Fahrzeuges liegende Wände des Halteprofils 1 begrenzt ist.
In 2 sind zusätzlich zur 1 angeordnete Schaltfahnen gezeigt, die an der dem Sensor zugewandten Seite des Halteprofils 1 vorgesehen sind. In Schienenrichtung sind hierbei aufeinanderfolgend eine Schaltfahne 22 mit erster Länge, eine Schaltfahne 21 mit zweiter Länge und eine Schaltfahne 20 mit dritter Länge angeordnet. Diese Anordnung ist in Schienenrichtung wiederholt vorgesehen.
Der Sensor 5 ist beispielsweise mit einer auf der gegenüberliegenden Seite des Halteprofils 1 liegenden Lichtquelle oder Spiegels als Lichtschranke ausführbar. Wenn also der Lichtstrahl durch die Ausnehmungen nicht unterbrochen oder alternativ vom Halteprofil mit Schaltfahnen unterbrochen wird, ist dies vom Sensor detektierbar.
Mittels der drei verschieden langen unterbrechenden Abschnitte, umfassend Halteprofil und Schaltfahnen, ist eine Erkennung der Bewegungsrichtung des Fahrzeuges durchführbar. Denn, insbesondere bei konstanter Geschwindigkeit, ist für die Vorwärtsbewegung ein anderes Signalmuster, also ein anderer Sensorsignalverlauf, charakteristisch als bei Rückwärtsbewegung.
Die Schaltfahnen sind im Empfindlichkeitsbereich des Sensors angeordnet. Hierbei sind die Schaltfahnen im Gegensatz zu den Ausnehmungen mit geraden Seiten ausgeführt, also senkrecht zur Detektionsrichtung und senkrecht zur Bewegungsrichtung gerade verlaufenden Begrenzungen. Somit ist bei einer Veränderung des Abstandes zwischen Pick-Up und Haltprofil, insbesondere in senkrechter Richtung, die Detektion der Ausnehmungen fehlerfrei oder zumindest fehlerarm ausführbar. Denn bei gerader Ausführung der Begrenzungen in Richtung der Abstandsänderung ist der Signalverlauf bei Bewegung des Fahrzeuges unveränderlich.
Vorzugsweise sind die Schaltfahnen und das Halteprofil aus Kunststoff, da somit keine Wirbelströme von den Primärleitern (3, 4) induziert werden.
Somit sind die Ausnehmungen 23 einerseits mit einer Rundung 24 ausgeführt, andererseits sind für die Detektion der Geschwindigkeit gerade Berandungen ausgeführt. Auf diese Weise ist also am gleichen Halteprofil eine fehlerarme oder fehlerfreie Signaldetektion sowie eine schonende Führung der Primärleiter ausführbar.
Am Pick-Up 6 ist auch eine Anschlusssteckvorrichtung 7 vorgesehen, an welcher die elektronische Schaltung des Fahrzeuges anschließbar ist und somit aus dem Pick-Up 6 versorgbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt des Sensors mit Lichtschranke ein Infrarotsensor oder ein Ultraschallsensor verwendet.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden das Halteprofil und/oder die Schaltfahnen mit einem Anteil aus Metall, beispielsweise als in Kunststoff eingemischte Metallpartikel, ausgeführt. Somit ist als Sensor ein kapazitiv sensitiver Sensor einsetzbar.
Bezugszeichenliste

1: Halteprofil
2: Befestigungselement
3: Primärleiter
4: Primärleiter
5: Sensor
6: Pick-Up
7: Anschlusssteckvorrichtung
20: Schaltfahne mit dritter Länge in Schienenrichtung
21: Schaltfahne mit zweiter Länge in Schienenrichtung
22: Schaltfahne mit erster Länge in Schienenrichtung
23: Ausnehmung
24: Rundung

Claims

System zur berührungslosen Energieübertragung an ein schienengebundenes Fahrzeug, wobei ein Primärleiter in einem Haltesystem aufgenommen ist, wobei das Fahrzeug eine Sekundärspule aufweist, die mit dem Primärleiter induktiv gekoppelt vorgesehen ist, wobei das Haltesystem in Schienenrichtung aufeinander folgend angeordnete Ausnehmungen aufweist, und am Fahrzeug ein Sensor verbunden ist, der mit den Ausnehmungen zusammenwirkt, insbesondere zur Erzeugung eines Signals, aus dem eine Information über Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung des Fahrzeuges relativ zum Haltesystem bestimmbar ist, wobei das Haltesystem aus mehreren, in Schienenrichtung jeweils hintereinander angeordneten, gleichartigen Halteteilen zusammengesetzt ist, wobei jedes Halteteil mindestens zwei der Ausnehmungen aufweist und in Schienenrichtung zwischen den Halteteilen ein als weitere Ausnehmung vom Sensor detektierbarer Spalt, insbesondere Abstandsspalt, vorgesehen ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltesystem als Stranggussteil gefertigt ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder jede Ausnehmung einen abgerundeten Berandungsbereich aufweist, insbesondere zum Herausführen des Primärleiters in Richtung des Befestigungsbereichs des Haltesystems.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Haltsystem Schaltfahnen vorgesehen und/oder ausgebildet sind, deren Berandungen senkrecht zur Schienenrichtung gerade ausgeführt sind oder zumindest gerade Teilbereiche aufweisen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen senkrecht zur Schienenrichtung gerade berandet sind oder zumindest einen jeweiligen geraden Teilbereich an Berandung aufweisen, wobei das Haltesystem abgerundet ausgeführte Innenbereiche aufweist, insbesondere Durchführungsbereiche, insbesondere zur Kabelherausführung in Richtung des Befestigungsbereiches des Haltesystems, insbesondere wobei das Haltesystem aus Halteteilen gebildet ist, die jeweils mindestens zwei solche Ausnehmungen und mindestens einen solchen Innenbereich aufweisen.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärleiter im Haltesystem formschlüssig aufnehmbar sind, insbesondere einklipsbar.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Photosensor, ein Infrarotsensor, ein Ultraschallsensor oder ein kapazitiv sensitiver Sensor ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteprofil und/oder die Schaltfahnen aus Kunststoff gebildet sind.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Halteprofil und/oder Schaltfahnen zumindest einen Metallanteil, insbesondere Metallpartikel, aufweisen.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltsystem mittels Befestigungselementen an einem Schienensystem oder einem Trägersystem, insbesondere T-Träger oder C-Träger aufweisenden Trägersystem, befestigt ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinander folgende Ausnehmungen und/oder Geberteile eines Halteteils unterschiedlich lang in Schienenrichtung ausgeführt sind, so dass aus dem vom Sensor erzeugten Signalverlauf die Bewegungsrichtung bestimmbar ist und/oder die Erfassung der zurückgelegten Wegstrecke und/oder die Geschwindigkeitserfassung ermöglicht ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug Mittel zur Erfassung der Dauer der vom Sensor erzeugten Impulse umfasst und/oder Mittel zum Zählen der Impulse.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltesystem als Stranggussteil gefertigt ist.
System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärspule um einen U-förmigen Kern gewickelt vorgesehen ist, wobei ein Primärleiter zwischen den Schenkeln des U angeordnet ist.