DE102008064640A1 - Inductance and arrangement - Google Patents

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Abstract

Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung, wobei ein mittelfrequenter Strom in ein langgestreckt ausgeführtes Primärleitersystem eingespeist wird, wobei Verbraucher aus einer mit dem Primärleitersystem induktiv gekoppelt vorgesehenen Sekundärspule versorgt sind, wobei der Sekundärspule eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz, insbesondere zwischen 10 und 500 kHz, des Stromes entspricht, wobei eine steuerbare Induktivität vorgesehen ist.Arrangement for contactless energy transmission, wherein a medium frequency current is fed into an elongated executed primary conductor system, wherein consumers are supplied from a inductively coupled to the primary conductor system provided secondary coil, wherein the secondary coil such a capacitance is connected in series or in parallel, that the associated resonant frequency substantially the center frequency, in particular between 10 and 500 kHz, the current corresponds, with a controllable inductance is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung.The The invention relates to an arrangement.

Es ist bekannt, Induktivitäten mit Kapazitäten zu einer Resonanzschaltung zu verbinden.It is known, inductors with capacities too to connect a resonant circuit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage mit Induktivitäten weiterzubilden.Of the Invention is therefore the object of developing a system with inductors.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention Task in the arrangement according to the features specified in claim 1 solved.

Wichtige Merkmale bei der Anordnung sind, dass sie zur berührungslosen Energieübertragung vorgesehen ist, wobei ein mittelfrequenter Strom in ein langgestreckt ausgeführtes Primärleitersystem eingespeist wird,
wobei Verbraucher aus einer mit dem Primärleitersystem induktiv gekoppelt vorgesehenen Sekundärspule versorgt sind,
wobei der Sekundärspule eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz, insbesondere zwischen 10 und 500 kHz, des Stromes entspricht,
wobei eine steuerbare Induktivität vorgesehen istImportant features of the arrangement are that it is intended for non-contact energy transmission, with a medium-frequency current being fed into an elongated primary conductor system,
wherein consumers are supplied from a secondary coil inductively coupled to the primary conductor system,
wherein the secondary coil is connected in series or in parallel with such a capacitance that the associated resonant frequency substantially corresponds to the center frequency, in particular between 10 and 500 kHz, of the current,
wherein a controllable inductance is provided

Von Vorteil ist dabei, dass ein auf Resonanz angelegter Schaltungsteil, wie beispielsweise ein Resonanzschwingkreis, eine Gyratoranordnung, oder auch ein Transformator auf einen gewünschten Wert hin regelbar sind.From The advantage here is that a resonant circuit part, such as a resonant circuit, a gyrator arrangement, or a transformer can be regulated to a desired value.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Induktivität die Sekundärspule. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei einem Vierpol wie Trafo oder dergleichen die Induktivität steuerbar ist.at In an advantageous embodiment, the inductance is the secondary coil. The advantage here is that even with a quadrupole such as transformer or like the inductance is controllable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Induktivität in einer Gyratoranordnung vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Gyratoranordnung auf den gewünschten Soll-Frequenzverlauf hin einstellbar istat an advantageous embodiment, the inductance is in one Gyratoranordnung is provided. The advantage here is that the Gyrator arrangement on the desired Target frequency response is adjustable

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Induktivität derart mit der Induktivität des Primärleitersystem verbunden ist und eine derartige Kapazität mit dem Primärleitersystem in Wirkverbindung ist, dass die zugehörige resultierende Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz abstimmbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Wirkungsgrad optimierbar ist und alterungs-, witterungs- oder temperaturbedingte Veränderungen ausgleichbar sind.at In an advantageous embodiment, the inductance is such with the inductance of the primary conductor system is connected and such a capacity with the primary conductor system in operative connection is that the associated resulting resonant frequency is tunable to the center frequency. The advantage here is that the efficiency can be optimized and aging, weather or temperature-related changes are compensable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kapazität in einer das Primärleitersystem direkt oder über einen Transformator speisenden Gyratoranordnung angeordnet und/oder die Kapazität ist in Reihe oder parallel beschaltet zur mit der Induktivität des Primärleitersystem verbundenen Induktivität vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Abstimmung des Primärleitersystems ebenfalls mittels der steuerbaren Induktivität ausführbar ist. Hierbei wird die steuerbare Induktivität in Reihe geschaltet zum Primärleiter, also zur Induktivität des Primärleiters. Die zur Erreichung der Resonanz vorgesehene Kapazität ist innerhalb der Gyratoranordnung vorgesehen, aus der das Primärleitersystem über einen Transformator hinweg versorgt wird.at an advantageous embodiment, the capacity is in one the primary conductor system directly or via arranged a transformer feeding gyrator and / or the capacity is connected in series or in parallel with the inductance of the primary conductor system connected inductance intended. The advantage here is that the vote of the primary conductor system also by means of the controllable inductance executable. This is the controllable inductance connected in series with the primary conductor, So to the inductance of the primary manager. The capacity provided for achieving the resonance is within provided the gyrator, from which the primary conductor system via a Transformer is supplied.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Reglerschaltung vorgesehen, deren Eingang mit einem Mittel zur Erfassung der relativen Phasenlage zwischen einer Spannung und einem Strom vorgesehen ist, insbesondere wobei der Strom der Primärstrom ist, und deren Ausgang mit der steuerbaren Induktivität als Stellglied verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine automatische Regelung vorsehbar ist, die auch bei Veränderung von physikalischen Parametern den Wert der Resonanzfrequenz nachführt, indem sie die steuerbare Induktivität auf den gewünschten Wert hin regelt.at an advantageous embodiment, a regulator circuit is provided, their input with a means for detecting the relative phase between a voltage and a current is provided, in particular wherein the stream of primary electricity is, and whose output with the controllable inductance as an actuator connected is. The advantage here is that an automatic control predictable, even when changing of physical parameters tracks the value of the resonant frequency by they are the controllable inductance to the desired Value out regulates.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die steuerbare Induktivität eine Hauptwicklung, die um zumindest einen Schenkel eines Kerns herum ausgeführt ist,
wobei die Hauptwicklung mit Wechselstrom beaufschlagt ist,
wobei eine Steuerwicklung auf zumindest einem Schenkel des Kerns vorgesehen ist, die mit unipolarem Strom beaufschlagt ist.In an advantageous embodiment, the controllable inductance comprises a main winding which is embodied around at least one leg of a core,
wherein the main winding is supplied with alternating current,
wherein a control winding is provided on at least one leg of the core, which is subjected to unipolar current.

Von Vorteil ist dabei, dass der Wert der Induktivität auf einen gewünschten Sollwert hin veränderbar und abstimmbar ist.From The advantage here is that the value of the inductance to a desired Setpoint variable and is tunable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerwicklung zumindest zwei Teilwicklungen auf, deren Wicklungssinn derart ausgeführt ist,

  • – dass die Richtung des im vom ersten Teilbereich der Steuerwicklung umfassten Bereich erzeugten Hauptflusses der Richtung des von der Hauptwicklung bei Beaufschlagung positivem Strom erzeugten Flusses in diesem Bereich entspricht,
  • – und dass die Richtung des im vom zweiten Teilbereich der Steuerwicklung umfassten Bereich erzeugten Hauptflusses der Richtung des von der Hauptwicklung bei Beaufschlagung mit negativem Strom erzeugten Flusses in diesem zweiten Bereich, insbesondere also im vom zweiten Teilbereich der Steuerwicklung umfassten Bereich, entspricht.
In an advantageous embodiment, the control winding has at least two partial windings whose winding sense is designed such
  • - That the direction of the main flow generated in the area covered by the first portion of the control winding corresponds to the direction of the flow generated by the main winding upon application of positive current in this area,
  • - And that the direction of the flow generated in the area encompassed by the second portion of the control winding main flow corresponds to the direction of the flow generated by the main winding upon application of negative current in this second region, ie in particular in the area covered by the second portion of the control winding.

Von Vorteil ist dabei, dass die induzierte Spannung gering bleibt und trotzdem ein Feld erzeugbar ist, das den Kern der Hauptspule magnetisiert, insbesondere als Gleichfeld, also konstantes Feld.The advantage here is that the induced voltage remains low and still a field can be generated that magneti the core of the main coil siert, in particular as a dc field, so constant field.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerwicklung derart ausgeführt, dass jeweils abwechselnd nach Ausführung einer ersten Anzahl von Windungen eines Teilbereiches eine entsprechende Anzahl von Windungen des anderen Teilbereichs ausgeführt ist, insbesondere wobei die Anzahl einen Wert zwischen 1 und 10 annimmt. Von Vorteil ist dabei, dass die in den ersten Windungen induzierte Spannung gering bleibt und somit auch die Isolierung nur gegen geringe Spannungen ausgeführt werden muss.at In an advantageous embodiment, the control winding is such executed that in turn alternately after execution of a first number of turns a portion of a corresponding number of turns of the other subarea in particular, where the number is a value between 1 and 10 accepts. The advantage here is that in the first turns induced voltage remains low and thus also the insulation only designed for low voltages must become.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Versorgungswicklung auf zumindest einem Schenkel des Kerns vorgesehen, mit der Mittel zur Erzeugung des unipolaren Stroms verbunden sind, insbesondere wobei die Mittel aus der induzierter Spannung, insbesondere also Sekundärspannung, der Versorgungswicklung versorgt sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Versorgung der Steuerspule dezentral ermöglicht ist. Es muss also keine Versorgungsleitung zusätzlich zum Primärleiter verlegt werden sondern es genügt die Verlegung des Primärleiters, aus dem die Steuerspule induktiv über die Versorgungsspule versorgbar ist.at An advantageous embodiment is a supply winding provided at least one leg of the core, with the means for Generation of unipolar electricity are connected, in particular where the means from the induced voltage, in particular therefore secondary voltage, the supply winding are supplied. The advantage here is that the supply of the control coil is decentralized. So it does not have to be Supply line additionally to the primary conductor be moved but it is enough the relocation of the primary manager, from which the control coil can be supplied inductively via the supply coil is.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die Mittel zur Erzeugung des unipolaren Stroms eine steuerbare Anordnung, wie DC/DC-Wandler, Leistungsschalter und/oder steuerbarer Widerstand. Von Vorteil ist dabei, dass der Wert des Stromes in der Steuerspule stellbar ist, also steuerbar ist.at According to an advantageous embodiment, the means for generating the unipolar current is a controllable arrangement, such as DC / DC converters, power switches and / or controllable resistance. The advantage here is that the Value of the current in the control coil is adjustable, so controllable is.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kern einen Luftspalt S auf, welcher im von der Hauptwicklung erzeugten Hauptfluss durchdrungen wird, wobei die von den jeweiligen Teilwicklungen erzeugte Flüsse im Wesentlichen durch Bereiche des Kerns ohne Luftspalt geleitet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein nur geringer Steuerstrom notwendig ist, mit dem die Sättigung desjenigen Bereiches ermöglicht ist, der vom Hauptfluss der Teilwicklungen durchdrungen wird. Der Luftspalt ist nur in demjenigen Bereich des Kerns angeordnet, der vom Hauptfluss der Hauptwicklung im wesentlichen ausschließlich durchdrungen wird, wodurch die Steilheit der Magnetisierungskennlinie für die Hauptwicklung verminderbar ist.at According to an advantageous embodiment, the core has an air gap S on which is penetrated in the main flow generated by the main winding, wherein the flows generated by the respective sub-windings substantially are passed through areas of the core without an air gap. Advantageous is that only a small control current is necessary with the saturation of that area is, which is permeated by the main flow of the part windings. Of the Air gap is located only in that region of the core, the From the main flow of the main winding essentially exclusively permeated , whereby the slope of the magnetization characteristic for the main winding is reducible.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Steuersignale zur Ansteuerung berührungslos und/oder galvanisch getrennt übertragen. Von Vorteil ist dabei, dass kein zusätzlicher Aufwand für galvanische Trennung betrieben werden muss. Außerdem ist es einfach ermöglicht, dass die mit der Steuerspule verbundene Steuerelektronik auf verschiedenem Potential arbeitet.at In an advantageous embodiment, the control signals for driving contactless and / or transmitted galvanically isolated. The advantage here is that no additional effort for galvanic Separation must be operated. Besides, it's just easy that the control electronics connected to the control coil at different potential is working.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Mittel als Steuerglied einer Regelschaltung vorgesehen und mit dieser verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass der Wert des Steuerstromes regelbar ist, insbesondere also auf einen Sollwert hin.at In an advantageous embodiment, the means are used as a control member a control circuit provided and connected thereto. Advantageous is that the value of the control current is adjustable, in particular So to a target value.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Advantages emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist der schematische Schaltplan eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels gezeigt. In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei statt des Schaltgliedes 1 ein steuerbarer Widerstand verwendet ist. In der 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei statt des Schaltgliedes 1 der 1 ein DC/DC-Wandler gezeigt ist. In der 4 ist eine Induktivität mit zwei zueinander zugewandten E-förmigem Kernen gezeigt, wobei Wicklungen symbolisch angedeutet sind.The invention will now be explained in more detail with reference to figures:
In the 1 the schematic diagram of a first embodiment of the invention is shown. In the 2 a further embodiment is shown, wherein instead of the switching element 1 a controllable resistor is used. In the 3 is shown another embodiment, wherein instead of the switching element 1 of the 1 a DC / DC converter is shown. In the 4 an inductance is shown with two mutually facing E-shaped cores, with windings are symbolically indicated.

In der 1 ist die Hauptwicklung mit der Induktivität L dargestellt mit den Anschlüssen E1 und A1. Induktiv gekoppelt, also beispielsweise auf den Kern der Hauptwicklung gewickelt, sind die Steuerwicklung L2 mit den Anschlüssen E2 und A2 und die Versorgungswicklung L3 mit den Anschlüssen E3 und A3 vorgesehen. Dabei wird die Wicklung der Hauptwicklung L mit einem Wechselstrom gespeist, wodurch an der induktiv gekoppeltenIn the 1 is the main winding with the inductance L shown with the terminals E1 and A1. Inductively coupled, for example wound on the core of the main winding, the control winding L2 with the terminals E2 and A2 and the supply winding L3 with the terminals E3 and A3 are provided. The winding of the main winding L is supplied with an alternating current, whereby the inductively coupled

Versorgungswicklung eine Spannung bereit stellbar ist, die einem Gleichrichter zugeführt wird. Die gleichgerichtete Spannung ist optional mit einem Kondensator glättbar und wird dann einem Schaltglied 1 zugeführt, wobei dieses getaktet betrieben wird, beispielsweise pulsweitenmoduliert. Hierbei wird in jeder Taktperiode für einen ersten Zeitabschnitt ein vom Schaltglied umfasster Schalter, beispielsweise ein steuerbarer Leistungshalbleiterschalter, geschlossen und in einem nachfolgenden Zeitabschnitt geöffnet. Auf diese Weise ist der durch die Steuerwicklung L2 fließende Strom steuerbar. Im zeitlichen Mittel fließt also ein Gleichstrom durch die Steuerwicklung L2, wodurch somit der Kern der Hauptwicklung eine entsprechende Magnetisierung erfährt. Hierbei ist wichtig, dass die Magnetisierung des Kerns keine lineare Funktion des durch den Strom erzeugten Magnetfeldes ist sondern bei größeren Stromwerten sogar in ein Sättigungsverhalten übergeht.Supply voltage, a voltage is adjustable, which is supplied to a rectifier. The rectified voltage is optionally smoothed with a capacitor and then becomes a switching element 1 supplied, wherein this is operated clocked, for example, pulse width modulated. In this case, a switch encompassed by the switching element, for example, a controllable power semiconductor switch is closed in each clock period for a first period and opened in a subsequent period. In this way, the current flowing through the control winding L2 current is controllable. In the time average thus flows a direct current through the control coil L2, whereby thus the core of the main winding undergoes a corresponding magnetization. It is important that the magnetization of the core is not a linear function of the magnetic field generated by the current, but even changes to a saturation behavior for larger current values.

Auf diese Weise ist also die effektive Induktivität L der Hauptwicklung veränderbar abhängig vom in die Steuerwicklung eingeprägten Strom. Mittels der Versorgungswicklung ist somit eine von weiteren elektronischen Schaltungen galvanisch getrennte Versorgung ermöglicht, die auch räumlich weit entfernt einsetzbar ist ohne hierzu notwendige Versorgungskabel.In this way, therefore, the effective inductance L of the main winding is variable depending on the impressed in the control winding current. By means of the supply winding thus one of other electronic circuits galvanically isolated supply is possible, the ent also spatially far can be used without this necessary supply cable.

Die Steuersignale für das Schaltglied 1 sind berührungslos und sogar galvanisch getrennt übertragbar. Beispielsweise ist hierzu ein Optokoppler am Schaltglied 1 vorgesehen, das mit einer in der Figur nicht gezeigten zentralen Steuerung in Wirkverbindung ist. Alternativ ist auch ein auf den Primärleiter aufmodulierter hochfrequenter Stromanteil zur Übertragung der Steuersignale für das Schaltglied verwendbar. Die zugehörige Frequenz ist größer als die Mittelfrequenz des in den Primärleiter eingespeisten Stromes, also des für die Leistungsversorgung wesentlichen Stromanteils. Mittels der Versorgungsspule ist auch der hochfrequente Stromanteil detektierbar und somit im Schaltglied abkoppelbar vom Versorgungsstromanteil.The control signals for the switching element 1 are contactless and even galvanically isolated transferable. For example, this is an optocoupler on the switching element 1 provided, which is in operative connection with a central control, not shown in the figure. Alternatively, a modulated on the primary conductor high-frequency current component for transmitting the control signals for the switching element can be used. The associated frequency is greater than the center frequency of the current fed into the primary conductor, that is, the current component which is important for the power supply. The high-frequency current component can also be detected by means of the supply coil and can therefore be decoupled from the supply current component in the switching element.

Anstatt der genannten Steuersignale sind in weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen auch nur Informationen übertragbar, wobei dann im Schaltglied eine elektronische Schaltung zur Erzeugung der Steuersignale umfasst ist.Instead of said control signals are in further embodiments of the invention also only information transferable, wherein then in the switching element, an electronic circuit for generating the control signals is included.

Als Material zur Herstellung des Kerns eigenen sich Ferrit-Materialien oder auch andere ferromagnetischen oder ferrimagnetischen Materialien.When Material for the production of the core own ferrite materials or other ferromagnetic or ferrimagnetic materials.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist bei einem System zur berührungslosen Energieübertragung verwendbar, bei dem ein langgestreckt verlegter Primärleiter vorgesehen ist, in den ein mittelfrequenter Stromeingeprägt wird, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 500 kHz. Der entlang dem Primärleiter bewegbare Verbraucher weist eine Sekundärspule auf, die induktiv mit dem Primärleiter gekoppelt ist und der eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, so dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz entspricht. Hierbei ist die Hauptwicklung der erfindungsgemäßen Anordnung als Sekundärwicklung verwendbar und mittels des Stromes in der Steuerwicklung die Induktivität veränderbar, also die Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz hin regelbar oder abstimmbar. Mittels der resonanten Übertragung sind aus der Sekundärwicklung versorgte Verbraucher mit einem nur geringfügig schwankenden Wirkungsgrad versorgbar bei schwankendem Abstand zwischen Primärleiter und Sekundärspule.The inventive arrangement is in a non-contact system power transmission usable in which an elongated laid primary conductor is intended, in which a medium-frequency current is injected, in particular with a frequency between 10 and 500 kHz. The along the primary conductor movable consumer has a secondary coil, which is inductive with coupled to the primary conductor is and switched on such a capacity in series or in parallel is, so that the associated Resonant frequency substantially equal to the center frequency. Here, the main winding of the arrangement according to the invention is a secondary winding usable and by means of the current in the control winding, the inductance changeable, So the resonance frequency to the center frequency adjustable or tunable. By means of the resonant transmission are from the secondary winding supplied consumers with only slightly fluctuating efficiency can be supplied with a fluctuating distance between the primary conductor and secondary coil.

Des Weiteren wird zur Erzeugung des mittelfrequenten Stromes für den Primärleiter ein Umrichter verwendet, dessen Endstufe aus einer unipolaren Spannung, der sogenannten Zwischenkreisspannung, versorgt wird, die von einem netzgespeisten Gleichrichter erzeugt wird. Die Endstufe umfasst hierbei Halbbrücken, welche jeweils zwei in Reihe geschaltete pulsweitenmoduliert angesteuerte Leistungshalbleiterschalter umfassen. Auf diese Weise ist eine mittelfrequente Spannung erzeugbar, die zur Speisung einer Gyratoranordnung verwendet ist. Mittels der Gyratoranordnung wird aus der mittels der Endstufe realisierten Spannungsquelle eine mittelfrequente Stromquelle hergestellt, die zur Speisung einer Primärleiterschleife vorgesehen ist, wobei die Primärleiterschleife den Primärleiter umfasst.Of Further, to generate the medium frequency current for the primary conductor a converter whose output stage consists of a unipolar voltage, the so-called intermediate circuit voltage, which is supplied by a mains-powered rectifier is generated. The power amplifier includes here Half-bridge, which in each case two series-connected pulse width modulated controlled Power semiconductor switch include. This way is a medium frequency Voltage generated, which is used to power a Gyratoranordnung is. By means of the gyrator arrangement is from the means of the power amplifier realized voltage source made a medium frequency power source, for feeding a primary conductor loop is provided, wherein the primary conductor loop the primary conductor includes.

Als Gyratoranordnung wird ein Vierpol verwendet, der mindestens eine Induktivität und mindestens eine Kapazität umfasst, wobei die Werte dieser Größen derart gewählt sind, dass die zugehörige Resonanzfrequenz der Mittelfrequenz im Wesentlichen entspricht. Hierzu ist als Induktivität wiederum eine erfindungsgemäße Anordnung verwendbar, so dass die Induktivität auf den optimalen Wert abstimmbar oder darauf hin regelbar ist.When Gyratoranordnung a quadrupole is used, the at least one inductance and at least one capacity with the values of these variables being chosen such that that the associated Resonant frequency of the center frequency substantially corresponds. This is as inductance again an inventive arrangement usable, so that the inductance tunable to the optimum value or is adjustable.

Vorteiligerweise sind somit alterungs-, feuchtigkeits-, witterungs-, temperaturbedingte oder anderweitig bedingte Abweichungen oder Drifte der Werte ausgleichbar und/oder nachregelbar.Vorteiligerweise are thus aging, humidity, weather, temperature or otherwise conditional deviations or drifts in the values can be compensated and / or readjustable.

Zwischen dem Ausgang des Gyrators und der Primärleiterschleife ist ein Transformator anordenbar, der zur Anpassung der Induktivität verwendbar ist. Auch für dessen Induktivitäten ist die erfindungsgemäße Anordnung einsetzbar, um diese abstimmbar auszuführen.Between The output of the gyrator and the primary conductor loop is a transformer can be arranged, which is suitable for adapting the inductance. Also for his inductors is the arrangement according to the invention can be used to perform this tunable.

Dem langgestreckt verlegten Primärleiter ist insgesamt eine Kapazität in Reihe beschaltet, so dass die zugehörige Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz abzustimmen ist. Bei räumlich weit ausgedehnten Anlagen ist es hierbei vorteilhaft, den Primärleiter in Abschnitte aufzuteilen und jedem Abschnitt eine Teilkapazität zuzuordnen. Zusätzlich ist zur Abstimmung auch eine Induktivität zuordenbar, beispielsweise in Reihe, wobei diese als erfindungsgemäße Anordnung ausführbar ist und somit eine Abstimmung auf die Resonanzfrequenz ermöglicht ist.the elongated threaded primary conductor is a total capacity connected in series, so that the associated resonant frequency on the Medium frequency is tuned. For spatially extensive plants In this case, it is advantageous to divide the primary conductor into sections and allocate a partial capacity to each section. In addition to the Vote also an inductance assignable, for example, in series, this as an inventive arrangement executable is and thus a vote on the resonant frequency is possible.

Die genannten Komponenten sind also mit erfindungsgemäß steuerbaren Induktivitäten ausstattbar und somit abstimmbar auf die gewünschten Sollwerte.The Components mentioned are thus controllable according to the invention inductors outfitted and thus tunable to the desired setpoints.

In der 2 ist statt des steuerbaren Schaltgliedes 1 ein steuerbarer Widerstand R vorgesehen, der somit den Wert der Hauptinduktivität bestimmt. Die Funktionsweise ist der 1 entsprechend ausgeführt.In the 2 is instead of the controllable switching element 1 a controllable resistor R is provided, which thus determines the value of the main inductance. The way it works is the 1 executed accordingly.

In der 3 ist statt des steuerbaren Schaltgliedes 1 der 1 ein steuerbarer DC/DC-Wandler vorgesehen. Die Funktionsweise ist der 1 entsprechend ausgeführt.In the 3 is instead of the controllable switching element 1 of the 1 a controllable DC / DC converter provided. The way it works is the 1 executed accordingly.

Der Tastgrad oder das Tastverhältnis δ bestimmen somit die Induktivität.The duty cycle or the duty cycle δ be thus agree the inductance.

In der 4 ist eine beispielhafte Ausführung der steuerbaren Hauptinduktivität erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. Hierbei ist die Hauptwicklung L um den ersten E-förmigen Kern 2 gewickelt und weist die Anschlüsse E1 und A1 auf. Der zum Schließen des aus dem ersten E-förmigen Kern austretenden Magnetflusses vorgesehene zweite E-förmige Kern weist um seinen Mittelschenkel die Versorgungswicklung L3 auf, wobei die Anschlüsse mit E3 und A3 bezeichnet sind. Die Steuerwicklung L2 ist in zwei Teilwicklungen ausgeführt, wobei die erste Teilwicklung im rechten Hauptschenkel und die zweite Teilwicklung im linken Hauptschenkel vorgesehen ist. Die Wicklungssinne der beiden Teilwicklungen sind gegenläufig ausgeführt. Der von der Hauptwicklung L erzeugte Fluss geht vom Hauptschenkel des ersten E-förmigen Kerns 2 in den Hauptschenkel des zweiten E-förmigen Kerns 3 über und teilt sich dann in zwei Hälften auf, wobei die erste im ersten Hauptschenkel und die zweite Hälfte im zweiten Hauptschenkel fließt. Somit wird das von der ersten Teilwicklung der Steuerwicklung L2 erzeugte Feld im ersten Hauptschenkel auf den von der Hauptwicklung erzeugten Flussanteil aufaddiert und das von der zweiten Teilwicklung der Steuerwicklung L2 erzeugte Feld im zweiten Hauptschenkel auf den von der Hauptwicklung erzeugten Flussanteil subtrahiert. Auf diese Weise ist eine Steuerung der Induktivität für die positive Halbwelle des in der Hauptwicklung L vorgesehenen Wechselstromes in gleicher Weise wie für die negative Halbwelle ausführbar.In the 4 an exemplary embodiment of the controllable main inductor arrangement according to the invention is shown. Here, the main winding L is around the first E-shaped core 2 wound and has the terminals E1 and A1. The second E-shaped core provided for closing the magnetic flux issuing from the first E-shaped core has the supply winding L3 about its center leg, the terminals being denoted by E3 and A3. The control winding L2 is embodied in two partial windings, wherein the first part winding is provided in the right main leg and the second part winding in the left main leg. The winding sense of the two partial windings are designed in opposite directions. The flux generated by the main winding L goes from the main leg of the first E-shaped core 2 in the main leg of the second E-shaped core 3 over and then divides into two halves, with the first flowing in the first main leg and the second half in the second main leg. Thus, the field generated by the first partial winding of the control winding L2 in the first main leg is added to the flux component generated by the main winding and the field generated by the second partial winding of the control winding L2 is subtracted in the second main leg to the flux component generated by the main winding. In this way, a control of the inductance for the positive half-wave of the provided in the main winding L alternating current in the same manner as for the negative half-wave executable.

Weiterer Vorteil ist bei der geschilderten Ausführung der Teilwicklung, dass die vom in die Hauptwicklung eingespeisten Wechselstrom in die Steuerwicklung induzierte Spannung im Wesentlichen verschwindet. Vorzugsweise wird die Wicklung der Steuerwicklung derart ausgeführt, dass nach einer ersten Windung der ersten Teilwicklung die erste Windung der zweiten Teilwicklung mit dem obenbeschriebenen Wicklungssinn ausgeführt wird. Danach wird wiederum eine Windung der ersten Teilwicklung ausgeführt und durch weiteres Abwechseln des Ausführens einer Windung der jeweiligen Teilwicklung fortgefahren.Another Advantage is in the described embodiment of the partial winding that the alternating current fed into the main winding into the control winding induced voltage essentially disappears. Preferably the winding of the control winding is designed such that after a first turn the first part winding the first turn of the second part winding is performed with the above-described winding sense. After that will turn made a turn of the first part winding and by further alternating of performing continued a turn of the respective partial winding.

Um den Fertigungsaufwand und die Wicklungslänge zu verringern, ist es auch vorteilig, statt in der geschilderten Weise in abwechselnder Reihenfolge nur eine Windung jeder Teilwicklung auszuführen, mehrere Windungen der jeweiligen Teilwicklung auszuführen.Around It is also to reduce the manufacturing cost and the winding length advantageous, instead of in the manner described in alternating order to perform only one turn of each subwinding, several turns of the to execute respective sub-winding.

Auch auf diese Weise ist die an der Steuerwicklung insgesamt auftretende induzierte Spannung reduzierbar.Also in this way, the total occurring at the control winding induced voltage reducible.

Vorzugsweise sind die E-förmigen Kerne rotationssymmetrisch um ihren Mittelschenkel herum ausgeführt und weisen somit den in der 4 gezeigten E-förmigen Querschnitt auf.Preferably, the E-shaped cores are rotationally symmetrical about their center leg around and thus have the in the 4 shown E-shaped cross section.

Wichtig ist bei der 4 auch, dass der Mittelschenkel einen Spalt, also einen Luftabstand umfasst. Vorteiligerweise sind die Hauptschenkel ohne Luftspalt ausgeführt und somit eine möglichst kleine Steuerleistung notwendig. In den von der Steuerwicklung erzeugten hauptsächlichen Feldlinien ist also kein Luftspalt vorhanden und somit nur ein kleiner Steuerstrom notwendig, also auch nur eine kleine Steuerleistung. Schon der kleine Strom hat also eine große Wirkung.Important is in the 4 also that the center leg includes a gap, so an air gap. Advantageously, the main legs are designed without an air gap and thus the smallest possible control power necessary. In the main field lines generated by the control winding so no air gap is present and thus only a small control current necessary, so only a small control performance. Even the small stream has a big impact.

Anstatt einer Versorgungsspule ist auch eine Gleichstromversorgung von einer nicht gezeigten zusätzlichen Versorgungsschaltung ausführbar.Instead of A supply coil is also a DC supply from one not shown additional Supply circuit executable.

11
ansteuerbarer Schaltgliedcontrollable switching element
22
erster E-förmiger Kernfirst E-shaped core
33
zweiter E-förmiger Kernsecond E-shaped core
LL
Induktivität der HauptwicklungInductance of the main winding
L2L2
Induktivität der SteuerwicklungInductance of the control winding
L3L3
Induktivität der VersorgungswicklungInductance of the supply winding
E1, A1E1, A1
Anschlüsse der HauptwicklungConnections of the main winding
E2, A2E2, A2
Anschlüsse der SteuerwicklungConnections of the control winding
E3, A3E3, A3
Anschlüsse der VersorgungswicklungConnections of the supply winding
SS
Luftspaltair gap
SWSW
Schalterstellungswitch position
RR
Widerstandswertresistance
δδ
Tastgrad, Tastverhältnisduty cycle, duty cycle

Claims (14)

Anordnung zur berührungslosen Energieübertragung, wobei ein mittelfrequenter Strom in ein langgestreckt ausgeführtes Primärleitersystem eingespeist wird, wobei Verbraucher aus einer mit dem Primärleitersystem induktiv gekoppelt vorgesehenen Sekundärspule versorgt sind, wobei der Sekundärspule eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, dass die zugehörige Resonanzfrequenz im Wesentlichen der Mittelfrequenz, insbesondere zwischen 10 und 500 kHz, entspricht, des Stromes entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass eine steuerbare Induktivität vorgesehen ist.Arrangement for contactless energy transmission, wherein a medium frequency current is fed into an elongated executed primary conductor system, wherein consumers are supplied from a inductively coupled to the primary conductor system provided secondary coil, wherein the secondary coil such a capacitance is connected in series or in parallel, that the associated resonant frequency substantially the center frequency, in particular between 10 and 500 kHz, corresponds to the current, characterized in that a controllable inductance is provided. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität die Sekundärspule ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the inductance is the secondary coil. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität in einer Gyratoranordnung vorgesehen ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the inductance in a gyrator arrangement is provided. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität derart mit der Induktivität des Primärleitersystem verbunden ist und eine derartige Kapazität mit dem Primärleitersystem in Wirkverbindung ist, dass die zugehörige resultierende Resonanzfrequenz auf die Mittelfrequenz abstimmbar ist,Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the inductance in such a way with the inductance of the primary conductor system is connected and such a capacity with the primary conductor system in operative connection is that the associated resulting resonant frequency is tunable to the center frequency, Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität in einer das Primärleitersystem direkt oder über einen Transformator speisenden Gyratoranordnung angeordnet ist und/oder dass die Kapazität in Reihe oder parallel beschaltet zur mit der Induktivität des Primärleitersystem verbundenen Induktivität vorgesehen ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, thereby marked that the capacity in one the primary conductor system directly or via a transformer-feeding gyrator is arranged and or that capacity connected in series or in parallel with the inductance of the primary conductor system connected inductance is provided. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reglerschaltung vorgesehen ist, deren Eingang mit einem Mittel zur Erfassung der relativen Phasenlage zwischen einer Spannung und einem Strom vorgesehen ist, insbesondere wobei der Strom der Primärstrom ist, und deren Ausgang mit der steuerbaren Induktivität als Stellglied verbunden ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, thereby marked that a regulator circuit is provided, whose Input with a means for detecting the relative phase position between a voltage and a current is provided especially where the current is the primary current is, and whose output with the controllable inductance as an actuator connected is. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Induktivität eine Hauptwicklung umfasst, die um zumindest einen Schenkel eines Kerns herum ausgeführt ist, wobei die Hauptwicklung mit Wechselstrom beaufschlagt ist, wobei eine Steuerwicklung auf zumindest einem Schenkel des Kerns vorgesehen ist, die mit unipolarem Strom beaufschlagt ist.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, thereby marked that the controllable inductance is a main winding comprising around at least one leg of a core, in which the main winding is supplied with alternating current, in which a control winding is provided on at least one leg of the core is, which is charged with unipolar current. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwicklung zumindest zwei Teilwicklungen aufweist, deren Wicklungssinn derart ausgeführt ist, – dass die Richtung des im vom ersten Teilbereich der Steuerwicklung umfassten Bereich erzeugten Hauptflusses der Richtung des von der Hauptwicklung bei Beaufschlagung positivem Strom erzeugten Flusses in diesem Bereich entspricht, – und dass die Richtung des im vom zweiten Teilbereich der Steuerwicklung umfassten Bereich erzeugten Hauptflusses der Richtung des von der Hauptwicklung bei Beaufschlagung mit negativem Strom erzeugten Flusses in diesem zweiten Bereich, insbesondere also im vom zweiten Teilbereich der Steuerwicklung umfassten Bereich, entspricht.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, thereby marked that the control winding has at least two partial windings, whose winding sense is carried out in such a way - that the Direction of the included in the first portion of the control winding Area of the main river generated the direction of the main winding flow of positive flow generated in this area corresponds, - and that the direction of the im from the second subsection of the control winding covered area of the main river generated the direction of the Main winding generated upon application of negative current flow in this second area, ie in particular in the second subarea the tax winding covered area corresponds to. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerwicklung derart ausgeführt ist, dass jeweils abwechselnd nach Ausführung einer ersten Anzahl von Windungen eines Teilbereiches eine entsprechende Anzahl von Windungen des anderen Teilbereichs ausgeführt ist, insbesondere wobei die Anzahl einen Wert zwischen 1 und 10 annimmt.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the control winding is designed in such a way that in turn alternately after execution of a first number of Turns of a partial area a corresponding number of turns of the other subarea in particular, where the number is a value between 1 and 10 accepts. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungswicklung auf zumindest einem Schenkel des Kerns vorgesehen ist, mit der Mittel zur Erzeugung des unipolaren Stroms verbunden sind, insbesondere wobei die Mittel aus der induzierter Spannung, insbesondere also Sekundärspannung, der Versorgungswicklung versorgt sind.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that a supply winding on at least a limb of the core is provided, with the means for generating Unipolar flow, in particular the means from the induced voltage, in particular so secondary voltage, the Supply winding are supplied. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des unipolaren Stroms eine steuerbare Anordnung umfassen, wie DC/DC-Wandler, Leistungsschalter und/oder steuerbarer Widerstand.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the means for generating the unipolar Current include a controllable arrangement, such as DC / DC converters, power switches and / or controllable resistance. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern einen Luftspalt S aufweist, welcher im von der Hauptwicklung erzeugten Hauptfluss durchdrungen wird, wobei die von den jeweiligen Teilwicklungen erzeugte Flüsse im Wesentlichen durch Bereiche des Kerns ohne Luftspalt geleitet sind.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, thereby marked that the core has an air gap S, which in the main river created by the main winding, in which the flows generated by the respective partial windings substantially are passed through areas of the core without an air gap. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale zur Ansteuerung berührungslos und/oder galvanisch getrennt übertragen werden.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the control signals for driving contactless and / or transferred galvanically isolated become. Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Steuerglied einer Regelschaltung vorgesehen und mit dieser verbunden sind.Arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the means provided as a control member of a control circuit and connected to it.
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