DE102010004150A1

DE102010004150A1 - Positionierbarer Stromabnehmer für Elektromobile

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Publication number: DE102010004150A1
Application number: DE102010004150A
Authority: DE
Original assignee: LUTTERMANN HEINZ ULRICH; Luttermann Heinz-Ulrich 09123
Current assignee: LUTTERMANN HEINZ ULRICH; Luttermann Heinz-Ulrich 09123
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-01-04
Publication date: 2011-07-07

Abstract

Ein positionierbarer Stromabnehmer, der das mobile und stationäre Laden der Batterien von E-Straßenfahrzeugen, sowie den direkten Elektroantrieb desselben mittels induktiver Stromabnahme ermöglicht, mit einem Wirkungsgrad der nahezu ohne Übertragungsverluste auskommt. Unbekannt ist eine Anwendung diuge wahlweise während der Fahrt oder im Stand automatisch an eine Strom führende Induktionsschleife anzudocken und zu laden, die in der Fahrbahn eingelassen ist. Dieses Problem wird durch einen Stromabnehmer für Elektro-Straßenfahrzeuge, der beweglich an einem Auslegerarm montiert ist und sich automatisch an dem Magnetfeld einer Stromquelle positioniert und so das Laden von E-Automobilen ermöglicht. Das Wirkungsprinzip: Der positionierbare Stromabnehmer befindet sich unsichtbar und geschützt in einem Schacht im Fahrzeugboden. Sobald sich das Fahrzeug über einem Induktionsfeld (oder auch einer Stromschiene) befindet, wird dies von einem Sensor erkannt, der über eine PSU z. B. Servos und E-Magneten so steuert, dass der Stromabnehmer sich immer exakt in der idealen Position zum Magnetfeld der Induktion befindet und automatisch alle Fahrzeugbewegungen ausgleicht. Beim Verlassen dieses Bereiches fährt der Arm in seine Parkposition zurück. Da die Abdeckung des Schachts Teil des positionierbaren Stromabnehmers ist, wird hierfür keine besondere Konstruktion benötigt.

Description

Ein flexibler Stromabnehmer, der das mobile Laden der Batterien von E-Straßenfahrzeugen, sowie den direkten Elektroantrieb desselben mittels induktiver Stromabnahme ermöglicht, mit einem Wirkungsgrad der nahezu ohne Übertragungsverluste auskommt.
Bekannt ist, das Fahrzeuge sowohl mobil mit Strom versorgt werden und/oder an Bord befindliche Batterien dabei geladen werden können. Beispiele sind die Elektrobahn oder der Elektrobus. Diese sind jedoch entweder Schienen gebunden und/oder durch einen Arm mit der Strom führenden Leitung verbunden und dadurch in der Flexibilität eingeschränkt, da diese nur im engen Bereich der Strom führenden Leitungen operieren können.
Bekannt sind auch IPT (Inductive Power Transfer) Bodensysteme, die es erlauben, Fahrzeuge entlang eines fest installierten Induktionsfeldes zu bewegen. Diese werden jedoch ausschließlich für Flurförderzeuge eingesetzt, wo meist ein flurebener befahrbarer Einbau der Standard ist und speziell konzipierte Fahrzeuge ausschließlich auf der dort installierten Induktionsschleife fahren, ohne diese verlassen zu können.
Nicht bekannt ist jedoch eine Anwendung die es erlaubt, wahlweise während der Fahrt oder im Stand automatisch an eine Strom führende Schiene oder Induktionsschleife anzudocken, die in der Fahrbahn eingelassen ist.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 bis 5 aufgeführten Merkmale für einen Stromabnehmer für Elektro-Straßenfahrzeuge, der beweglich an einem Auslegerarm montiert sich automatisch an dem Magnetfeld einer Stromquelle positioniert und so das Laden von E-Automobilen erleichtert und effektiver macht wie folgt gelöst:
Ein mittig unter dem Fahrzeug im Wagenboden eingelassener Hebelarm ist z. B. elektromagnetisch oder mittels Servomotoren vertikal und horizontal schwenkbar und kann bis auf wenige Millimeter über die Fahrbahn herabgelassen werden. Am Ende befindet sich ein Elektromagnet, der sich an dem Magnetfeld der elektrischen Stromschiene oder des im Boden eingelassen Induktionsschleife ausrichtet. Dieser ist wiederum mit dem Stromabnehmer verbunden der von diesem durch elektromagnetische Impulse in die optimale Position gebracht wird um eine effektive möglichst verlustfreie Stromabnahme zu gewährleisten.
Da der Auslegerarm von dem Moment des Andockens frei beweglich ist oder durch elektromagnetische Impulse mit Hilfe z. B. eines Linear- oder Servomotors ausgerichtet wird, ist es möglich den Stromabnehmer immer in einer optimalen millimeter-genauen Position zum Magnetfeld der Induktion zu halten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es, mit Hilfe einer aerodynamischen Konstruktion, vergleichbar dem Leitwerk eines Flugzeuges, für eine genaue Positionierung während der Fahrt zu sorgen. Diese Konstruktion sollte allerdings nur zur Unterstützung eingesetzt werden, da sie im Stillstand nicht arbeiten kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 7 und 8 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 7 und 8 ermöglicht es den Auslegerarm zu verlängern und somit besonders platzsparend einzubauen.
Der schwenkbare horizontale Radius sollte auf etwa 45° in jede Richtung beschränkt in sein, da dieser vollkommen ausreicht. Sobald das Fahrzeug diesen Schwenkbereich verlässt, wird der Arm automatisch angehoben und in die Parkposition unter dem Fahrzeug gebracht. Je nach Fahrzeugtyp kann dieser Arm auch z. B. in der hinteren Stoßstange eingebaut werden was in der Entscheidung Konstrukteurs liegt. Somit bleibt das Fahrzeug voll flexibel und fährt nach Verlassen der Induktionsschleife entweder batteriebetrieben weiter, oder es schaltet sich ein alternativ eingebauter weiterer Antrieb ein. Falls nötig, kann die Einheit mit dem Stromabnehmer durch einen weiteren Servo zusätzlich über die Längsachse gedreht werden, um mögliche Schwankungen durch Fahrbahnunebenheiten auszugleichen.
Dieses System wird genau so gut bei stationären Induktionsfeldern, oder Strom führenden Schienen, arbeiten, wenn das Fahrzeug so geparkt wird, das sich der Schwenkbereich des Hebelarms innerhalb des Magnetfeldes befindet.
Dadurch wird die Achillesferse bisher angedachter Konzepte überwunden, die davon ausgehen, das eine Übertragungsdistanz vom Fahrweg oder Erdboden bis zum Wagenboden überbrückt werden muss, was zwangsläufig einen höheren Energie- und Technikaufwand bedeutet, als mit der hier vorgestellten Lösung, bei der lediglich noch Distanzen im Millimeter-Bereich überbrückt werden müssen.
Durch diesen Hebelarm werden Anwendungen möglich, an die bisher nicht zu denken war, z. B. das induktive Laden von Lkw, wo noch größere Distanzen zu überbrücken sind. Außerdem können die Ausleger Längenverstellbar als Teleskop gebaut werden, was linear elektromagnetisch oder hydraulisch möglich ist.
Die erforderliche elektronische Steuerung ist nicht Teil der Patentanmeldung, da es hierfür bewährte Systeme gibt, die übernommen werden können und nur angepasst werden müssen.
Ein Ausführungsbeispiel bei dem die Servomotoren platzsparend zwischen den Hebelarmen eingebaut sind ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 Die gesamte Konstruktion
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Konstruktion mit Impulsgeber und Stromabnehmer mit
Bezugszeichenliste

1: Auslegerarme
2: Verbindungsachse mit Zahnrad (9) zur vertikalen Positionierung
3: 2 tlg. Platte zur vertikalen Feinpositionierung
4: Aufnahmeeinheit für Impulsgeber und Stromabnehmer.
5: magnetischer Impulsgeber
6: Stromabnehmer
7: Achse mit Zahnrädern zur vertikalen Bewegung der Platte (3)
8: Zahnräder zur Kraftübertragung der Servomotoren
9: Achse mit Zahnrad zur vertikalen Bewegung der Haupt-Hebelarme
10: Servomotoren für vertikale Bewegung der kompletten Einheit aus dem Schacht sowie deren horizontaler grober Ausrichtung am Induktionsfeld.
11: Bodenplatte des Automobils
12: Servomotor für die Feinpositionierung der Aufnahmeeinheit
13: Servomotor für die vertikale Ausrichtung der Auslegerarme
14: Servomotor zum Bewegen der Platte (3)

Die Hebelarme (1) sind an einer drehbaren Achse (2) befestigt die hydraulisch oder elektromagnetisch mit Hilfe eines Servomotors aus dem Fahrzeugboden herausfährt. Die Achse die fest mit einem Zahrad (9) verbunden ist, ermöglicht die vertikale Hauptdrehung (der Querachse) mittels elektromagnetischem Impulsgeber z. B. einem Servomotor (13), während die horizontale Drehung (der Hochachse) einer Aufnahmeplatte über Zahnräder zum Magnetfeld durch den Servomotor (10) übernommen wird, sobald die Hebelarme aus dem Wagenboden ausgefahren sind. Ein weiterer Servomotor (14) übernimmt die Positionierung über zwei Zahnräder der durch eine Achse verbundenen zweigeteilten Aufnahmeeinheit (3) parallel zum Induktionsfeld oder der Stromquelle (auf der 2. Querachse). Ein Magnet (5) der zusammen mit dem Stromabnehmer (6) auf einer weiteren Aufnahmeeinheit (4) angeordnet ist, dient als Impulsgeber der die genaue Positionierung in Fahrtrichtung durch einen Servomotor (15) bekommt. Mögliche Höhendifferenzen der Fahrzeugseiten z. b. bei Kurvenneigung, werden durch eine Einheit bestehend aus Servomotor mit Zahnrädern (16) durch Drehung der zweiteiligen Aufnahmeeinheit (3) über die Drehung auf einer Verbindungsachse ermöglicht.

Claims

Für einen Stromabnehmer für Elektro-Straßenfahrzeuge, der beweglich an einem Auslegerarm montiert sich automatisch an dem Magnetfeld einer Stromquelle positioniert und so das Laden von E-Automobilen erleichtert und effektiver macht.
Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet das ein unter oder im Fahrzeugboden oder der Stoßstange befindlicher Hebelarm elektromagnetisch oder mittels Servomotor ausgefahren und beliebig gedreht werden kann, so dass eine Stromabnahme- und Positioniervorrichtung mit Hilfe eines Elektromagneten sich am Magnetfeld eines Induktionsfeldes z. B. eines IPT (Inductive Power Transfer) Bodensystems ausrichteten kann.
Stromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet das die Stromaufnahme für die Batterieladung als auch den direkten Antrieb des E-Motors durch ein in der Fahrbahn eingelassenes Induktionsfeld ermöglicht wird und den Wirkungsgrad erhöht. Sowohl bei Induktionsfeldern die in die Fahrbahn eingelassen sind und das Laden während der Fahrt ermöglicht als auch bei Induktionsfeldern für das stationäre Laden z. B. in Parkbuchten, Parkhäusern etc.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das der Hebelarm, sowie die Aufnahmeeinheit für Magnet und Stromabnehmer sowohl durch elektromagnetische Impulse z. B. einen Servomotor automatisch gedreht werden, als auch frei drehbar sind, sobald die Kraft des Magnetfeldes der Induktionsschleife die Steuerung übernimmt.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das die genaue Positionierung über eine Hydrauliksteuerung erfolgt.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das die genaue Positionierung über eine aerodynamische Konstruktion – ähnlich der eines Flugzeug-Leitwerks – erfolgt.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das der Auslegerarm mit Hilfe einer hydraulischen oder elektromagnetischen Vorrichtung gefaltet werden kann.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das der Auslegerarm mit Hilfe einer hydraulischen oder elektromagnetischen Vorrichtung wie ein Teleskop verlängert werden kann.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das an der Aufnahmeeinheit (Abb. 4) ein Rad angehängt wird um die Arbeit der Servomotoren zu erleichtern, sobald die gewünschte Position erreicht ist.
Stromabnehmer nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das je ein Auslegerarm an den äußeren Seiten des Wagenbodens installiert wird, die durch eine Brücke miteinander verbunden sind. Diese Brücke nimmt gleichzeitig den Stromabnehmer ggf. über die gesamte Breite auf. In diesem Falle ist nur nur die vertikale Ausrichtung zu positionieren.