DE102014116901A1 - Winding arrangement for an inductive energy transmission system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung (1) für die Primär- und/oder Sekundärseite eines induktiven Energieübertragungssystems, wobei die Wicklungsanordnung (1) zwei Wicklungen (A, B) aufweist, welche jeweils mäanderförmig ausgebildet sind oder mäanderförmig ausgebildete Wicklungsbereiche (A1, B1) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (A, B) bzw. deren Wicklungsbereiche (A1, B1) um 90° zueinander verdreht und sich überlappend angeordnet sind, wobei durch die zwei Wicklungen (A, B) elektrische Ströme (iA, iB) fließen, die zueinander um 90° elektrisch phasenverschoben sind.The invention relates to a winding arrangement (1) for the primary and / or secondary side of an inductive energy transmission system, wherein the winding arrangement (1) has two windings (A, B) which are each meander-shaped or meander-shaped winding areas (A1, B1) , characterized in that the windings (A, B) and their winding areas (A1, B1) are rotated by 90 ° to each other and are arranged overlapping, wherein through the two windings (A, B) electric currents (iA, iB) flow , which are electrically out of phase with each other by 90 °.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wicklungsanordnung für die Primär- und/oder Sekundärseite eines induktiven Energieübertragungssystems, mit zwei Wicklungen, welche jeweils mäanderförmig ausgebildet sind oder mäanderförmig ausgebildete Wicklungsbereiche aufweisen. The present invention relates to a winding arrangement for the primary and / or secondary side of an inductive energy transmission system, with two windings, which are each meander-shaped or have meander-shaped winding regions.
Wicklungsanordnungen für induktive Energieübertragungssysteme sind in verschiedensten Formen bekannt. So ist z.B. aus
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wicklungsanordnung für eine flächendeckende induktive Energieübertragung bereitzustellen, bei der die primärseitige Wicklungsanordnung sich über einen flächigen Bereich erstreckt und die kleinere sekundärseitige Wicklungsanordnung innerhalb dieses Bereiches an verschiedenen Stellen zur induktiven Energieübertragung anordbar ist. The object of the present invention is to provide a winding arrangement for area-wide inductive energy transmission, in which the primary-side winding arrangement extends over a flat area and the smaller secondary-side winding arrangement can be arranged within this area at various locations for inductive energy transmission.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mäanderförmigen Wicklungen bzw. Wicklungsbereiche um 90° zueinander mechanisch verdreht und sich überlappend angeordnet sind, wobei durch die zwei Wicklungen elektrische Ströme fließen, die zueinander um 90° elektrisch phasenverschoben sind. This object is achieved in that the meandering windings or winding areas are rotated by 90 ° to each other mechanically and are arranged overlapping, flowing through the two windings electrical currents that are phase-shifted by 90 ° to each other electrically.
Durch die mechanisch um 90° zueinander verdreht angeordneten mäanderförmigen Wicklungen bzw. Wicklungsbereiche und die um 90° zueinander elektrisch phasenverschobenen Ströme wird vorteilhaft eine hohe Leistungsdichte erzielt, wobei keine Kopplung zwischen den beiden mäanderförmigen Wicklungen erfolgt. Die elektrischen Ströme weisen eine Frequenz zwischen 10 und 200 kHz, vorteilhaft 10–150 kHz auf. By means of the meander-shaped windings or winding regions which are mechanically rotated by 90 ° with respect to one another and the currents which are phase-shifted by 90 ° to one another, a high power density is advantageously achieved, wherein no coupling takes place between the two meander-shaped windings. The electrical currents have a frequency between 10 and 200 kHz, advantageously 10-150 kHz.
Dabei weist jede mäanderförmig ausgebildete Wicklung bzw. jeder mäanderförmig ausgebildete Wicklungsbereich zueinander parallele gerade Leiterabschnitte auf, deren Enden jeweils mittels eines, insbesondere gebogenen oder halbkreisförmigen, Verbindungsleiters mit dem Ende eines benachbarten parallelen geraden Leiterabschnitts derselben Wicklung verbunden sind. Die Verbindungsleiter können dabei so angeordnet werden, dass sie sich außerhalb des Energieübertragungsbereiches befinden, welcher durch die sich kreuzenden geraden Leiterabschnitte gebildet wird. In this case, each meander-shaped winding or each meander-shaped winding region has mutually parallel straight conductor sections whose ends are each connected to the end of an adjacent parallel straight conductor section of the same winding by means of one, in particular bent or semicircular, connecting conductor. The connecting conductors can be arranged so that they are outside the energy transmission range, which is formed by the intersecting straight conductor sections.
Die Länge der geraden Leiterabschnitte ist dabei mindestens doppelt so groß wie der Abstand zweier benachbarter paralleler Leiterabschnitte, so dass die von den Verbindungsleitern erzeugten magnetischen Felder gegenüber dem von den geraden Leiterabschnitten erzeugten magnetischen Feld vernachlässigbar sind. The length of the straight conductor sections is at least twice as large as the distance between two adjacent parallel conductor sections, so that the magnetic fields generated by the connecting conductors are negligible relative to the magnetic field generated by the straight conductor sections.
Durch die um 90° verdrehte Anordnung der beiden mäanderförmigen Wicklungen sind deren gerade Leiterabschnitte zueinander orthogonal angeordnet. By twisted by 90 ° arrangement of the two meandering windings whose straight conductor sections are mutually orthogonal.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die geraden Leiterabschnitte jeder Wicklung in äquidistanten Abständen parallel zueinander angeordnet sind. Sofern die äquidistanten Abstände der geraden Leiter beider mäanderförmigen Wicklungen bzw. Wicklungsbereiche gleich groß oder unterschiedlich groß sind, ergeben sich entweder quadratische oder rechteckige Spulenbereiche, die jeweils von Teilbereichen der sich kreuzenden geraden Leiterabschnitte gebildet werden. Jeder dieser Spulenbereiche erzeugt bei um 90° phasenverschobenen Strömen ein rotierendes Magnetfeld. It is particularly advantageous if the straight conductor sections of each winding are arranged at equidistant intervals parallel to one another. If the equidistant distances between the straight conductors of both meander-shaped windings or winding regions are the same size or different, either square or rectangular coil regions are formed, which are each formed by partial regions of the intersecting straight conductor sections. Each of these coil regions generates a rotating magnetic field at 90 ° out of phase currents.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden mäanderförmigen Wicklungen jeweils einen Hinleiter und einen Rückleiter aufweisen, die miteinander elektrisch verbunden sind, wobei der Hinleiter und der Rückleiter jeweils aus mehreren zueinander parallel angeordneten geraden Leiterabschnitten und Verbindungsleitern gebildet ist, und die geraden Leiterabschnitte der Hin- und Rückleiter in äquidistanten Abständen und parallel zueinander angeordnet sind, wobei jeweils ein gerader Leiterabschnitt des Hinleiters in unmittelbarer Nähe, insbesondere anliegend oder übereinanderliegend, zu einem geraden Leiterabschnitt des Rückleiters angeordnet ist. Der durch den Hinleiter fließende Strom fließt somit auch durch den Rückleiter. Beim Verlegen des Hin- und Rückleiters ist darauf zu achten, dass die in unmittelbarer Nähe zueinander angeordneten geraden Leiterabschnitte des Hinleiters und des Rückleiters so zueinander angeordnet sind, dass sich die durch sie fließenden Ströme gleichen Betrags und Phasenlage zur Bildung eines Magnetfeldes addieren. It when the two meandering windings each have a forward conductor and a return conductor, which are electrically connected to each other, wherein the forward conductor and the return conductor is each formed of a plurality of mutually parallel straight conductor sections and connecting conductors, and the straight conductor sections of Hin and return conductors are arranged at equidistant intervals and parallel to each other, wherein in each case a straight conductor section of the Hinleiters in the immediate vicinity, in particular adjacent or superimposed, is arranged to a straight conductor portion of the return conductor. The current flowing through the arrester thus also flows through the return conductor. When laying the forward and return conductors is important to ensure that in the immediate vicinity of each other arranged straight conductor sections of the Hinleiters and the return conductor are arranged to each other so that the currents flowing through them add the same amount and phase to form a magnetic field.
Zur Ausbildung eines induktiven Energieübertragungssystems, bildet die Wicklungsanordnung die Spulenanordnung der Primärseite des Energieübertagungssystems, wobei die Wicklungen der Wicklungsanordnung zusammen mit Kapazitäten Schwingkreise, insbesondere Parallel- oder Reihenschwingkreise, bilden und Wechselrichter die Schwingkreise speisen. To form an inductive energy transmission system, the winding arrangement forms the coil arrangement of the primary side of the energy transmission system, wherein the windings of the winding arrangement together with capacitive resonance circuits, in particular parallel or Series resonant circuits, form and inverters feed the resonant circuits.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung stationär, z.B. in oder auf der Fahrbahn oder dem Boden einer Garage oder aber auch mobil, d.h. an der Unterseite eines Fahrzeuges angeordnet werden. Of course, the winding arrangement according to the invention may be stationary, e.g. in or on the roadway or the floor of a garage or even mobile, i. e. be arranged at the bottom of a vehicle.
Nachfolgend werden anhand von Figuren zwei mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung erläutert. Two possible embodiments of the winding arrangement according to the invention will be explained below with reference to figures.
Es zeigen: Show it:
Je nach Ausführungsform und Größe der sekundärseitigen Spulenanordnung überdeckt diese einen oder mehrere benachbarte Spulenbereiche SB und wird dementsprechend von dem durch die stromdurchflossenen Teilleiterabschnitte
Die magnetische Durchflutung lässt sich erhöhen, indem jede Wicklung A, B einen mäanderförmigen Hin- und einen mäanderförmigen Rückleiter aufweist, wie dies in
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