DE102015005871A1 - System zur kontaktlosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein insbesondere auf dem Boden verfahrbares Fahrzeug - Google Patents

System zur kontaktlosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein insbesondere auf dem Boden verfahrbares Fahrzeug Download PDF

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Abstract

System zur kontaktlosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein insbesondere auf dem Boden verfahrbares Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine an den Primärleiter induktiv koppelbare Sekundärwicklungsanordnung aufweist, wobei die Sekundärwicklungsanordnung eine erste, zweite und dritte Wicklung aufweist, wobei die erste Wicklung eine erste Fläche, insbesondere Kreisfläche, umgibt, insbesondere also als kreisringförmige Wicklung ausgeführt ist, wobei die zweite Wicklung zwei Teilwicklungen aufweist, die größere Radialabstände überdecken als die erste Fläche, wobei die dritte Wicklung zwei Teilwicklungen aufweist, die größere Radialabstände überdecken als die erste Fläche, wobei die Teilwicklungen der zweiten Wicklung einander nicht überlappen, insbesondere also sich nur berühren oder in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die Teilwicklungen der dritten Wicklung einander nicht überlappen, insbesondere also sich nur berühren oder in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei ein jeweiliger von den Teilwicklungen der zweiten Wicklung nicht überdeckter Umfangswinkelbereich nicht überlappt mit einem jeweiligen, von den Teilwicklungen der dritten Wicklung nicht überdeckten Umfangswinkelbereich.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur kontaktlosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein insbesondere auf dem Boden verfahrbares Fahrzeug.
  • Es ist allgemein bekannt, dass von einem Primärleiter zu einer Sekundärwicklung induktiv Energie übertragbar ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System weiterzubilden, wobei ein Fahrzeug flexibel bewegbar sein soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System zur kontaktlosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein insbesondere auf dem Boden verfahrbares Fahrzeug sind, dass das Fahrzeug eine an den Primärleiter induktiv koppelbare Sekundärwicklungsanordnung aufweist,
    wobei die Sekundärwicklungsanordnung eine erste, zweite und dritte Wicklung aufweist,
    wobei die erste Wicklung eine erste Fläche, insbesondere Kreisfläche, umgibt, insbesondere also als kreisringförmige Wicklung ausgeführt ist,
    wobei die zweite Wicklung zwei Teilwicklungen aufweist, die größere Radialabstände überdecken als die erste Fläche,
    wobei die dritte Wicklung zwei Teilwicklungen aufweist, die größere Radialabstände überdecken als die erste Fläche,
    wobei die Teilwicklungen der zweiten Wicklung einander nicht überlappen, insbesondere also sich nur berühren oder in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind,
    wobei die Teilwicklungen der dritten Wicklung einander nicht überlappen, insbesondere also sich nur berühren oder in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind,
    wobei ein jeweiliger von den Teilwicklungen der zweiten Wicklung nicht überdeckter, insbesondere zusammenhängender, also nicht unterbrochener, Umfangswinkelbereich nicht überlappt, also beabstandet ist oder nur berührend angeordnet ist, mit einem jeweiligen, von den Teilwicklungen der dritten Wicklung nicht überdeckten, insbesondere zusammenhängenden, also nicht unterbrochenen, Umfangswinkelbereich.
  • Von Vorteil ist dabei, dass das Fahrzeug in einem weit ausgedehnten flächigen Verfahrbereich lückenlos induktiv versorgbar ist unabhängig von der Position und Ausrichtung des Fahrzeugs. Dabei ist der Verfahrbereich viel weiter ausgedehnt als die Länge und als die Breite des Fahrzeugs.
  • Unter Fahrzeug werden in der vorliegenden Schrift auch jegliche Art von mit dem stationären Teil des Systems nicht verbundenen bewegbaren Mittel, wie Mobilteile, verstanden. Hierzu gehören auch FTS oder AGV, also fahrerlose Transportsystem oder automatisch geführt Mobilteile. Als Fahrzeug gilt also in der vorliegenden Schrift auch jede Art von verschieblichen oder beweglichen Vorrichtungen, welche auf einer Fläche ablegbar sind und im Betrieb elektrisch zu versorgen sind.
  • Als weiteres Beispiel für ein Fahrzeug sein hierfür ein Christbaum in einem Schaufenster oder auf einer Aktionsfläche genannt, in dessen Topf und/oder Ständer sich der Pick-up befindet. Der Baum kann überall hingestellt werden und in die beste Position gedreht werden, wobei die elektrische Versorgung stets vorhanden ist, also die Kerzen ständig elektrisch versorgt sind, ohne dass Zuleitungskabel sichtbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt der Versatz zwischen 70° und 110°, insbesondere der Versatz 90° beträgt. Von Vorteil ist dabei, dass eine lückenlose Versorgung bei parallel verlegten Primärleiterabschnitten erreichbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt jede der Teilwicklungen sich bis zu einem Radialabstand, welcher den von der ersten Fläche überdeckten Radialabstandsbereich überschreitet. Von Vorteil ist dabei, dass auch dann eine induktive Versorgung bereit stellbar ist, wenn die erste Wicklung keinen Beitrag liefert, weil keine Spannung in ihr induziert wird. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn der Primärleiter die senkrechte Projektion der ersten Wicklung in die Primärleiterebene flächenmäßig halbiert.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstrecken sich die Teilwicklungen, insbesondere vom Kreisrand der ersten Fläche aus oder vom Mittelpunkt der ersten Fläche, insbesondere Kreisfläche, aus, bis zum doppelten Radialabstand erstrecken im Vergleich zur ersten Fläche, insbesondere Kreisfläche. Von Vorteil ist dabei, dass in den Teilwicklungen Spannungen induziert werden, wenn in die erste Wicklung keine Spannung induziert wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jede Teilwicklung halbkreisförmig oder jede Teilwicklung ist kreisringabschnittsförmig. Von Vorteil ist dabei, dass eine möglichst geringe Abhängigkeit der induzierten Spannung von der Ausrichtung des Fahrzeugs in der Verfahrfläche erreichbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Teilwicklungen gegensinnig ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Summe der Beträge der in den Teilwicklungen induzierten Spannungen als Ausgangsspannung bereit stellbar ist, insbesondere dann, wenn keine Spannung induziert wird in die erste Wicklung.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die an den Teilwicklungen induzierten Spannungen summierend zusammengeführt, insbesondere also in Reihe geschaltet. Von Vorteil ist dabei, dass die Spannungszusammenführung einfach ausführbar ist. Alternativ werden die Ausgänge der Gleichrichter parallel geschaltet, so dass stets einer der Gleichrichter die gemeinsame Ausgangsspannung bereit stellt.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die beiden Teilwicklungen der zweiten Wicklung keine Überlappung zueinander auf
    und/oder
    die beiden Teilwicklungen der zweiten Wicklung weisen keine Überlappung zueinander auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Teilwicklungen von verschiedenen Magnetflüssen durchsetzbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die dritte Wicklung zur zweiten Wicklung einen nichtverschwindenden Versatz in Umfangsrichtung auf, insbesondere wobei zweite und dritte Wicklung gleichartig aufgebaut sind und in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung und hohe Symmetrie erreichbar ist. Somit ist die Abhängigkeit von der Ausrichtung, also Drehlage, des Fahrzeugs in der Verfahrebene möglichst gering haltbar.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Verschaltung der Teilwicklungen der zweiten Wicklung außerhalb der von der zweiten Wicklung überdeckten Fläche oder in dem von den Teilwicklungen überdeckten Radialabstandsbereich. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache platzsparende, also wenig aufwändige, Verschaltung ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Primärleiter derart bodenverlegt, dass geradlinige, parallel zueinander angeordnete, Primärleiterabschnitte den Abstand a zueinander aufweisen, welcher dem Doppelten des Betrags des maximalen Radialabstandes der ersten Fläche entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass eine induktive Versorgung des Fahrzeugs ermöglicht ist in einem weiten Bereich.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Primärleiter mäanderförmig, insbesondere rechteck-mäanderförmig, verlegt angeordnet, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Verlegung ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Primärleiter aus einem Hinleiter und einem Rückleiter zusammengesetzt,
    wobei der Hinleiter mäanderförmig, insbesondere rechteck-mäanderförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander,
    und wobei der Rückleiter mäanderförmig, insbesondere rechteck-mäanderförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander,
    insbesondere wobei die aus dem Hinleiter und Rückleiter gebildeten Mäander ineinander greifend angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige einfache Verlegung ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Primärleiter aus einem Hinleiter und einem Rückleiter zusammengesetzt,
    wobei der Hinleiter rechteck-spiralförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander,
    und wobei der Rückleiter rechteck-spiralförmig verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander,
    insbesondere wobei die aus dem Hinleiter und Rückleiter gebildeten Spiralen ineinander greifend angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige einfache Verlegung ausführbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine jeweilige Wicklung, insbesondere eine Reihenschaltung der Teilwicklungen der jeweiligen Wicklung, in Reihe oder parallel zu einer Kapazität geschaltet zur Bildung eines Schwingkreises, dessen ausgangsseitiger Strom oder dessen ausgangsseitige Spannung einem Gleichrichter zugeführt wird,
    insbesondere wobei die Ausgänge der den Wicklungen zugeordneten Gleichrichter parallel oder in Reihe zusammengeschaltet sind zur Bereitstellung einer Gleichspannung U, insbesondere für die Ladeschaltung eines Energiespeichers des Fahrzeugs und/oder für die Versorgung elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Zusammenführung der induzierten Spannungen ausführbar ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
  • In der 1 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System schematisch gezeigt, wobei eine mehrere Wicklungen umfassende Sekundärwicklungsanordnung induktiv an einen bodenverlegten Primärleiter 2 gekoppelt ist.
  • In der 2 ist die zweite Wicklung w2 der Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht schematisch gezeigt, wobei die zweite Wicklung aus zwei separaten Teilwicklungen (w2a und w2b) hergestellt ist, deren Anschlüsse separat herausgeführt sind.
  • In der 3 ist die zweite Wicklung w2 der Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht schematisch gezeigt, wobei die zweite Wicklung aus zwei separaten Teilwicklungen (w2a und w2b) hergestellt ist, wobei die Verschaltung der beiden Teilwicklungen sich durch den Kreismittelpunkt der kreisförmigen Anordnung erstreckt.
  • In der 4 ist die zweite Wicklung w2 der Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht schematisch gezeigt, wobei die zweite Wicklung aus zwei separaten Teilwicklungen (w2a und w2b) hergestellt ist, wobei die Verschaltung in einem Umfangswinkelbereich erstreckt.
  • In der 5 ist der mäanderförmig verlegte Primärleiter (2) zusammen mit der Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt, wobei die senkrechte Projektion der ersten Wicklung w1 vollständig im Zwischenbereich zweier nächstbenachbarter und paralleler Primärleiterstreckenabschnitte angeordnet ist.
  • In der 6 ist die Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt.
  • In der 7 ist die erste und dritte Wicklung w1 und w3 der Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt.
  • In der 8 ist die erste und zweite Wicklung w1 und w2 der Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt.
  • In der 9 ist eine alternative Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt.
  • In der 10 ist die erste und dritte Wicklung w1 und w3 der alternativen Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt.
  • In der 11 ist die erste und zweite Wicklung w1 und w2 der alternativen Sekundärwicklungsanordnung in Draufsicht gezeigt.
  • In der 12 ist die elektrische Zusammenführung der sekundärseitig induzierten Spannungen dargestellt, wobei die jeweilige Wicklung in einem jeweiligen Reihenschwingkreis angeordnet ist.
  • In der 13 ist die elektrische Zusammenführung der sekundärseitig induzierten Spannungen dargestellt, wobei die jeweilige Wicklung in einem jeweiligen Parallelschwingkreis angeordnet ist.
  • In der 14 ist eine mäanderförmige Verlegung des Primärleiters 2 gezeigt.
  • In der 15 ist in einer ersten Richtung eine mäanderförmige Verlegung des Primärleiters 2 gezeigt und parallel nebengeordnet entgegen der ersten Richtung eine ebensolche Verlegung.
  • In der 16 ist eine rechteckspiralförmige Verlegung des Primärleiters 2 gezeigt, wobei der Spiralarm aus dem Hinleiter und dem parallel dazu verlegten Rückleiter besteht.
  • In der 17 ist eine mäanderförmige Verlegung gezeigt, wobei der Mäander selbst aus dem Hinleiter und dem parallel dazu verlegten Rückleiter besteht.
  • Wie in 1 gezeigt, ist im Boden 1 ein Primärleiter 2 verlegt als Schleife, wobei Hinleiter und Rückleiter soweit möglich im Abstand a verlegt sind. Vorzugsweise sind die Hinleiter und Rückleiter voneinander regelmäßig beabstandet mit Abstand a.
  • Die Verlegung des Primärleiters 2 ist dabei wie in 5 gezeigt, als Mäander ausführbar.
  • In 5 sind die senkrechten Projektionen der Sekundärwicklungsanordnung und des Primärleiters 2 in die Bodenebene dargestellt.
  • Dabei ist der Linienleiter einem Mäander entsprechend verlegt, wobei vorzugsweise nach Möglichkeit langgesteckt geradlinige Streckenabschnitte ausgeführt sind. Der Umlenkbereich ist dabei derart breit ausgeführt, dass der Abstand der geradlinigen Streckenabschnitte von ihrem jeweils nächsten Nachbarn a beträgt.
  • Die Sekundärwicklungsanordnung beträgt drei Wicklungen. Die erste Wicklung w1 dieser Wicklungen schließt eine Kreisfläche mit Durchmesser a ein.
  • Wenn also die erste Wicklung im Beriech zwischen den geradlinigen Streckenabschnitten angeordnet ist, durchdringt das vom Primärleiter 2 erzeugte Magnetfeld die Kreisfläche stets in derselben Richtung.
  • Wesentlich dabei ist, dass in dem Versorgungsbereich der Bodenebene, also in demjenigen Bereich, in welchem an das Fahrzeug 3 induktiv Energie übertragbar ist, parallel verlegte, regelmäßig voneinander beabstandete, geradlinige Streckenabschnitte des Primärleiters 2 angeordnet sind, wobei nächstbenachbarte Streckenabschnitte zueinander umgekehrte Stromflussrichtung aufweisen, insbesondere wobei der Strombetrag in den jeweils zueinander nächstbenachbarten Streckenabschnitten gleich groß ist.
  • In den Primärleiter 2 wird ein mittelfrequenter Wechselstrom eingeprägt, so dass an der ersten Wicklung eine nicht verschwindende Spannung induziert wird.
  • Die zweite Wicklung w2 weist zwei zueinander gegensinnig gewickelte Teilwicklungen (w2a, w2b) auf. Dabei ist von der ersten Teilwicklung w2a eine Kreisringfläche umwickelt, welche in radialer Richtung zwischen der von der ersten Wicklung w1 eingeschlossenen Kreisfläche bis zu einem äußeren Kreisrand sich erstreckt. Der äußere Kreisrand ist dabei konzentrisch zum Kreisrand der von der ersten Wicklung w1 eingeschlossenen Kreisfläche und ist auf dem doppelten Radialabstand, also 2×a, angeordnet.
  • Die zweite Teilwicklung w2b der zweiten Wicklung w2 ist in Umfangsrichtung von der ersten Teilwicklung w2a beabstandet, aber auf gleichem Radialabstand angeordnet.
  • Die dritte Wicklung w3 ist wie die zweite Wicklung w2 ausgeführt, aber in Umfangsrichtung um 90° versetzt angeordnet, insbesondere auf gleichem Radialabstand.
  • Die Teilwicklungen w2a und w2b sind derart miteinander verschaltet, dass die Summe der in den beiden Teilwicklungen induzierten Spannungen als Ausgangsspannung verwendet wird, wenn die Teilwicklungen gegensinnig gewickelt sind, oder die Differenz der in den beiden Teilwicklungen induzierten Spannungen als Ausgangsspannung verwendet wird, wenn die Teilwicklungen gleichsinnig gewickelt sind.
  • Für die Teilwicklungen w3a und w3b gilt Gleiches bezüglich der Spannungen.
  • Wie in 6 nochmals klar dargestellt, weist die erste Wicklung w1 eine Ringwicklung auf, die eine Kreisfläche mit Durchmesser a einschließt. Die zweite Wicklung w2 und die dritte Wicklung w3 sind gleichartig aufgebaut, aber zueinander in Umfangsrichtung um 90° versetzt angeordnet. Beide Wicklungen w2 und w3 sind aus Teilwicklungen zusammengesetzt, deren umschlossene Flächen denselben Betrag aufweisen und also Kreisringabschnittsflächen gestaltet sind, die auf demselben Radialabstand angeordnet sind. Die induzierten Spannungen werden bei gegensinniger Wicklung summierend zusammengeführt, bei gleichsinniger Wicklung deren Differenz als zusammengeführte Spannung verwendet.
  • 7 zeigt im Unterschied zur 6 die Sekundärwicklungsanordnung ohne die zweite Wicklung w2, so dass die erste und dritte Wicklung (w1, w3) deutlich erkennbar sind.
  • 8 zeigt im Unterschied zur 7 die Sekundärwicklungsanordnung ohne die zweite Wicklung w3, so dass die erste und dritte Wicklung (w1, w2) deutlich erkennbar sind.
  • Somit ist klar erkennbar, dass die zweite und dritte Wicklung (w2, w3) jeweils keinen Überlappungsberiech mit der ersten Wicklung w1 haben.
  • Wie in 9 gezeigt, ist in einem alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Sekundärwicklungsanordnung derart ausgeführt, dass ein Überlappungsbereich zwischen der ersten Wicklung w1 und der zweiten sowie dritten Wicklung (w2, w3) vorhanden ist.
  • Dabei schließt die erste Wicklung zwar wiederum eine Kreisfläche mit Durchmesser a ein, aber die erste Teilwicklung der zweiten Wicklung w2 schließt einen Halbkreis ein, dessen Kreisrand konzentrisch zum Kreisrand der von der ersten Wicklung w1 umschlossenen Kreisfläche angeordnet ist und der eine Hälfte der von der ersten Wicklung w1 umschlossenen Kreisfläche umschließt. Ebenso ist die zweite Teilwicklung als Halbkreiswicklung ausgeführt, wobei sie die andere Hälfte der von der ersten Wicklung w1 umschlossenen Kreisfläche umschließt. Die Teilwicklungen w2a und w2b der zweiten Wicklung w2 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet oder berührend angeordnet. Dabei ist die zweite Teilwicklung w2b von der ersten Teilwicklung w2a separat ausgeführt. Die Verschaltung der beiden Teilwicklungen w2a und w2b ist entweder im Zwischenraumbereich zwischen den beiden Teilwicklungen (w2a, w2b) angeordnet oder außerhalb der Sekundärwicklungsanordnung ausgeführt.
  • Der Radialabstand wird vom Kreismittelpunkt der Kreisfläche aus gemessen.
  • In der 10 ist wiederum die zweite Wicklung w2 ausgeblendet, um die dritte Wicklung w3 und die erste Wicklung w1 deutlich und klar erkennbar darzustellen.
  • In der 11 ist wiederum die dritte Wicklung w3 ausgeblendet, um die zweite Wicklung w2 und die erste Wicklung w1 deutlich und klar erkennbar darzustellen.
  • Wie in 12 gezeigt, werden die induzierten Spannungen zusammengeführt. Dabei ist die erste Wicklung w1 mit einer Kapazität C1s in Reihe geschaltet und die an diesem so entstehenden Reihenschwingkreis anfallende Spannung einem Gleichrichter G zugeführt.
  • Ebenso ist die zweite Wicklung w2, also die Reihenschaltung der beiden Teilwicklungen w2a und w2b der zweiten Wicklung w2, mit einer Kapazität C2s in Reihe geschaltet und die an diesem so entstehenden Reihenschwingkreis anfallende Spannung einem weiteren Gleichrichter G zugeführt.
  • Ebenso ist die dritte Wicklung w3, also die Reihenschaltung der beiden Teilwicklungen w3a und w3b der dritten Wicklung w3, mit einer Kapazität C3s in Reihe geschaltet und die an diesem so entstehenden Reihenschwingkreis anfallende Spannung einem weiteren Gleichrichter G zugeführt.
  • Die Ausgänge der drei Gleichrichter G sind parallel geschaltet, wobei die an der Parallelschaltung anliegende Spannung von einem Kondensator geglättet wird, so dass eine Gleichspannung U zur Versorgung von Verbrauchern des Fahrzeugs 3 bereit stellbar ist. Als Verbraucher ist auch eine Ladeschaltung für einen Energiespeicher einsetzbar. Somit ist ein induktives Aufladen des Energiespeichers des Fahrzeugs 3 ermöglicht.
  • Wie in 13 gezeigt, sind statt der in 12 gezeigten Reihenschwingkreise alternativ auch Parallelschwingkreise ausbildbar, wobei die Ausgangsspannungen addiert werden, also die Ausgänge der Gleichrichter G in Reihe angeordnet sind. Wie in 13 gezeigt, sind dann am Ausgang jedes der Gleichrichter G als Bypass-Dioden wirksame Dioden D vorgesehen. Negative Ausgangsspannungen sind somit vermieden.
  • Wie in 14 gezeigt, ist der Primärleiter 2 in dieser Ausführungsform mäanderförmig verlegt, so dass geradlinige Streckenabschnitte parallel angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Abstand a.
  • Wie in 15 gezeigt, ist der Primärleiter 2 in der dortigen Ausführungsform als Hinleitung mäanderförmig verlegt, so dass geradlinige Streckenabschnitte parallel angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Abstand a. die Rückleitung ist ebenfalls mäanderförmig verlegt, so dass geradlinige Streckenabschnitte parallel angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Abstand a.
  • Wie in 16 gezeigt, ist in der dortigen Ausführungsform der als Hinleiter fungierende Abschnitt des Primärleiters 2 und der als Rückleiter fungierende Abschnitt des Primärleiters 2 jeweils spiralförmig verlegt, wobei die beiden Spiralen ineinander eingreifend angeordnet sind, so dass geradlinige Streckenabschnitte parallel angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Abstand a.
  • Wie in 17 gezeigt, ist der als Hinleiter fungierende Abschnitt des Primärleiters 2 in der dortigen Ausführungsform mäanderförmig verlegt und ebenso der als Rückleiter fungierende Abschnitt des Primärleiters 2, wobei die beiden Mäander ineinander eingreifend angeordnet sind, so dass geradlinige Streckenabschnitte parallel angeordnet sind, regelmäßig voneinander beabstandet sind mit dem Abstand a.
  • Das Fahrzeug ist also mit seiner Sekundärwicklungsanordnung nach 6 oder alternativ nach 9 in der Lage vom Primärleiter 2 induktiv Energie aufzunehmen – unabhängig von der Ausrichtung und/oder translatorischen Position des Fahrzeugs 3 innerhalb der Verfahrebene.
  • Denn abhängig von der Ausrichtung und/oder translatorischen Position des Fahrzeugs 3 ist die Energiezufuhr aus einer der drei Wicklungen ermöglicht. Denn wenn die erste Wicklung w1 zwischen zwei geradlinigen Streckenabschnitten angeordnet ist, wird die umschlossene Kreisfläche nahezu homogen durchflutet und somit stellt der erste Schwingkreis im Wesentlichen alleine die ausgangsseitige Spannung zur Verfügung.
  • Wird nun aber das Fahrzeug derart verschoben, dass ein geradliniger Streckenabschnitt des Primärleiters 2 die von der ersten Wicklung w1 umschlossene Kreisfläche mittig schneidet, wird von der ersten Wicklung w1 kein Beitrag zur ausgangsseitigen Spannung geleistet. Dagegen stellt dann je nach Ausrichtung die zweite oder dritte Wicklung die Ausgangsspannung zur Verfügung, da eine erste Teilwicklung dieser Wicklung entgegengesetzt durchflutet wird wie die zweite Teilwicklung dieser Wicklung. Denn die in den Teilwicklungen induzierten Spannungen sind wegen der entgegengesetzten Durchflutung gleichgerichtet und somit aufaddierend zusammensetzbar.
  • Auf diese Weise ist also bei jeder translatorischen Position und bei jeder Ausrichtung des Fahrzeugs 3 eine induktive Versorgung ausführbar.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Sekundärwicklungsanordnung in einem Gehäuseteil 4 angeordnet. Die dort gezeigte bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wicklung w1, die zweite Wicklung w2 und die dritte Wicklung w3 jeweils als Flachwicklung ausgeführt sind. Dabei ist jede der Wicklungen (w1, w2, w3) in einer Lage, insbesondere Lagenebene, insbesondere einer mehrlagigen Leiterplatte angeordnet. Somit ist eine einfache Herstellung ermöglicht. In Wicklungsachsrichtung sind die erste, zweite, dritte Wicklung (w1, w2, w3) in Wicklungsachsrichtung voneinander beabstandet.
  • Auf der von dem Primärleiter 2 abgewandten Seite ist ein Ferrit 5 angeordnet, insbesondere ein als Ferritplatte ausgeführter Ferrit 5.
  • Bevorzugt und/oder alternativ ist die Wicklung aus HF-Litze gefertigt.
  • Wie in 2 gezeigt, ist die Verschaltung der Teilwicklungen der zweiten Wicklung w2 außerhalb des Wicklungsbereichs der zweiten Wicklung w2 ausgeführt. Hierzu sind die Anschlüsse der Teilwicklungen w2a und w2b separat herausgeführt.
  • Alternativ ist die Verschaltung, wie in 3 gezeigt, aber auch innerhalb des Wirkungsbereichs der zweiten Wicklung w2 ausführbar. Hierbei werden die Anschlüsse mittig durch den umwickelten Flächenbereich geführt.
  • Weiter alternativ ist die Verschaltung, wie in 4 gezeigt, auch am Umfang ausführbar, wobei bevorzugt die Verschaltung der Wicklung w2 oder w3 in dem von den Teilwicklungen (w2a, w2b) beziehungsweise (w3a, w3b) überdeckten Radialabstandsbereich angeordnet ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Boden
    2
    Primärleiter
    3
    Fahrzeug
    4
    Gehäuseteil
    5
    Ferrit
    6
    dritte Wicklung w3
    7
    zweite Wicklung w2
    8
    erste Wicklung w1
    a
    Abstand zwischen Hinleiter und Rückleiter
    w3
    dritte Wicklung
    w2
    zweite Wicklung
    w1
    erste Wicklung
    w2a
    erste Teilwicklung der zweiten Wicklung w2
    w2b
    zweite Teilwicklung der zweiten Wicklung w2
    w3a
    erste Teilwicklung der dritten Wicklung w3
    w3b
    zweite Teilwicklung der dritten Wicklung w3
    I
    Strom im Primärleiter
    C1s
    Kapazität des Serienschwingkreises
    C2s
    Kapazität des Serienschwingkreises
    C3s
    Kapazität des Serienschwingkreises
    C1p
    Kapazität des Serienschwingkreises
    C2p
    Kapazität des Serienschwingkreises
    C3p
    Kapazität des Serienschwingkreises
    G
    Gleichrichter
    U
    Ausgangsspannung
    D
    Diode, insbesondere Bypass-Diode

Claims (15)

  1. System zur kontaktlosen Energieübertragung von einem bodenverlegten Primärleiter an ein Fahrzeug, insbesondere an ein auf dem Boden verfahrbares Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine an den Primärleiter induktiv koppelbare Sekundärwicklungsanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungsanordnung eine erste, zweite und dritte Wicklung aufweist, wobei die erste Wicklung eine erste Fläche, insbesondere Kreisfläche, umgibt, insbesondere also als kreisringförmige Wicklung ausgeführt ist, wobei die zweite Wicklung zwei Teilwicklungen aufweist, die größere Radialabstände überdecken als die erste Fläche, wobei die dritte Wicklung zwei Teilwicklungen aufweist, die größere Radialabstände überdecken als die erste Fläche, wobei die Teilwicklungen der zweiten Wicklung einander nicht überlappen, insbesondere also sich nur berühren oder in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei die Teilwicklungen der dritten Wicklung einander nicht überlappen, insbesondere also sich nur berühren oder in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei ein jeweiliger von den Teilwicklungen der zweiten Wicklung nicht überdeckter, insbesondere zusammenhängender, also nicht unterbrochener, Umfangswinkelbereich nicht überlappt, also beabstandet ist oder nur berührend angeordnet ist, mit einem jeweiligen, von den Teilwicklungen der dritten Wicklung nicht überdeckten, insbesondere zusammenhängenden, also nicht unterbrochenen, Umfangswinkelbereich, insbesondere wobei ein jeweiliger Radialabstand als Abstand zum Mittelpunkt und/oder Schwerpunkt der ersten Fläche gemessen wird.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz zwischen 70° und 110° beträgt, insbesondere der Versatz 90° beträgt.
  3. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Teilwicklungen sich bis zu einem Radialabstand erstreckt, welcher den von der ersten Fläche überdeckten Radialabstandsbereich überschreitet.
  4. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwicklungen sich, insbesondere vom Kreisrand der ersten Fläche aus oder vom Mittelpunkt der ersten Fläche, insbesondere Kreisfläche, aus, bis zum doppelten Radialabstand erstrecken im Vergleich zur ersten Fläche, insbesondere Kreisfläche.
  5. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Teilwicklung halbkreisförmig ist oder jede Teilwicklung kreisringabschnittsförmig ist.
  6. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilwicklungen gegensinnig ausgeführt sind.
  7. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Teilwicklungen induzierten Spannungen summierend zusammengeführt werden, insbesondere also in Reihe geschaltet werden.
  8. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilwicklungen der zweiten Wicklung keine Überlappung zueinander aufweisen und/oder dass die beiden Teilwicklungen der zweiten Wicklung keine Überlappung zueinander aufweisen.
  9. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wicklung zur zweiten Wicklung einen nichtverschwindenden Versatz in Umfangsrichtung aufweist, insbesondere wobei zweite und dritte Wicklung gleichartig aufgebaut sind und in Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind
  10. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung der Teilwicklungen der zweiten Wicklung außerhalb der von der zweiten Wicklung überdeckten Fläche erfolgt oder in dem von den Teilwicklungen überdeckten Radialabstandsbereich.
  11. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärleiter derart bodenverlegt ist, dass geradlinige, parallel zueinander angeordnete, Primärleiterabschnitte den Abstand a zueinander aufweisen, welcher dem Doppelten des Betrags des maximalen Radialabstandes der ersten Fläche entspricht.
  12. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärleiter mäanderförmig, insbesondere rechteck-mäanderförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander.
  13. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärleiter aus einem Hinleiter und einem Rückleiter zusammengesetzt ist, wobei der Hinleiter mäanderförmig, insbesondere rechteck-mäanderförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander, und wobei der Rückleiter mäanderförmig, insbesondere rechteck-mäanderförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander, insbesondere wobei die aus dem Hinleiter und Rückleiter gebildeten Mäander ineinander greifend angeordnet sind.
  14. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärleiter aus einem Hinleiter und einem Rückleiter zusammengesetzt ist, wobei der Hinleiter rechteck-spiralförmig, verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander, und wobei der Rückleiter rechteck-spiralförmig verlegt angeordnet ist, wobei nächstbenachbarte Primärleiterabschnitte umgekehrte Stromrichtung aufweisen, insbesondere relativ zueinander, insbesondere wobei die aus dem Hinleiter und Rückleiter gebildeten Spiralen ineinander greifend angeordnet sind.
  15. System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Wicklung, insbesondere eine Reihenschaltung der Teilwicklungen der jeweiligen Wicklung, in Reihe oder parallel zu einer Kapazität geschaltet ist zur Bildung eines Schwingkreises, dessen ausgangsseitiger Strom oder dessen ausgangsseitige Spannung einem Gleichrichter zugeführt wird, insbesondere wobei die Ausgänge der den Wicklungen zugeordneten Gleichrichter parallel oder in Reihe zusammengeschaltet sind zur Bereitstellung einer Gleichspannung U, insbesondere für die Ladeschaltung eines Energiespeichers des Fahrzeugs und/oder für die Versorgung elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs.
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