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Die Erfindung betrifft ein System mit einem stationär angeordneten Primärteil und einem relativ zum Primärteil bewegbaren Sekundärteil.
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Es ist allgemein bekannt, dass elektrische Leistung induktiv von einem Primärleiter an eine Sekundärwicklung übertragbar ist.
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Aus der WO 2020/ 109 416 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein Antriebssystem bekannt.
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Aus der
US 5 528 113 A ist ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System weiterzubilden, wobei die Bewegung hochdynamisch ausführbar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System mit einem stationär angeordneten Primärteil und einem relativ zum Primärteil in einer Richtung, insbesondere in einer einzigen Richtung, in einem Verfahrbereich bewegbaren, insbesondere hin- und her bewegbaren, Sekundärteil, sind, dass das Primärteil einen um Ferritmaterial gewickelten Primärleiter aufweist,
wobei das Sekundärteil eine Luftspule aufweist,
die Wicklungsrichtung des, insbesondere als Spule, um das Ferritmaterial gewickelten Primärleiters senkrecht zur Richtung ausgerichtet ist,
insbesondere wobei die Richtung die horizontale Richtung ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Bewegung hochdynamisch ausführbar ist. Denn durch Verwendung der sekundärseitig angeordneten Luftspule ist das Sekundärteil äußerst massearm und daher hochdynamisch bewegbar. Ferrit ist primärseitig anordenbar und somit trotzdem eine Feldbündelung erreichbar. Das Sekundärteil ist an einem Mobilteil befestigt, insbesondere an einem Schienenfahrzeug.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklungsrichtung des, insbesondere als Spule, um das Ferritmaterial gewickelten Primärleiters parallel zur Wicklungsrichtung der Luftspule ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass primärseitig eine starke Feldbündelung erreichbar ist und sekundärseitig eine geringe Masse notwendig ist, so dass eine hochdynamische Bewegung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der von dem um das Ferritmaterial gewickelten Primärleiter in Fahrtrichtung überdeckte Bereich den Verfahrbereich der Luftspule und/oder des Schienenfahrzeugs. Von Vorteil ist dabei, dass die primärseitige Wicklung des Primärleiters über den gesamten Verfahrbereich des Schienenfahrzeugs ausgedehnt ist. Somit ist eine konstante Versorgung des Schienenfahrzeugs über seinen ganzen Verfahrbereich hin ermöglicht.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausdehnung der Luftspule in Fahrtrichtung mindestens zehnmal kleiner als die Ausdehnung des Ferritmaterials in Fahrtrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass ein großer Verfahrbereich realisiert ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ferritmaterial U-förmig, wobei ein Joch des U mit zwei voneinander beabstandeten Schenkeln des U verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Ferritmaterial kostengünstig aus Standard-Bauteilen, insbesondere aus drei gleichartig geformten, insbesondere identischen, Quadern herstellbar ist. Somit ist nur eine geringe Anzahl von unterschiedlichen Teilen für die Herstellung zu bevorraten.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ferritmaterial in einem vom Schienenteil zumindest teilweise umfassten Raumbereich aufgenommen, insbesondere wobei das Ferritmaterial an der Innenseite und/oder an der der Luftspule zugewandten Seite des Schienenteils aufgenommen ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Schienenteil aus Metall gefertigt ist und somit eine effiziente Abschirmung bewirkbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schienenteil U-förmig ausgeführt, wobei das Schienenteil einen Jochbereich aufweist, der mit zwei voneinander beabstandeten, mit dem Joch verbundenen Schenkelbereichen des Schienenteils verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach und kostengünstige Herstellung, insbesondere als Aluminium-Ziehprofil und/oder Aluminium-Strangguss-Profilteil, ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt jeder Schenkel an einem jeweiligen Schenkelbereich an und der Jochbereich ist vom Joch beabstandet,
insbesondere wobei das Joch und die beiden Schenkel einstückig, insbesondere einteilig, ausgebildet sind und/oder wobei der Jochbereich und die beiden Schenkelbereiche einstückig, insbesondere einteilig, ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Stabilität erreichbar ist und eine effiziente Abschirmung des magnetischen Wechselfeldes erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der von der Luftspule umwickelte Raumbereich Luft auf oder ein Material, dessen magnetische Permeabilität kleiner als das Zehnfache der magnetischen Permeabilität von Luft ist, insbesondere von Luft bei Raumtemperatur und 40% Luftfeuchtigkeit sowie einem Luftdruck von 1 bar. Von Vorteil ist dabei, dass die Luftspule auf einer Multi-Layer-Leiterplatte realisierbar ist und somit eine kostengünstige Herstellung ermöglicht ist. Das Isolationsmaterial, insbesondere ein Epoxidharz-haltiges Material, der Leiterplatte weist keine wesentlich von der magnetischen Permeabilität abweichende magnetische Permeabilität auf. Somit ist die Induktivität der sekundärseitig dann verwendeten Spule einer Luftspule entsprechend ausgeführt. Die Masse der Leiterplatte ist ebenfalls gering und somit eine hochdynamische Bewegung ausführbar.
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Alternativ ist die Luftspule als Drahtwicklung ausgeführt, insbesondere wobei die Drahtwicklung mit Kunststoff vergossen ist und der so entstandene Gusskörper mit Wicklung ein Verbundteil bildet. Vorzugsweise ist dieses Verbundteil durch ein elektrisch isolierendes Halteteil, insbesondere Kunststoffteil, am Sekundärteil beziehungsweise Mobilteil oder Fahrzeug gehalten.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ausdehnung der Luftspule in Fahrtrichtung mindestens zehnmal geringer als die Ausdehnung des Ferritbereichs in Fahrtrichtung oder die Ausdehnung des um das Ferritmaterial gewickelten Primärleiters. Von Vorteil ist dabei, dass ein weiter Verfahrbereich für die Hin- und Her-Bewegung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ferritmaterial U-förmig, wobei ein Joch des U mit zwei voneinander beabstandeten Schenkeln des U verbunden ist
jeweils an den Schenkeln des Ferritmaterials auf den jeweils vom Schienenteil 1 abgewandten Seiten des Ferritmaterials, insbesondere an den vom Joch abgewandten Endbereichen der Schenkel des Ferritmaterials, jeweils ein Polbereich aus Ferrit angeordnet ist,
wobei die beiden Polbereiche einander gegenüberstehen und/oder wobei die Luftspule zwischen den beiden Polbereichen angeordnet ist,
insbesondere wobei die die beiden Polbereiche verbindenden geraden Verbindungslinien, insbesondere alle, durch den von der Luftspule umwickelten Bereich hindurchragen. Von Vorteil ist dabei, dass eine effiziente Abschirmung des Wechselmagnetfelds zur äußeren Umgebung hin bewirkbar ist und genügend Raumbereich für die zwischen Ferritmaterial und schienenteil gewickelt angeordnete primärseitige Wicklung zur Verfügung stellbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wickelrichtung der Luftspule parallel zum Joch ausgerichtet und/oder senkrecht zu den Schenkeln des Ferritmaterials. Von Vorteil ist dabei, dass die primärseitige Wicklung entlang des Jochs ausgeführt ist. Insbesondere ist die Wickelrichtung parallel zur Mittelachse des Jochs ausgeführt.
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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.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In der 1 ist ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes System schematisch skizziert.
- In der 2 ist ein zugehöriger Längsschnitt dargestellt.
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Wie in den Figuren dargestellt, weist das System einen stationär angeordneten Primärteil auf und einen relativ zum Primärteil bewegbaren Sekundärteil.
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Der Sekundärteil ist als entlang eines Schienenteils 1 des Primärteils bewegbares Schienenfahrzeug ausgeführt und weist eine Luftspule 5 auf.
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Am Schienenteil 1 abrollende Räder des Schienenfahrzeugs sind nicht dargestellt.
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Die Luftspule 5 weist eine geringe Masse auf, da sie keinen mit ihr verbundenen Spulenkern aus Ferrit aufweist.
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Der Primärteil weist ein Schienenteil 1 aus Aluminium auf. Insbesondere weist das Schienenteil 1 ein U-förmiges Profil auf.
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An der der Luftspule 5 zugewandten Innenseite des Schienenteils 1 ist Ferritmaterial 3 vorgesehen, das ebenfalls U-förmig verteilt angeordnet ist.
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An den Innenseiten der beiden Schenkel des U, insbesondere des U-förmigen Ferritmaterials 3, sind zueinander hervorragende Polbereiche 4 aus Ferrit ausgebildet. Dadurch ist das gesamte Ferritmaterial an den Endbereichen der Innenseiten der Schenkel des U verdickt ausgeführt.
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Der Primärleiter 1, insbesondere die Primärwicklung, ist um das Joch des U, insbesondere des U-förmigen Ferritmaterials 3, gewickelt. Somit wird der von dem Primärleiter 1 erzeugte magnetische Fluss im Ferritmaterial geleitet, wobei nur der Luftspalt zwischen den beiden Polbereichen 4 vom magnetischen Fluss überwunden werden muss.
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Im Bereich des Luftspalts ist die Luftspule 5 angeordnet. Dabei ist die Wicklungsachse der Luftspule 5 im Wesentlichen parallel zur Richtung des magnetischen Flusses im Bereich des Luftspalts.
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Die Wicklungsachse der Luftspule 5 ist exakt senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet. Insbesondere ist sie parallel zur Normalenrichtung der Symmetrieebene des U-förmigen Ferritmaterials 3 ausgerichtet.
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Der von der Luftspule 5 umwickelte Flächenbereich wird von im Wesentlichen dem ganzen magnetischen Fluss durchströmt, welcher von dem um den Ferritbereich 3 gewickelten Primärleiter 1 erzeugt wird.
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Das Schienenteil 1 weist ein U-förmiges Profil auf und ist vorzugsweise aus Aluminium ausgeführt. Somit ist das vom mit einem Wechselstrom beaufschlagten Primärleiter 2 erzeugte Wechselmagnetfeld zur äußeren Umgebung hin abgeschirmt. Denn die im Aluminium induzierten Wirbelströme wirken dem magnetischen Fluss entgegen, so dass zur äußeren Umgebung hin eine abschirmende Wirkung erzielbar ist.
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Die Ausdehnung der Luftspule 5 in Bewegungsrichtung ist kleiner als die Ausdehnung der Luftspule 5 innerhalb der Symmetrieebene.
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Die Ausdehnung der Luftspule 5 quer zur Bewegungsrichtung, insbesondere also senkrecht zur Bewegungsrichtung, und senkrecht zur Symmetrieebene ist mindestens zehnmal kleiner als die Ausdehnung in Bewegungsrichtung.
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Die Ausdehnung der Luftspule 5 quer zur Bewegungsrichtung, insbesondere also senkrecht zur Bewegungsrichtung, und senkrecht zur Symmetrieebene ist mindestens zehnmal kleiner als die Ausdehnung innerhalb der Symmetrieebene.
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In dem vom Primärleiter 2 umwickelten Bereich des Ferritmaterials 3 ist das Ferritmaterial 3 beabstandet vom Schienenteil 1. Insbesondere ist das gesamte Joch des U-förmigen Ferritmaterials 3 beabstandet vom Schienenteil 1.
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Auf diese Weise ist eine noch weiter verbesserte Abschirmwirkung erreichbar. Außerdem ist das Joch als ebenes flächiges Teil ausführbar und somit kostengünstig herstellbar.
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Das Joch ist mit den beiden, voneinander beabstandeten Schenkeln verbunden.
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Jeder Schenkel berührt das Ferritmaterial 3 direkt. Die Polbereiche 4 sind auf den jeweils vom Schienenteil 1 abgewandten Seiten des Ferritmaterials, insbesondere der Schenkel des Ferritmaterials 3, angeordnet.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird das U-förmige Schienenteil 1 derart in einer industriellen Anlage installiert und ausgerichtet, dass die Öffnung des U, insbesondere in Gravitationsrichtung, nach unten geöffnet ist. Somit fließt Wasser aus dem Innenbereich des U-förmigen Schienenteils 1 heraus. Außerdem sind äußere Oberflächenbereiche des Schienenteils 1 als Abrollfläche für Räder des die Luftspule 5 aufweisenden Schienenfahrzeugs geeignet. Hierzu sind die Oberflächenbereiche eben ausgeführt, insbesondere und fein bearbeitet.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist die Luftspule 5 an einer Platte, die Epoxidharz enthält und/oder aus Epoxidharz gefertigt ist, angelegt und befestigt ist, insbeosndere angeklebt ist. Als Platte ist also eine Leiterplatte ohne Kupferbahnen verwendbar. Die Platte dient als Haltemittel für die Luftspule 5 und ist am Mobilteil, insbesondere Schienenfahrzeug, befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schienenteil, insbesondere Aluminium-Schienenteil
- 2
- Primärleiter, insbesondere Primärwicklung
- 3
- Ferrit, insbesondere Ferritschienenteil
- 4
- Polbereich
- 5
- Luftspule
- 6
- magnetischer Fluss
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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