DE102022002735A1 - System for non-contact energy transfer from a primary conductor to a secondary coil - Google Patents
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Abstract
Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule, die eine Sekundärwicklung und einen Spulenkern aufweist,wobei der Spulenkern eine Verengung, insbesondere eine Verengungsstelle, aufweist.System for the contactless transmission of energy from a primary conductor to a secondary coil, which has a secondary winding and a coil core, the coil core having a constriction, in particular a constriction point.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule.The invention relates to a system for contactless power transmission from a primary conductor to a secondary coil.
Es ist allgemein bekannt, dass eine Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule mittels einer induktiven Kopplung, insbesondere beispielsweise eines Transformators, realisierbar ist.It is generally known that a system for the contactless transmission of energy from a primary conductor to a secondary coil can be implemented by means of an inductive coupling, in particular a transformer, for example.
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage weiterzubilden, wobeiThe invention is therefore based on the object of further developing a system, wherein
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved in the system according to the features specified in
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage zur berührungslosen Energieübertragung von einem Primärleiter zu einer Sekundärspule, die eine Sekundärwicklung und einen Spulenkern aufweist,
insbesondere wobei die Sekundärspule an einem relativ zum Primärleiter bewegbar angeordneten Mobilteil angeordnet ist, insbesondere an der dem Primärleiter zugewandten Seite des Mobilteils,
sind, dass der Spulenkern eine Verengung, insbesondere eine Verengungsstelle, aufweist,
insbesondere wobei der Spulenkern im Bereich der Verengung eine höhere Flussdichte aufweist als in einem an die Verengung angrenzenden Bereich des Spulenkerns und/oder wobei der Spulenkern im Bereich der Verengung eine geringere Wandstärke aufweist als in einem an die Verengung angrenzenden Bereich des Spulenkerns.Important features of the invention in the system for contactless energy transmission from a primary conductor to a secondary coil, which has a secondary winding and a coil core,
in particular wherein the secondary coil is arranged on a mobile part arranged to be movable relative to the primary conductor, in particular on the side of the mobile part facing the primary conductor,
are that the coil core has a constriction, in particular a constriction point,
in particular wherein the coil core has a higher flux density in the area of the constriction than in an area of the coil core adjoining the constriction and/or wherein the coil core has a smaller wall thickness in the area of the constriction than in an area of the coil core adjoining the constriction.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung eine Strombegrenzung bewirkt. Denn der Bereich der Verengung tritt schon bei geringeren Stromstärken, und somit bei schwächerem Magnetfeld in die Sättigung ein und bewirkt somit eine entsprechende Veränderung der Induktivität der Sekundärspule. Bei vorzugsweise schwacher Kopplung und Verwendung der Sekundärspule in einem Resonanzkreis verringert sich die übertragene Leistung erheblich, so dass der Strom entsprechend am weiteren Anstieg auch bei einem sekundärseitigen Kurzschluss des Resonanzkreises gehindert wird.The advantage here is that the constriction causes a current limitation. This is because the narrowing area already enters saturation at lower current intensities, and thus at a weaker magnetic field, and thus causes a corresponding change in the inductance of the secondary coil. If the coupling is preferably weak and the secondary coil is used in a resonant circuit, the transmitted power is reduced considerably, so that the current is prevented from increasing further, even if the resonant circuit short-circuits on the secondary side.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern, insbesondere Ferritkern, aus Ferrit gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass trotz schwacher induktiver Kopplung möglichst viel des vom Primärleiter erzeugten Magnetfeldes im Spulenkern aufgefangen wird und/oder dass möglichst viele vom Primärleiter erzeugte Feldlinien im Spulenkern eingefangen werden. Von Vorteil ist dabei, dass bei ansteigendem Strom im Primärleiter und/oder in der Sekundärwicklung und somit stärker werdendem Magnetfeld die Sättigung im Bereich der Verengung schneller erreichbar ist und dadurch die Induktivität frühzeitig verringerbar ist, so dass ein weiterer Anstieg des sekundärseitigen Stroms verhinderbar ist.In an advantageous embodiment, the coil core, in particular a ferrite core, is made of ferrite. The advantage here is that, despite the weak inductive coupling, as much of the magnetic field generated by the primary conductor as possible is captured in the coil core and/or that as many field lines generated by the primary conductor as possible are captured in the coil core. The advantage here is that with increasing current in the primary conductor and/or in the secondary winding and thus increasing magnetic field, saturation in the area of the constriction can be reached more quickly and the inductance can be reduced early on, so that a further increase in the secondary-side current can be prevented.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verengung im Bereich der Wicklung und/oder im von der Wicklung umwickelten Bereich angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst viel Feld oder möglichst viele, vom Primärleiter erzeugte Feldlinien zum Durchfließen der Verengung gezwungen werden. Somit ist bei zunehmendem Strom die Sättigung schnell und sicher erreichbar.In an advantageous embodiment, the constriction is arranged in the area of the winding and/or in the area around which the winding is wound. The advantage here is that as much field as possible or as many field lines as possible generated by the primary conductor are forced to flow through the constriction. Thus, with increasing current, saturation can be reached quickly and safely.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verengung von der Wicklung umgeben und/oder umwickelt. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst viel Feld oder möglichst viele, vom Primärleiter erzeugte Feldlinien zum Durchfließen der Verengung gezwungen werden. Somit ist bei zunehmendem Strom die Sättigung schnell und sicher erreichbar.In an advantageous embodiment, the constriction is surrounded and/or wrapped by the winding. The advantage here is that as much field as possible or as many field lines as possible generated by the primary conductor are forced to flow through the constriction. Thus, with increasing current, saturation can be reached quickly and safely.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung grenzt die Verengung an an den Bereich der Wicklung und/oder an den von der Wicklung umwickelten Bereich. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst viele der gerade aus dem umwickelten Bereich austretenden Feldlinien noch durch den Bereich der Verengung gezwungen werden und somit eine möglichst effiziente Strombegrenzung erreichbar ist.In an advantageous embodiment, the constriction borders on the area of the winding and/or on the area wrapped by the winding. The advantage here is that as many of the field lines emerging from the wrapped area as possible are still forced through the area of the constriction and the most efficient possible current limitation can thus be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verengung von der Wicklung nicht umgeben und/oder umwickelt. Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung außerhalb des umwickelten Bereichs angeordnet ist und somit ein Hineinrutschen der Wicklung, insbesondere des Wicklungsdrahtes, insbesondere beim Bewickeln, in die Verengung verhindert ist.In an advantageous embodiment, the constriction is not surrounded and/or wrapped by the winding. The advantage here is that the constriction is arranged outside the wrapped area and thus the winding slipping in, in particular the winding wire, especially when winding, is prevented in the constriction.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern U-förmig,
insbesondere wobei der Primärleiter innerhalb des von dem Spulenkern umgebenen Raumbereichs angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die induktive Kopplung möglichst stark ist, obwohl der Primärleiter als Linienleiter langgestreckt in der Anlage verlegt ist und somit nur ein schwaches Magnetfeld erzeugt.In an advantageous embodiment, the coil core is U-shaped,
in particular wherein the primary conductor is arranged within the space surrounded by the coil core. The advantage here is that the inductive coupling is as strong as possible, although the primary conductor is routed as a long line cable in the system and thus only generates a weak magnetic field.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wicklung eine in einer Ebene angeordnete Flachwicklung.In an advantageous embodiment, the winding is a flat winding arranged in one plane.
Insbesondere ist die senkrechte Projektion der Verengung in diese Ebene
- - von der Wicklung umfasst und/oder
- - von der senkrechten Projektion der Wicklung in die Ebene umfasst.
- - covered by the winding and/or
- - embraced by the vertical projection of the winding into the plane.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung im Bereich der Wicklung angeordnet ist und somit viele Feldlinien durch den Bereich der Verengung gezwungen werden.The advantage here is that the constriction is arranged in the area of the winding and thus many field lines are forced through the area of the constriction.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern E-förmig ist,
insbesondere wobei die Sekundärwicklung um einen Mittelschenkel des E-förmigen Spulenkerns herumgewickelt ist, insbesondere als Flachwicklung,
wobei die Sekundärwicklung vom Primärleiter beabstandet ist,
insbesondere wobei der Primärleiter als langgestreckt verlegte geschlossene Schleife in der Anlage verlegt ist,
insbesondere wobei ein Abschnitt des Primärleiters als Hinleiter fungiert und ein zum Hinleiter parallel angeordneter Rückleiter durch einen weiteren Bereich des Primärleiters gebildet ist,
insbesondere wobei das Joch des E-förmigen Spulenkerns einen Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel aufweist, wobei alle Schenkel zu der den Hinleiter und den Rückleiter aufnehmenden Ebene hin hervorragen,
insbesondere wobei die senkrechte Projektion der um den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns gewickelten Sekundärwicklung in diese Ebene einen Teil des Hinleiters und einen Teil des Rückleiters umfasst und/oder einen Teil der senkrechten Projektion des Hinleiters in diese Ebene und einen Teil der senkrechten Projektion des Rückleiters in diese Ebene umfasst,
insbesondere wobei der Spulenkern und die Sekundärwicklung jeweils von der Ebene beabstandet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Sekundärspule sehr kompakt ausführbar ist und das Primärleitersystem als Hinleiter und dazu parallel verlegter Rückleiter sozusagen magnetisch doppelt nutzbar ist.In an advantageous embodiment, the coil core is E-shaped,
in particular wherein the secondary winding is wound around a middle leg of the E-shaped coil core, in particular as a flat winding,
the secondary winding being spaced from the primary conductor,
in particular where the primary conductor is laid as an elongated closed loop in the system,
in particular where a section of the primary conductor acts as a forward conductor and a return conductor arranged parallel to the forward conductor is formed by a further area of the primary conductor,
in particular wherein the yoke of the E-shaped coil core has a central limb and two outer limbs, all limbs protruding towards the plane accommodating the forward conductor and the return conductor,
in particular wherein the vertical projection of the secondary winding wound around the center leg of the E-shaped ferrite core into that plane comprises part of the forward conductor and part of the return conductor and/or part of the perpendicular projection of the forward conductor into that plane and part of the perpendicular projection of the return conductor included in this level
in particular wherein the coil core and the secondary winding are each spaced from the plane. The advantage here is that the secondary coil can be made very compact and the primary conductor system can be used magnetically twice as a forward conductor and a parallel return conductor, so to speak.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verengung eine einseitig oder beidseitig am Spulenkern ausgeführte längliche Vertiefung und/oder Nut auf, insbesondere wobei die Vertiefung oder Nut sich senkrecht zum Magnetfluss und/oder zur magnetischen Flussdichte erstreckt, insbesondere über die gesamte Breite des Spulenkerns. Von Vorteil ist dabei, dass eine gleichmäßige Ausführung der Verengung erreichbar ist.In an advantageous embodiment, the constriction has an elongated indentation and/or groove on one or both sides of the coil core, in particular the indentation or groove extending perpendicularly to the magnetic flux and/or to the magnetic flux density, in particular over the entire width of the coil core. The advantage here is that a uniform execution of the constriction can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verengung als eine oder mehrere durch den Spulenkern durchgehende Ausnehmungen realisiert ist und/oder die Verengung eine oder mehrere durch den Spulenkern durchgehende Ausnehmungen auf,
insbesondere wobei die Ausnehmungen voneinander beabstandet sind und/oder in einer geraden Reihe hintereinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Verengung das für die Magnetfeldlinien bereit gestellte Material betrifft und einfach herstellbar ist.In an advantageous embodiment, the constriction is realized as one or more recesses running through the coil core and/or the constriction has one or more recesses running through the coil core,
in particular wherein the recesses are spaced apart and/or are arranged one behind the other in a straight row. The advantage here is that the constriction affects the material provided for the magnetic field lines and is easy to produce.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Abstand zwischen zwei jeweils zueinander nächstbenachbarten Ausnehmungen mit zunehmendem Abstand von einem äußeren Rand des Spulenkerns monoton abnehmend,
insbesondere so, dass mittig im Spulenkern, insbesondere Joch, angeordnete, zueinander nächstbenachbarte Ausnehmungen zueinander enger aneinander angeordnet sind als weiter außen angeordneten Ausnehmungen,
insbesondere der äußere Rand der in derjenigen Schnittebene angeordnete äußere Rand ist, deren Normale parallel zu der Durchgangsrichtung der Ausnehmungen ausgerichtet ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Dichte der Magnetfeldlinien im Bereich der Verengung gleichmäßig verteilt wird, also lokale Spitzenwerte der Dichte vermieden werden.In an advantageous embodiment, the distance between two adjacent recesses decreases monotonically as the distance from an outer edge of the coil core increases.
in particular in such a way that recesses which are arranged in the center of the coil core, in particular the yoke, and which are closest to one another are arranged closer to one another than recesses which are arranged further to the outside,
in particular the outer edge is the outer edge arranged in that section plane whose normal is aligned parallel to the passage direction of the recesses. The advantage here is that the density of the magnetic field lines is evenly distributed in the area of the constriction, i.e. local peak values of the density are avoided.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verengung ein in einem durchgehenden Luftspalt des Spulenkerns angeordnetes Zwischenteil auf,
insbesondere wobei das Zwischenteil eine geringere Wandstärke als der an das Zwischenteil angrenzende Bereich des Spulenkerns aufweist,
insbesondere wobei das Zwischenteil aus Ferrit gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist. Insbesondere ist die Form des Zwischenteils entweder quaderförmig oder zylindrisch ausführbar. Bei quaderförmiger Ausführung sind im Normalbetrieb geringere Verluste vorhanden als bei der zylindrischen Ausführung, welche aber thermisch mit geringerem Aufwand besser isolierbar ist vom restlichen Spulenkern als bei der quadratischen Ausführung, da nur eine Linienberührung zum restlichen Spulenkern hin vorliegt anstatt einer flächigen Berührung.In an advantageous embodiment, the constriction has an intermediate part arranged in a continuous air gap of the coil core,
in particular where the intermediate part has a smaller wall thickness than the region of the coil core adjoining the intermediate part,
in particular wherein the intermediate part is made of ferrite. The advantage here is that simple production is made possible. In particular, the shape of the intermediate part can be either cuboid or cylindrical. With a cuboid design, there are lower losses in normal operation than with the cylindrical design, which, however, can be thermally insulated better from the rest of the coil core with less effort than with the square design, since there is only one line of contact towards the rest of the coil core instead of a flat contact.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Spulenkern und/oder das Zwischenteil zumindest an Oberflächenbereichen, an denen der Spulenkern am Zwischenteil anliegt, mit einer Schicht beschichtet ist,
wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der Schicht kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Spulenkerns. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der thermischen Isolierung erreichbar ist.In an advantageous embodiment, the coil core and/or the intermediate part is/are coated with a layer at least on the surface areas on which the coil core rests on the intermediate part.
wherein the specific thermal conductivity of the material of the layer is smaller than the specific thermal conductivity of the material of the coil core. The advantage here is that a simple production of the thermal insulation can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Spulenkern und dem Zwischenteil zumindest ein Element angeordnet,
wobei die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Elements kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials des Spulenkerns,
insbesondere wobei das Element eine Folie oder ein anderes Teil, wie Plättchen, ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung der thermischen Isolierung erreichbar ist.In an advantageous embodiment, at least one element is arranged between the coil core and the intermediate part,
where the specific thermal conductivity of the material of the element is smaller than the specific thermal conductivity of the material of the coil core,
in particular wherein the element is a foil or other part such as platelets. The advantage here is that a simple production of the thermal insulation can be achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Zwischenteil als Zylinder ausgeführt und der Luftspalt des Spulenkerns von ebenen Flächen des Spulenkerns begrenzt,
insbesondere so dass zwischen Spulenkern und Zwischenteil beziehungsweise Element nur eine Linienberührung auftritt. Von Vorteil ist dabei, dass nur eine Linienberührung und vorliegt und somit die thermische Isolierung des Zwischenteils einfache und kostengünstig ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the intermediate part is designed as a cylinder and the air gap of the coil core is delimited by flat surfaces of the coil core.
in particular so that only a linear contact occurs between the coil core and the intermediate part or element. The advantage here is that there is only a line contact and the thermal insulation of the intermediate part can therefore be implemented simply and cost-effectively.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Sekundärwicklung eine derartige Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet, dass die Resonanzfrequenz des so gebildeten Resonanzkreises, insbesondere Schwingkreises, der Frequenz des von einer Stromquelle, insbesondere Einspeisegerät, der Anlage in den Primärleiter eingeprägten Wechselstromes gleicht. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad trotz schwacher und/oder abhängig von der Bewegung des Mobilteils schwankender induktiver Kopplung erreichbar ist.In an advantageous embodiment, the secondary winding has such a capacitance connected in series or in parallel that the resonant frequency of the resonant circuit formed in this way, in particular the oscillating circuit, is the same as the frequency of the alternating current impressed on the primary conductor by a power source, in particular a feed device of the system. The advantage here is that a high level of efficiency can be achieved despite weak inductive coupling and/or inductive coupling that fluctuates depending on the movement of the mobile part.
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.Further advantages result from the dependent claims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the person skilled in the art, there are further meaningful combinations of claims and/or individual claim features and/or features of the description and/or the figures, in particular from the task and/or the task posed by comparison with the prior art.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
- In
der 1 ist ein berührungsloses Energieübertragungssystem mit einem seriellen Resonanzkreis schematisch skizziert. - In
der 2 ist ein berührungsloses Energieübertragungssystem mit einem parallelen Resonanzkreis schematisch skizziert. - In der
3 ist eine Sekundärwicklung 33mit Ferritkern 31 gezeigt,eine Ausnehmung 32, insbesondere Verengung, aufweist. - In der
4 ist dieVerengung 32 als beidseitige längliche Vertiefung, insbesondere Nut, ausgeführt. - In der
5 ist dieVerengung 32 ersetzt durch eine Reihevon durchgehenden Ausnehmungen 52im Ferritkern 51. - In
6 ist dieVerengung 32 durchein quaderförmiges Zwischenteil 62, welches in einem durchgehenden Spalt desFerritkerns 61 angeordnet ist. - In der
7 ist dieVerengung 72 am insbesondere inneren Ende eines mit einer Sekundärwicklung bewickelten Schenkels eines U-förmigen Ferritkerns 71 angeordnet. - In der
8 ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung mit einem E-förmigen mit einerSekundärwicklung 84 bewickelten Ferritkern 83 gezeigt, wobei die Verengung 82 an der äußeren Seite des Ferritkerns 83 angeordnet ist oder wobei die Verengung 85 an der inneren Seite des Ferritkerns 83 angeordnet ist.
- In the
1 a non-contact energy transmission system with a serial resonant circuit is schematically sketched. - In the
2 a non-contact energy transmission system with a parallel resonant circuit is schematically sketched. - In the
3 a secondary winding 33 with aferrite core 31 is shown, having arecess 32, in particular a constriction. - In the
4 theconstriction 32 is designed as an elongated depression on both sides, in particular a groove. - In the
5 theconstriction 32 is replaced by a series ofcontinuous recesses 52 in theferrite core 51. - In
6 is theconstriction 32 by a cuboidintermediate part 62 which is arranged in a continuous gap of theferrite core 61. - In the
7 theconstriction 72 is arranged in particular at the inner end of a leg of aU-shaped ferrite core 71 on which a secondary winding is wound. - In the
8th shows a system for contactless power transmission with anE-shaped ferrite core 83 wound with a secondary winding 84, with theconstriction 82 being arranged on the outer side of theferrite core 83 or with theconstriction 85 being arranged on the inner side of theferrite core 83.
Wie in
Der Sekundärwicklung ist eine Kapazität C_k in Reihe zugeschaltet, die derart dimensioniert ist, dass die Resonanzfrequenz des aus der Sekundärwicklung und der Kapazität C_k gebildeten Resonanzkreises, insbesondere Schwingkreises, der Frequenz eines in den Primärleiter 1 von einer Stromquelle eingeprägten Wechselstroms gleicht.A capacitance C_k is connected in series to the secondary winding, which is dimensioned in such a way that the resonant frequency of the resonant circuit formed by the secondary winding and the capacitance C_k, in particular the oscillating circuit, is equal to the frequency of an alternating current impressed on the
Somit ist Energie ans Mobilteil mit hohem Wirkungsgrad übertragbar.Energy can thus be transferred to the handset with high efficiency.
Eine Last R_L, insbesondere ein Verbraucher, ist aus dem Resonanzkreis versorgbar. Die Last R_L weist beispielsweise einen Gleichrichter auf und einen daraus versorgten Wechselrichter, der einen Antriebsmotor des Mobilteils speist. Zusätzlich oder alternativ weist die Last R_L einen Energiespeicher auf, der aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des Gleichrichters belastbar ist.A load R_L, in particular a consumer, can be supplied from the resonant circuit. The load R_L has, for example, a rectifier and an inverter supplied from it, which feeds a drive motor of the handset. Additionally or alternatively, the load R_L has an energy storage device that can be loaded from the connection of the rectifier on the DC voltage side.
Alternativ ist der Primärleiter 1 entlang einer Schiene verlegt, entlang derer sich ein Mobilteil mit einer Sekundärwicklung bewegt. Die Sekundärwicklung ist and en Primärleiter 1 wiederum induktiv gekoppelt.Alternatively, the
In
Weiter alternativ ist der Primärleiter als Wicklung ausführbar, wobei das Mobilteil mit seiner Sekundärwicklung an diese Wicklung induktiv angekoppelt ist.As a further alternative, the primary conductor can be designed as a winding, with the mobile part being inductively coupled to this winding with its secondary winding.
Wie in
Wie in
Bei primärseitigem konstantem Strombetrag des in den Primärleiter 1 eingeprägten Wechselstroms, ist eine Strombegrenzung erreichbar. Denn bei Kurzschluss des 80 Resonanzkreises steigt zwar zunächst der Strom im Resonanzkreis an, jedoch kommt das Ferritmaterial dann im Bereich der Verengung 32 in Sättigung, wodurch sich die Induktivität ändert und der Resonanzkreis verstimmt wird. Durch diese selbsttätige Begrenzung erreicht der Strom nur einen zugehörigen Maximalwert.If the current magnitude of the alternating current impressed on the
Im Normalbetrieb, wenn also keine Sättigung im Ferritkern 31 auftritt, wird der Bereich der Verengung 32 erwärmt, da hier höhere Verluste auftreten als im restlichen Ferritkern 31. Die wandstärke des Ferritkerns 31, insbesondere des Jochs des Ferritkerns 31, ist im Bereich der Verengung 32 verringert.In normal operation, i.e. when there is no saturation in the
In
In
Vorzugsweise sind die Vertiefungen einer rechteckigen Nut entsprechend ausgeführt.The indentations are preferably designed in accordance with a rectangular groove.
Wie in
In einer Weiterbildung ist der Abstand zwischen zwei jeweils nächstbenachbarten Ausnehmungen 52 mit zunehmendem Abstand von einem äußeren Rand, insbesondere im in
Insbesondere ist dabei mit dem äußeren Rand immer der in der Schnittebene angeordnete äußere Rand gemeint, deren Normale parallel zu der Durchgangsrichtung der Ausnehmungen 52 ausgerichtet ist.In particular, the outer edge always means the outer edge arranged in the sectional plane, the normal of which is aligned parallel to the passage direction of the
Weiter alternativ ist die Verengung auch durch Einlegen eines Zwischenteils 62 in einen Spalt des Ferritkerns 61 realisierbar, wie in
Dabei ist die Wandstärke des Zwischenteils 62 geringer als des restlichen Ferritkerns 61. Das Zwischenteil 62 ist ebenfalls aus Ferrit gefertigt.The wall thickness of the
Vorzugsweise ist das aus Ferritmaterial hergestellte Zwischenteil 62 zusätzlich an seiner Oberfläche mit einer Schicht beschichtet, deren spezifische Wärmeleitfähigkeit kleiner ist als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Ferritmaterials.The
Somit ist eine hohe Temperatur im Zwischenteil 62 erreichbar, während der an das Zwischenteil 62 angrenzende Ferritkern 62 thermisch möglichst wenig belastet wird. Wenn die Temperatur die Curie-Temperatur erreicht, sinkt die Induktivität der Sekundärwicklung stark ab und die Verstimmung des Resonanzkreises wird sehr groß und die sekundärseitige Induktivität wird sehr klein. Auf diese Weise wird ein Stromanstieg begrenzt, da weniger Strom durch die induktive Kopplung übertragen wird.A high temperature can thus be achieved in the
Vorteilhafterweise ist die Schicht zumindest in denjenigen Oberflächenbereichen des Zwischenteils 62 angeordnet, welche am Ferritkern 61 anliegen.Advantageously, the layer is at least in those surface areas of the
Wie in
In
Am rechten Schenkel des U-förmigen Übertragerkopfs ist die Verengung jedoch außerhalb des mit der Sekundärwicklung 73 bewickelten Bereichs angeordnet, insbesondere direkt angeschlossen ans Ende der Sekundärwicklung 73.On the right leg of the U-shaped pick-up, however, the constriction is arranged outside the area wound with the secondary winding 73, in particular directly connected to the end of the secondary winding 73.
Wie in
Der Primärleiter ist als langgestreckte geschlossenen Schleife in der Anlage verlegt, wobei ein Abschnitt des Primärleiters als Hinleiter fungiert und ein zum Hinleiter 80 parallel angeordneter Rückleiter 81 durch einen weiteren Bereich des Primärleiters gebildet ist.The primary conductor is laid in the system as an elongated, closed loop, with a section of the primary conductor acting as a forward conductor and a
Das Joch des E-förmigen Ferritkerns 83 weist einen Mittelschenkel und zwei äußere Schenkel auf, wobei alle Schenkel zu der den Hinleiter 80 und den Rückleiter 81 aufnehmenden Ebene hervorragen.The yoke of the
Die senkrechte Projektion der um den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns 83 gewickelten Sekundärwicklung in die Ebene umfasst einen Teil des Hinleiters 80 und einen Teil des Rückleiters 81, insbesondere umfasst einen Teil der senkrechten Projektion des Hinleiters 80 in die Ebene und einen Teil der senkrechten Projektion des Rückleiters 81 in die Ebene.The perpendicular in-plane projection of the secondary winding wound around the center leg of the
Die aus dem Ferritkern 83 mit der Sekundärwicklung 84 gebildete Spule ist jedoch stets beabstandet von der Ebene, insbesondere also von der den Hinleiter 80 und den Rückleiter aufnehmenden Ebene.However, the coil formed from the
Die Verengung 82 ist entweder an der der Sekundärwicklung 84 zugewandten Seite des Ferritkerns 83 angeordnet oder an der von der Sekundärwicklung 84 abgewandten Seite des Ferritkerns.The
Die Verengung 85 ist in einer ersten Ausführung ähnlich zur
Alternativ ist aber die Verengung 85 und/oder 82 ähnlich zur
Die Verengung 82 und7oder die Verengung 85 ist entweder im Bereich der Wicklung 84 oder am inneren oder äußeren Endbereich der Wicklung 84 angeordnet.The
Die Wicklung 84 ist als Ringwicklung und den Mittelschenkel des E-förmigen Ferritkerns 83 herum ausgeführt, insbesondere als einlagige Flachwicklung.The winding 84 is designed as a ring winding and the middle leg of the
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird der Ferritkern zumindest an denjenigen Oberflächenbereichen mit einer Schicht beschichtet, an welchen das Zwischenteil 62 am Ferritkern 61 anliegt. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials der Schicht ist kleiner als die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Ferritmaterials.In further exemplary embodiments according to the invention, the ferrite core is coated with a layer at least on those surface areas on which the
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sind anstatt einer solchen Schicht auch Elemente, insbesondere Folien oder Teile, wie Plättchen, zwischen das Zwischenteil 62 und den Ferritkern 61 zwischenordenbar. Die Wandstärke des Elements wird möglichst klein gewählt, wobei aber der Wärmeübergangswiderstand vom Element zum Ferritkern 61 ausreichend hoch sein muss.In further exemplary embodiments according to the invention, instead of such a layer, elements, in particular foils or parts such as small plates, can also be arranged between the
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt des vorgenannten jeweiligen Ferritkerns ein Spulenkern aus einem anderen ferromagnetischen Material eingesetzt. Dabei ist eine möglichst hohe spezifische magnetische Permeabilität vorteilhaft, um das System kompakt zu gestalten.In further exemplary embodiments according to the invention, a coil core made of a different ferromagnetic material is used instead of the aforementioned respective ferrite core. The highest possible specific magnetic permeability is advantageous in order to make the system compact.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Primärleiterprimary conductor
- 22
- induktive Kopplunginductive coupling
- 3131
- Ferritkern, aufweisend Joch und zwei SchenkelFerrite core having yoke and two legs
- 3232
- Verengung, insbesondere AusnehmungConstriction, especially recess
- 3333
- Sekundärwicklungsecondary winding
- 5151
- Ferritkernferrite core
- 5252
- Ausnehmungrecess
- 6161
- Ferritkernferrite core
- 6262
- Zwischenteilintermediate part
- 7171
- Ferritkernferrite core
- 7272
- Ausnehmung, insbesondere VerengungRecess, especially constriction
- 7373
- Sekundärwicklung secondary winding
- 8080
-
als Hinleiter fungierender Bereich des Primärleiters 1Area of the
primary conductor 1 that acts as a forward conductor - 8181
-
als Rückleiter fungierender Bereich des Primärleiters 1Area of
primary conductor 1 that acts as a return conductor - 8282
- Verengungconstriction
- 8383
- Ferritkern, insbesondere plattenartiger FerritkernFerrite core, especially plate-like ferrite core
- 8484
- Sekundärwicklung secondary winding
- L_SL_S
- Streuinduktivität der SekundärwicklungLeakage inductance of the secondary winding
- C_kC_k
- Kapazitätcapacity
- R_LR_L
- Lastload
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- EP 1668656 B1 [0005]EP 1668656 B1 [0005]
- DE 69820904 T2 [0006]DE 69820904 T2 [0006]
- US 20140084697 A1 [0007]US20140084697A1 [0007]
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