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Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung.
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Aus der
DE 44 46 779 ist eine Anordnung zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung auf einen bewegbaren Verbraucher mit einem
als langgestreckte parallele Leiteranordnung ausgebildeten ruhenden
Primärkreis
bekannt, der an eine Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle einer höheren Frequenz
angeschlossen ist und einem am bewegbaren Verbraucher angebrachten Übertragerkopf,
der aus einem Ferritkern und einer diesen Ferritkern umfassenden
Sekundärwicklung
besteht, welche mit dem Primärkreis
magnetisch gekoppelt ist, wobei die Leiteranordnung einen Außenleiter
und einen Mittelleiter aufweist, wobei im Außenleiter ein gleichgroßer, entgegengesetzt
gerichteter Strom wie im Mittelleiter fließt.
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Nachteilig ist dabei, dass ein Streufluss
auftritt, insbesondere zwischen den feldführenden Schenkeln des U, solange
ein nichtverschwindender Luftspalt δ1 und δ2 vorhanden
ist und der Ferrit magnetisch noch nicht gesättigt ist. Bei Sättigung
ist der Streufluss noch weiter erhöht. Der Träger, also die Stütze, des
Mittelleiters ist außerdem
aufwendig und kostspielig ausgeführt,
da er einen Ferritkörper 5 zur Verminderung
des Luftspaltes umfasst.
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Aus der japanischen Schrift Daifuku,
Application No. H4-10549, Publication No. H5 207605 ist ein C-förmiger Ferritkern
bekannt, der weniger Streufelder aufweist als der genannte U-förmige Ferritkern, jedoch beansprucht
er ein großes
Bauvolumen.
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Aus der
DE 295 80 172 U1 ist eine
Datenübertragungseinrichtung
bekannt, bei der nur geringe Mengen an elektrischer Leistung übertragbar
sind und die einen großen
Bauraum benötigt,
also nicht kompakt ausgeführt
ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Anordnung zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung in möglichst
kompakter Weise mit möglichst
hohem Wirkungsgrad weiterzubilden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung
zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst.
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Wesentliche Merkmale der Erfindung
bei der Anordnung zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung auf einen bewegbaren Verbraucher sind, dass
er einen als langgestreckte parallele Leiteranordnung ausgebildeten
ruhenden Primärkreis, der
an eine Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle angeschlossen
ist, und einen am bewegbaren Verbraucher angebrachten Übertragerkopf
umfasst, der aus einem Ferritkern und mindestens einer diesen Ferritkern
umfassenden Sekundärwicklung
besteht, welche mit dem Primärkreis
magnetisch gekoppelt ist,
wobei die Leiteranordnung einen Außenleiter
und einen Mittelleiter aufweist, wobei im Außenleiter ein gleichgroßer, entgegengesetzt
gerichteter Strom wie im Mittelleiter fließt,
wobei der Mittelleiter
von einem ring- und/oder toroidalen Ferritkern umfasst wird, der
die mindestens eine Sekundärwicklung
trägt,
wobei
die Orientierung des Ferritkerns derart vorgesehen ist, dass die
axiale Richtung des Ferritkerns einen nichtverschwindenden Winkel
zum Mittelleiter aufweist, insbesondere zur Tangentialrichtung des Mittelleiters
im Bereich des Schnittpunkts der vom Ferritkern aufgespannten Ebene
mit dem Mittelleiter,
und wobei der Ferritkern mindestens eine
Ausnehmung, insbesondere zum Durchlass des Trägers des Mittelleiters, aufweist.
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Von Vorteil ist dabei, dass wegen
der ring-ähnlichen
und/oder toroidalen Ausführung
des Ferritkerns ein möglichst
großer
Abstand zwischen gegenüberliegenden
Bereichen des Ferritkerns vorhanden ist und somit die Streufelder
verringert sind. Dies gilt auch bei Vorhandensein eines Luftspaltes. Somit
ist der Wirkungsgrad der Anordnung insgesamt verbessert. Zusätzlich weist
die gesamte Anordnung, umfassend Ferritkern und Linienleiterprofil, also
Außenleiter,
eine geringe Ausdehnung in Richtung des Trägers auf. Somit ist eine kompakte
Ausführung
ermöglicht
und es wird ein viel kleineres Bauvolumen trotz der Verringerung
der Streufelder erreicht. In Bewegungsrichtung, also Richtung des
Mittelleiters benötigt
der Ferritkern zwar nun mehr Platz, da er in diese Richtung verdreht
ist, jedoch ist dieser Platz immer vorhanden, weil der bewegbare
Teil der Anordnung in diese Richtung bewegbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist die Ausnehmung derart gestaltet, dass Mittel zum Fixieren des
Mittelleiters, insbesondere Träger
des Mittelleiters, hindurchpassen, insbesondere beim Vorbeibewegen
des bewegbaren Teils der Anordnung. Von Vorteil ist dabei, dass
der Luftspalt größer ist
als die entsprechende Ausdehnung des Trägers im Bereich des Luftspaltes.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
beträgt der
Betrag des Winkels zwischen 30° und
60°. Insbesondere
ist der Betrag des Winkels 45°.
Von Vorteil ist dabei, dass somit eine besonders kompakte Bauform
erreichbar ist und die Streufelder minimiert sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
ist der ring-ähnliche
und/oder toroidale Ferritkern mit Ausnahme der Ausnehmung ein kreisförmiger Torus.
Von Vorteil ist dabei, dass der Ferritkern besonders einfach zu
fertigen ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung
weist zur Bildung der Ausnehmung und des zugehörigen Luftspaltes der ring-ähnliche
und/oder toroidale Ferritkern zwei Endflächen auf, die eben sind und
deren Normale senkrecht zum Verlauf des Mittelleiters angeordnet
ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Luftspalt derart groß ist, dass
der Träger
hindurchpasst und trotzdem der ring-ähnliche und/oder toroidale
Ferritkern in geneigter Orientierung vorsehbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von
Abbildungen näher
erläutert:
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In der 1 ist
ein erfindungsgemäßer wesentlicher
Teil der Anordnung schematisch skizziert als Draufsicht.
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Bei der Anordnung zur berührungslosen Übertragung
elektrischer Leistung ist ein gegenüber dem Linienleiterprofil
und dem Linienleiter bewegbarer Teil mit Ferritkern vorgesehen,
wobei der Ferritkern in 1 skizziert
ist. Der Ferritkern ist mit 45° geneigt
gegenüber
der Richtung des Linienleiters. Dies bedeutet, dass die Normalenrichtung
der durch den ring-ähnlichen
und/oder toroidalen Ferritkern, insbesondere C-förmigen Kern, aufgespannten
Ebene, die parallel zu den gerade verlaufenden Begrenzungslinien
des Kern in der Zeichnung 1 orientiert
ist, einen Winkel von 45° zum
Linienleiter hin aufweist. Die durch den ring-ähnlichen und/oder toroidalen
Ferritkern aufgespannte Ebene ist also die Ebene, in der der Schwerpunkt
des Ferritkerns liegt und in der Ferritkern liegen würde, wenn
es sehr dünn ausgeführt wäre. Somit
verläuft
die Normalenrichtung der aufgespannten Ebene in Axialrichtung des Torus.
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Zum Boden des Linienleiterprofils,
also Außenleiters,
hin weist der in Art eines Torus ausgeführte Ferritkern eine Ausnehmung
auf, die genügend Raum
für Träger des
Linienleiters zur Verfügung stellt,
wobei zusätzlich
noch Toleranz vorgesehen ist, um Abweichungen von der Idealbewegung
aufzufangen. Somit müssen
die magnetischen Feldlinien, die im Ferritkern verlaufen, einen
Luftspalt überwinden. Dieser
Luftspalt ist also durch zwei bananenförmig ausgeformte Endflächen des
Ferritkerns begrenzt, wobei die Projektion dieser Endflächen in
Linienleiterrichtung, also Mittelleiterrichtung eindimensional ist
und einen Geradenabschnitt darstellt. Die Richtung dieser eindimensionalen
Geraden verläuft
senkrecht zur Richtung des Linienleiter, insbesondere parallel zur
Richtung des Trägers.
Die Normalenrichtung der Endflächen
ist senkrecht zur Richtung des Linienleiters, insbesondere senkrecht
zur Richtung des Trägers
orientiert. Des Weiteren ist die Richtung des Linienleiters parallel
zu der durch den Torus aufgespannten Ebene orientiert. Es gibt also
keinen Schnittpunkt des Linienleiters mit diesen Endflächen-Ebenen.
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Unter Richtung des Linienleiters
ist bei einem nicht gerade verlaufenden Linienleiter die Tangentialrichtung
an den Linienleiter im ungefähren
Bereich des Schwerpunktes oder Symmetriepunktes des Ferritkerns
zu verstehen.
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Unter Richtung des Trägers t ist
in dieser Schrift stets die auf der Linienleiterrichtung senkrecht stehende
Richtung zu verstehen, welche in Richtung der Begrenzungslinien
des Trägers
in 2 orientiert ist,
also vom Linienleiter zur oberen Öffnung des Außenleiters 3 hinausgeht.
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Außerdem weist die Richtung des
Linienleiters im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 1 einen 45° Winkel zur
Normalenrichtung der durch den C-förmigen Kern aufgespannten Ebene
auf. Insbesondere ist die Richtung des Linienleiters senkrecht zur
Richtung des Trägers.
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In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Ferritkern in einer anderen Richtung verdreht angebracht.
Dabei ist jedoch stets zwischen Normalenrichtung der vom Ferritkern
aufgespannten Ebene, also Achsrichtung des Torus, zur Richtung des
Linienleiters ein nichtverschwindender Winkel vorgesehen. Denn auf
diese Weise lässt
sich der Platzbedarf des Ferritkerns senkrecht zur Linienleiterrichtung
und senkrecht zur Richtung des Trägers vermindern. Bei räumlich weiter
verkippter Orientierung des Ferritkerns lässt sich alternativ sogar der
Platzbedarf des Ferritkerns senkrecht zur Linienleiterrichtung und
in Richtung des Trägers
vermindern, wobei allerdings dann das Linienleiterprofil, also der
Außenleiter,
verbreitert werden muss.
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Im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach 2 ist der Linienleiter als
dickerer Mittelleiter 1 ausgeführt. Das Linienleiterprofil
ist als metallischer Außenleiter 3 ausgebildet,
das mit einem Träger 4 zum
Fixieren des Mittelleiters 1 ausgebildet ist. Dabei ist
der Außenleiter
mit einem U-förmigen
Querschnitt ausgestaltet, dessen Schenkel ungefähr so lang sind wie der größte Durchmesser
des torusförmigen
Ferritkerns 2. Auf diese Weise wird eine gute Abschirmung
von elektromagnetischer mittelfrequenter Strahlung erreichbar, insbesondere
mittels Wirbelstrombildung. Der Außenleiter 3 ist aus
Metall, insbesondere Aluminium gefertigt.
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Der Ferritkern 2 ist wiederum
als kreisförmiger
Torus ausgebildet, der relativ zur Richtung des Mittelleiters 1 einen
Winkel von 45° aufweist
und senkrecht auf der Richtung des Trägers steht. Der durch die Endflächen gebildete
Luftspalt ist derart breit ausgeführt, dass der Träger in diesem
Bereich hindurchpasst und ein gewisser Toleranzbereich zusätzlich vorhanden
ist.
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In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
sind anstatt des Torus auch andere toroidale Körper verwendbar, die eine ähnliche
Ausformung haben. Beispielsweise ist auch ein Ferritkern verwendbar,
der aus zwei U-förmigen
Kernhälften
zusammengesetzt ist und wiederum einen entsprechenden bananenförmigen Schlitz
für den Luftspalt
aufweist. Ebenso ist auch ein Ferritkern verwendbar, der aus einer
U-förmigen
Kernhälfte
und aus einer I-förmigen Kernhälfte zusammengesetzt
ist und wiederum den Schlitz aufweist. Beim Torus weist der Ferritkern
einen kreisförmigen
Querschnitt auf. Darüber
hinaus sind auch Ferritkerne verwendbar, die einen kreisförmigen,
vieleckförmigen,
rechteckförmigen
oder dreieckförmigen
Querschnitt aufweisen.
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In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Träger
in Richtung des Mittelleiters 1 in Abständen angeordnet. Auf diese
Weise ist Material einsparbar.
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In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
ist der Mittelleiter auch aus Litze ausführbar, insbesondere HF-Litze.
Somit werden Skineffekte und Verluste vermindert.
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Der Träger 4 ist aus Kunststoff
oder einem anderen elektrisch isolierenden Material ausgeführt.
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In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
weist der Träger
im Bereich des Luftspaltes magnetisierbares Material auf, wie Ferrit oder
dergleichen.
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Vorteiligerweise arbeitet das erfindungsgemäße System
zur berührungslosen
Energieübertragung,
umfassend die erfindungsgemäße Anordnung nach
den in der
DE 44 46
779 C2 ,
DE
100 53 373 A1 und/oder
DE 197 35 624 C1 angegebenen elektronischen
und elektrischen Merkmalen und ist entsprechend ausgeführt. Im
Unterschied zu diesen Schriften ist jedoch die Leistungsübertragung,
insbesondere der Übertragerkopf,
mit besonders geringem Bauvolumen ausgeführt.
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- 1
- Mittelleiter
- 2
- Ferritkern
- 3
- Außenleiter
- 4
- Träger
- t
- Richtung
des Trägers