DE20209092U1

DE20209092U1 - Primärleiteranordnung für ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE20209092U1
Application number: DE20209092U
Authority: DE
Original assignee: Wampfler AG
Current assignee: Conductix Wampfler GmbH
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2012-06-13
Also published as: EP1515866A1; WO2003106213A1; CN1659060A; KR20050013572A; AU2003208741A1; JP2005529028A; CA2486558A1; MXPA04012237A

Description

Primärleiteranordnung für ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie

Die Erfindung betrifft eine Primärleiteranordnung für ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Leiteranordnungen zur berührungslosen induktiven Energieübertragung, bei denen ein Primärkreis durch zwei in Abstand zueinander verlaufende, parallele Leitungen gebildet wird, ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 197 46 919 Al bekannt. Längs einer solchen Primärleiteranordnung ist ein beweglicher Verbraucher, beispielsweise ein Bodentransportfahrzeug, verfahrbar, welches einen Sekundärkreis aufweist zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie aus dem von dem stromdurchflossenen Primärkreis erzeugten Magnetfeld.

Die bekannten Primärleiteranordnungen werden von einer entlang einer Strecke verlegten Leiterschleife gebildet, welche an eine Stromquelle angeschlossen ist. Die Leiterschleife umfaßt damit eine Hinleitung und eine Rückleitung, welche parallel und in einem vorgegebenen Abstand zueinander verlaufend verlegt sind. Durch die Stromquelle kann der so gebildete Primärkreis mit Strom beaufschlagt werden, wobei der Stromfluß in der Hinleitung und der Rückleitung in entgegengesetzte Richtung verläuft.

Eine ausreichende Energiedichte des durch den Primärkreis erzeugten Magnetfeldes entlang der Leiteranordnung kann mit herkömmlichen Stromquellen nur bei Leiteranordnungen mit begrenzter Reichweite, d. h. begrenzter Länge der Hin- und Rückleitung, erzielt werden. Insbesondere bei der induktiven Energieversorgung von Bodentransportfahrzeugen ist jedoch eine im Prinzip beliebige Länge der Leiteranordnung erforderlich, um eine entsprechende Reichweite des Bodentransportfahrzeugs zu ermöglichen. Ferner ist wünschenswert, daß entlang des Primärkreises ein möglichst homogener Feldverlauf, d. h. eine möglichst homogene Dichte des vom Primärkreis erzeugten Magnetfeldes, herrscht.

Es besteht daher die Aufgabe eine Primärleiteranordnung für die induktive Übertragung elektrischer Energie auf einen beweglichen Verbraucher bereitzustellen, welche eine möglichst große Reichweite des entlang der Primärleiteranordnung verfahrbaren

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Verbrauchers ermöglicht und zudem entlang der Primärleiteranordnung bei Strombeaufschlagung einen möglichst homogenen Feldverlauf erzeugt.

Diese Aufgabe wird bei einer Primärleiteranordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Leiteranordnung in eine Mehrzahl aneinander anschließende Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt eine Hin- und eine Rückleitung sowie die Hin- und Rückleitung verbindende Verbindungsleitungen aufweist und daß die Abschnitte so zueinander angeordnet sind, daß zwei aufeinanderfolgende Abschnitte sich in einem Bereich nahe ihrer Verbindungsleitung überlappen. Durch die Unterteilung des Primärkreises in mehrere Abschnitte, kann eine ausreichend hohe magnetische Felddichte entlang der gesamten Leiteranordnung erzielt werden, weil jeder Abschnitt separat von einer Stromquelle mit Strom beaufschlagt werden kann. Durch die Überlappung der aneinander anschließenden Abschnitte an ihren Rändern wird eine homogene Feldverteilung in diesem Übergangsbereich gewährleistet. Ein möglichst homogener Übergang des magnetischen Feldverlaufs von einem zu dem benachbarten Abschnitt gewährleistet eine gleichmäßige Energieversorgung des beweglichen Verbrauchers entlang der Strecke des Primärkreises und ist insbesondere auch dann erforderlich, wenn das Magnetfeld des Primärkreises gleichzeitig zur Spurführung des beweglichen Verbrauchers entlang der Strecke verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Figur 1: Schematische Darstellung einer Primärleiteranordnung;

Figur 2: Perspektivische Detailansicht im Überlappungsbereich zweier Abschnitte der Primärleiteranordnung von Figur 1;

Figur 3: Perspektivische Detailansicht im Überlappungsbereich zweier Abschnitte der Primärleiteranordnung von Figur 1 mit zwei Strom-Einspeispunkten nahe des Überlappungsbereichs;

Figur 4: Perspektivische Detailansicht im Überlappungsbereich zweier Abschnitte der Primärleiteranordnung von Figur 1 mit einem Strom-Einspeispunkt nahe des Überlappungsbereichs;

Figur 5: Perspektivische Darstellung einer Kreuzung von zwei Primärleiteranordnungen gemäß Figur 1;

Figur 6: Perspektivische Detaildarstellung einer Hin- und Rückleitung eines Abschnittes der Primärleiteranordnung von Figur 1 mit in der Hin- bzw. Rückleitung zwischengeschalteten Abstimm-Kondensatoren.

In Figur 1 ist schematisch ein von einer erfindungsgemäßen Primärleiteranordnung 1 gebildeter Primärkreis für ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie auf einen entlang der Primärleiteranordnung 1 verfahrbaren Verbraucher gezeigt. Die Primärleiteranordnung 1 ist in eine Mehrzahl aneinander anschließende Abschnitte (A-H) unterteilt. Jeder dieser Abschnitte (A-H) weist eine Hinleitung 2, eine Rückleitung 3 sowie eine die Hin- und Rückleitung verbindende Verbindungsleitung 5 auf. Die Hin- und Rückleitungen der jeweiligen Abschnitte (A - H) sind in Figur 1 jeweils mit den Bezugsziffern 2X, 3X bzw. 5X bezeichnet, wobei X den jeweiligen Leiterabschnitt (A - H) kennzeichnet.

Die Hinleitungen 2 und Rückleitungen 3 sind dabei in jedem Abschnitt A-H parallel zueinander angeordnet und die Verbindungsleitungen 5 bilden den Übergang zwischen Hinleitung 2 und Rückleitung 3. Unter paralleler Anordnung der Hin- und Rückleitung wird hierbei verstanden, dass die Hinleitung und die Rückleitung 3 in gleichbleibendem Abstand zueinander verlaufen. Der Verlauf kann dabei gerade sein, wie in den Abschnitten A, C, E und G, als auch zur Bildung einer Kurve gebogen, wie in den Abschnitten, B, D, F und H. Die die Primärleiteranordung 1 bildenden Kabel sind als Litzleiter ausgebildet. In jedem Abschnitt (A - H) der Primärleiteranordnung 1 ist eine Stromquelle 4 vorgesehen, durch welche die durch Hinleitung 2, Verbindungsleitung 5 und Rückleitung 3 gebildete Leiterschleife des jeweiligen Abschnitts mit Strom beaufschlagt werden kann. In dem in Figur 1 mit Bezugszeichen A bezeichneten Abschnitt ist die Hinleitung 2A über Zufuhrungsleitungen 8A und 9A an eine Stromquelle 4A angeschlossen. Die Zuführungsleitungen 8A, 9A verlaufen in etwa senkrecht zur gestreckten Hinleitung 2A.

Entsprechend sind die weiteren Abschnitte B bis H mit jeweils einer Stromquelle 4B, 4C,...,4H ausgestattet, welche entweder an die Hinleitung 2 oder an die Rückleitung 3 angeschlossen ist.

An jedem Abschnitt der Leiteranordnung schließt sich in Verlängerung der Hinleitung 2 bzw. der Rückleitung 3 zu beiden Seiten des Abschnitts jeweils ein benachbarter Abschnitt an, wie in Figur 1 dargestellt. Beispielsweise schließt sich an den Abschnitt A nach rechts der Abschnitt B und nach links der Abschnitt H an. Aneinander anschließende Abschnitte sind zueinander so angeordnet, daß sie sich in einem Überlappungsbereich 7, nahe der jeweiligen Verbindungsleitungen 5 in der Weise überlappen, daß im Überlappungsbereich 7 die Hinleitung 2X des einen Bereichs unmittelbar oberhalb und eng anliegend zur entsprechenden Hinleitung 2X±1 des benachbarten Abschnitts verläuft. Entsprechendes trifft auf die Rückleitungen 3 benachbarter Abschnitte im Überlappungsbereich 7 zu.

Eine Detailansicht des Überlappungsbereichs 7 von zwei aneinander anschließenden Abschnitten A, B ist in Figur 2 gezeigt. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die Länge des Überlappungsbereichs 7 in Längsrichtung der Hin- bzw. Rückleitung in etwa der Länge der halbkreisförmig gekrümmten Verbindungsleitungen 5A bzw. 5B entspricht. In der Draufsicht erscheint die Leiteranordnung daher im Überlappungsbereich 7 wie eine kreisförmige Wicklung. Der Überlappungsbereich kann auch größer ausgebildet sein, bspw. etwa doppelt so lang wie die Länge der Verbindungsleitungen.

In Figur 3 ist ebenfalls der Überlappungsbereich 7 zweier aneinander anschließender Abschnitte A und B gezeigt, wobei in der Nähe des Überlappungsbereichs 7 Strom-Einspeispunkte zur Beaufschlagung der Hinleitungen 2A und 2B der jeweiligen Abschnitte A und B vorgesehen sind. Diese Strom-Einspeispunkte werden durch Zuführungsleitungen 8B, 9B bzw. 8A, 9A gebildet, welche von der jeweiligen Hinleitung 2B bzw. 2A abzweigen und an die Stromquelle 4 angeschlossen sind. Die Zuführungsleitungen 8B, 9B bzw. 8A, 9A verlaufen größtenteils in etwa senkrecht zur jeweiligen Hinleitung 2B bzw. 2A. Die Zuführungsleitungen 8, 9 sind eng aneinanderliegend in Kunststoffrohren 10 verlegt. Alternativ zum Kunststoffrohr 10 können die Zuführungsleitungen 8 und 9 auch mittels Kabelbinder eng aneinanderliegend befestigt werden. Die bezüglich der Hinleitung 2 senkrechte Ausrichtung der Zuführungsleitungen 8, 9 bewirkt, daß durch diese in Längsrichtung der Hin- bzw. Rückleitung keine unerwünschten magnetischen Störfelder

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erzeugt werden. Der abgewinkelte bzw. gebogene Abschnitt, welcher den Übergang von der Zuführungsleitung 8, 9 in die jeweilige Hinleitung 2 bzw. Rückleitung 3 bildet ist dabei möglichst kurz und in möglichst engem Radius ausgebildet, soweit dies ohne Knicken des Kabels möglich ist. Die beiden Zuführungsleitungen 8, 9 können in einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch so verlegt werden, daß sie im gebogenen Bereich übereinander liegen. Auf diese Weise wird eine möglichst homogene Feldverteilung des von der stromdurchflossenen Leiteranordnung erzeugten Magnetfelds in der Nähe der Strom-Einspeispunkte erzielt.

In Figur 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Strom-Einspeispunkt eines Abschnittes B nahe des Überlappungsbereichs 7 angeordnet ist. Der Einspeispunkt des anschließenden Abschnittes A hingegen ist vom Überlappungsbereich 7 weiter entfernt und daher in der Detailansicht der Figur 4 nicht mehr dargestellt.

In Figur 5 ist eine Kreuzung von zwei Primärleiteranordnungen la und Ib gezeigt. Wie dargestellt, kreuzen sich die Hin- bzw. Rückleitung von zwei Abschnitten Bib und Bi_a der beiden Primärleiteranordnungen la und Ib in einem Kreuzungsbereich 11. Die Überlappungsbereiche 7, an denen sich die jeweils benachbarten Abschnitte Aib bzw. Ai_a der zugehörigen Primärleiteranordnungen la bzw. Ib anschließen, liegen bevorzugt in hinreichendem Abstand zum Kreuzungsbereich 11. Unter hinreichendem Abstand wird hierbei mindestens die elektrisch wirksame Länge der Sekundärwicklung der Abnehmervorrichtung des beweglichen Verbrauchers verstanden.

Um eine Resonanzabstimmung zwischen der Primärleiteranordnung und der die Sekundärwicklung tragenden Abnehmervorrichtung des beweglichen Verbrauchers zu ermöglichen, ist in jedem Abschnitt (A-H) der Primärleiteranordnung mindestens ein durchstimmbarer Kondensator 12 vorgesehen. In Figur 6 ist ein Abschnitt einer Primärleiteranordnung in einer Detailansicht gezeigt. Sowohl in der Hinleitung 2 als auch in der Rückleitung 3 ist jeweils ein durchstimmbarer Kondensator 12 über Abzweigungsleitungen 13, 14; 15, 16 zwischengeschaltet. Die Abzweigungsleitungen 13, 14 der Hinleitung 2 sind dabei bezüglich der Abzweigungsleitungen 15, 16 der Rückleitung 3 längs der Primärleiteranordnung im Abstand zueinander versetzt angeordnet, wobei der Abstand zumindest gleich groß oder größer ist als die elektrisch wirksame Ausdehnung der Abnehmervorrichtung des beweglichen Verbrauchers.

Claims

1. Primärleiteranordnung (1) für ein System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie, wobei die Leiteranordnung eine Hinleitung (2) und eine Rückleitung (3) aufweist, welche zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und an eine Stromquelle (4) anschließbar sind, um die Hin- und die Rückleitung mit elektrischem Strom zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung (1) in eine Mehrzahl aneinander anschließende Abschnitte (A, B, C, D, E, F, G, H) unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt eine Hin- und eine Rückleitung (2; 3) sowie die Hin- und Rückleitung verbindende Verbindungsleitungen (5) aufweist und daß die Abschnitte so zueinander angeordnet sind, daß zwei aufeinanderfolgende Abschnitte sich in einem Bereich (7) nahe ihrer Verbindungsleitung (5) überlappen.

2. Primärleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge L des Überlappungsbereichs (7) in etwa der Länge der Verbindungsleitungen (5) entspricht.

3. Primärleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Überlappungsbereich (7) die Hin- und Rückleitung (2, 3) eines Abschnitts über der Hin- und Rückleitung des benachbarten Abschnitts liegt.

4. Primärleiteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (6) der Hin- oder Rückleitung jedes Abschnitts mit einem Paar von Zuführungsleitungen (8, 9) verbunden sind, welche die Hin- oder Rückleitung mit einer Stromquelle (4) verbinden, wobei die Zuführungsleitungen (8, 9) in etwa senkrecht zur Hin- bzw. Rückleitung (2, 3) verlaufen.

5. Primärleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, zu einem Paar korrespondierenden Zuführungsleitungen (8, 9) eines Abschnitts jeweils einen geraden und einen daran anschließenden gekrümmten Bereich aufweisen, wobei die geraden Bereiche parallel zueinander und eng nebeneinander liegend verlaufen und die gekrümmten Bereiche der beiden Zuführungsleitungen sich übereinanderliegend kreuzen.

6. System zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit einer Primärleiteranordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche zur Übertragung elektrischer Energie auf einen entlang der Primärleiteranordnung (1) beweglichen Verbraucher, wobei der Verbraucher eine Abnehmervorrichtung aufweist zur induktiven Aufnahme elektrischer Energie von dem von der Primärleiteranordnung (1) erzeugten Magnetfeld.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abschnitt (A, B, C, D, E, F, G, H) der Primärleiteranordnung (1) von einer separaten Stromquelle (4) mit elektrischem Strom versorgt wird.

8. System nach einem der Ansprüche 6 oder 7, gekennzeichnet durch zwei sich kreuzende Primärleiteranordnungen (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Überlappungsbereiche (7) der Abschnitte jeder Leiteranordnung (1a, 1b) außerhalb des Kreuzungsbereichs (11) liegen.

9. System nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Resonanzabstimmung in jedem Abschnitt der Leiteranordnung jeweils in der Hinleitung (2) und der Rückleitung (3) mindestens ein abstimmbarer Kondensator (11, 12) zwischengeschaltet ist, der durch Abzweigungsleitungen (13, 14; 15, 16) mit der Hin- bzw Rückleitung verbunden ist, wobei die Abzweigungsleitungen (13, 14) der Hinleitung und die Abzweigungsleitungen (15, 16) der Rückleitung in einem Abstand A versetzt zueinander angeordnet sind, welcher zumindest gleich groß oder größer ist als die elektrisch wirksame Ausdehnung der Abnehmervorrichtung des Verbrauchers in Längsrichtung zur Primärleiteranordnung.