DE4429656C1 - Device for contactless transfer of electrical power to a moving objects such as cranes, lifts and traffic systems. - Google Patents

Device for contactless transfer of electrical power to a moving objects such as cranes, lifts and traffic systems.

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Juergen Prof Dr Ing Meins
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Juergen Prof Dr Ing Meins
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    • H01F38/14—Inductive couplings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/005—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles without mechanical contact between the collector and the power supply line

Abstract

A means of transmitting electrical energy between a fixed supply and a moving object uses an inductive transmission path in which the fixed conductor loop handles power at 10-100 kHz. The conductor is formed as a loop with sections (1,2,3) in which one is active (1) and the others inactive (2,3). In the active one the current flows in specific directions (1ab and 1cd). The active loop interacts with and causes current to flow in the movable conductor loop (37). This contains a capacitor (38,40) and a resistor (39). Groups of switches are built into each loop (28,29,30) and are activated as inactive loops are brought into operation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.The invention relates to a device specified in the preamble of claim 1 Genus.
Berührungsfreie, induktive Energieübertragungseinrichtungen weisen gegenüber Strom­ schienen und Schleifkontakten Vorteile hinsichtlich Verschleißfreiheit, Wartungsfreiheit und Verfügbarkeit auf. Außerdem ergeben sich Vorteile dadurch, daß eine Lichtbogenbil­ dung ausgeschlossen ist, ein mechanischer Abrieb von Bürsten- und Schienenmaterial vermieden wird und keine mechanischen Geräusche entstehen. Einrichtungen dieser Art werden benötigt, um z. B. elektrische Energie auf einen bewegten Gegenstand zu über­ tragen. Dies ist z. B. bei Fahrstühlen, Krananlagen und Verkehrssystemen der Fall. Ein anderer wichtiger Einsatzbereich ist in explosionsgefährdeter Umgebung sowie hinsichtlich etwaiger direkter Berührung der spannungsführenden Anlagenteile durch Personen zu sehen.Non-contact, inductive energy transmission devices point towards electricity rails and sliding contacts Advantages in terms of freedom from wear, freedom from maintenance and availability. In addition, there are advantages in that an arcing a mechanical abrasion of brush and rail material is excluded is avoided and there are no mechanical noises. Facilities of this kind are needed to e.g. B. electrical energy to a moving object carry. This is e.g. B. the case of elevators, crane systems and traffic systems. On another important area of application is in potentially explosive environments and with regard to possible direct contact of live parts of the system by people see.
Bei bekannten Einrichtungen dieser Art (DE 39 21 786 C2, GB 21 00 069 A) ist die ortsfeste Leiterschleife durchgehend über die gesamte Länge des Bewegungswegs des Gegenstands erstreckt. Eine Folge davon ist, daß sich die Einrichtung mit zunehmender Länge des Bewegungswegs durch einen immer größer werdenden Blindleistungsbedarf auszeichnet. Dadurch wird die Baugröße der speisenden 1-Phasen-Wechselspannungsquelle groß. Zugleich verringert sich die Übertragungsgüte, da die unvermeidlichen Verlustwi­ derstände hohe zusätzliche Blindströme führen müssen. Die hohen auftretenden Spannun­ gen vergrößern den notwendigen Isolationsaufwand der elektrischen Einrichtungen. Wegen der großen Quellen-Impedanz ergibt sich eine von der Last abhängige Amplitude der Ausgangsspannung. Einrichtungen dieser Art eignen sich daher nur für Bewegungswege von vergleichsweise geringer Länge.In known devices of this type (DE 39 21 786 C2, GB 21 00 069 A) stationary conductor loop continuously over the entire length of the movement path of the Object extends. One consequence of this is that the facility is increasing Length of the movement path due to an ever increasing reactive power requirement distinguished. This makes the size of the 1-phase AC voltage source big. At the same time, the quality of transmission is reduced because the inevitable losses which must carry high additional reactive currents. The high voltage that occurs gen increase the necessary insulation effort of the electrical devices. Because of The large source impedance results in an amplitude which depends on the load  Output voltage. Facilities of this type are therefore only suitable for movement paths of comparatively short length.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß die Blindwiderstände auch bei großen Längen des Bewe­ gungswegs des Gegenstands klein gehalten und dadurch die mit zu großen Blindwider­ ständen verbundenen Nachteile wesentlich verringert werden können.The invention has for its object the establishment of the aforementioned Form genus so that the reactance even with long lengths of the movement The object's path of travel is kept small, which means that the reactance is too high associated disadvantages can be significantly reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The characterizing features of claim 1 serve to solve this problem.
Die Erfindung bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Durch die Unterteilung der ortsfesten Leiterschleife in Abschnitte, von denen jeweils nur ein Teil aktiv für die Energieüber­ tragung genutzt wird, während die übrigen, nicht aktiven Abschnitte zur Zuführung der Energie an den aktiven Abschnitt eingesetzt werden, ist ein vergleichsweise geringer Aufwand für die Energiezuführung erforderlich. Das Betriebsverhalten wird hierbei besonders günstig beeinflußt, wenn die der Energiezuführung dienenden Abschnitte eine niedrige Übertragungsimpedanz aufweisen. Explosions- und Berührungsschutz werden erreicht, weil eine Lichtbogenbildung sicher ausgeschlossen werden kann und alle spannungsführenden Anlagenteile einfach und vollständig isolierbar sind.The invention has numerous advantages. By dividing the fixed Conductor loop in sections, only a part of which are active for energy transfer is used while the remaining, inactive sections for feeding the Energy used on the active section is a comparatively low one Energy supply effort required. The operating behavior here influenced particularly favorably if the sections serving the energy supply a have low transmission impedance. Protection against explosion and contact achieved because arcing can be safely excluded and all live parts of the system can be easily and completely isolated.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous features of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below in conjunction with the accompanying drawing Exemplary embodiments explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine Einrichtung zur berührungsfreien induktiven Energieübertragung mit nicht aktiven und jeweils einem aktiven Abschnitt sowie die zugehörigen Speise- und Schalt­ einrichtungen; Figure 1 shows a device for non-contact inductive energy transmission with inactive and one active section and the associated feed and switching devices.
Fig. 2 die Stromführung in den Einzelleitern einer aktiven Leiterschleife mit zwei Einzelleitern; Figure 2 shows the flow guide in the individual conductors of an active conductor loop with two single conductors.
Fig. 3 die Stromführung in den Einzelleitern einer nicht aktiven Leiterschleife mit zwei Einzelleitern; Figure 3 shows the flow guide in the individual conductors of a non-active conductor loop with two single conductors.
Fig. 4 die Stromführung in den Einzelleitern einer aktiven Leiterschleife mit sechs Einzelleitern; Figure 4 illustrates the current conduction in the individual conductors of an active conductor loop with six individual conductors.
Fig. 5 die Stromführung in den Einzelleitern einer nicht aktiven Leiterschleife mit sechs Einzelleitern; Figure 5 shows the flow guide in the individual conductors of a non-active conductor loop with six individual conductors.
Fig. 6 und 6a die Kompensation der Teilspannung eines Einzelleiters, hervorgerufen durch dessen Längsreaktanz, mit Hilfe von zwei in Reihenschaltung angeordneten Kondensatoren; Figures 6 and 6a, the compensation of the partial voltage of a single conductor, caused by its longitudinal reactance, by means of two capacitors arranged in series.
Fig. 7 die räumliche Anordnung der Komponenten zur Energieübertragung; und Fig. 7 is the spatial arrangement of the components for energy transmission; and
Fig. 8 und 8a die bei der Energieübertragung wirksamen Streu- und Hauptreaktanzen. Fig. 8 and 8a, the effective in energy transfer scattering and Hauptreaktanzen.
Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung dient zur Übertragung von elektrischer Energie auf einen bewegten Gegenstand, z. B. in Verbindung mit einem Fahrstuhl, einer Kranlage oder einem Verkehrssystem. Bei der zu übertragenden Leistung handelt es sich je nach Auslegung um den Bereich von einigen Watt bis zu einigen hundert Kilowatt. Um die Baugröße und damit das Volumen und das Gewicht der Einrichtung gering zu halten, wird eine ortsfeste Leiterschleife von einer Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 100 kHz gespeist. Die ortsfeste Leiterschleife führt einen Wechselstrom mit einer Frequenz von ebenfalls 10 kHz bis 100 kHz und wird üblicher­ weise aus Kupferlitze gefertigt, um die Verluste durch in den Leitern induzierten Wirbel­ ströme gering zu halten.The device shown in the drawing is used for the transmission of electrical Energy on a moving object, e.g. B. in connection with an elevator, one Crane or a traffic system. The service to be transferred is depending on the design, from a few watts to a few hundred kilowatts. Around to keep the size and thus the volume and weight of the device low, is a stationary conductor loop from an AC voltage with a frequency in Range fed from 10 kHz to 100 kHz. The fixed conductor loop leads you Alternating current with a frequency of 10 kHz to 100 kHz and is becoming more common made of copper braid to reduce the losses caused by eddies induced in the conductors keep currents low.
Der elektrische Anschluß der Leiterschleife erfolgt so, daß die elektrische Blindleistung von in Parallelschaltung zur Leiterschleife angeordneten Kondensatoren geliefert wird. Um bei diesem Verfahren eine von der Belastung unabhängige Ausgangsspannung zu erzielen, ist der Laststrom klein gegenüber dem Schwingkreisstrom zu wählen. Da die Leiter den Schwingkreisstrom führen müssen, resultieren hieraus entsprechende Verluste in den Widerständen der Leiterschleife. Zur Begrenzung dieser Verlustleistung ist die ortsfeste Leiterschleife daher in Abschnitte unterteilt, so daß die insgesamt für einen Abschnitt erforderliche Blindleistung reduziert wird. Die Speisung der einzelnen Abschnitte erfolgt über Schaltereinrichtungen derart, daß sich aktive und nicht aktive Abschnitte ergeben. Die nicht aktiven ortsfesten Abschnitte werden als Speiseleitung für die jeweils ortsfesten aktiven Abschnitte benutzt. Hierbei werden der induktive Blindwiderstand und damit auch die erforderliche Blindleistung dadurch gering gehalten, daß die Verschaltung von Einzelleitern der nicht aktiven ortsfesten Abschnitte gegenüber denen der ortsfesten, jeweils aktiven Abschnitte geändert wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß keine zusätzliche ortsfeste Speiseleitung benötigt wird und die als Speiseleitung dienenden nicht aktiven ortsfesten Leiterschleifen einen niedrigen induktiven Blindwiderstand und einen niedrigen Wirkwiderstand aufweisen. Hierdurch wird die Amplitude der erforderlichen Spannung reduziert und es ergeben sich geringe Verluste.The electrical connection of the conductor loop takes place in such a way that the electrical reactive power is supplied by capacitors arranged in parallel to the conductor loop. Around to achieve an output voltage independent of the load with this method, the load current is to be chosen small compared to the resonant circuit current. Because the ladder Must carry resonant circuit current, this results in corresponding losses in the Resistance of the conductor loop. To limit this power loss is the fixed one  Conductor loop therefore divided into sections so that the total for one section required reactive power is reduced. The individual sections are fed via switch devices such that there are active and inactive sections. The non-active fixed sections are used as feed lines for the fixed ones active sections used. Here, the inductive reactance and thus the required reactive power is kept low by connecting the Individual conductors of the inactive fixed sections compared to those of the fixed, active sections is changed. This has the advantage that none additional stationary feed line is required and those that serve as feed line are not active fixed conductor loops a low inductive reactance and a have low resistance. This will make the amplitude of the required Voltage is reduced and there are low losses.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung zur berührungsfreien Übertragung elektrischer Energie auf einen sich längs einer ausgedehnten Leiterschleife bewegenden Gegenstand. Fig. 1 shows schematically an inventive device for the contactless transfer of electrical energy to a moving along an extended conductor loop object.
Die ortsfeste Leiterschleife ist in Abschnitte 1, 2, 3 und weitere unterteilt. In der Dar­ stellung ist 1 der aktive Abschnitt, der zur Auskopplung der Energie dient, während 2, 3 als nicht aktive Abschnitte der Energiezuführung an den Abschnitt 1 dienen. Der aktive und der nicht aktive Zustand der Abschnitte unterschiedet sich durch die Richtung der Stromführung in den Einzelleitern eines jeden Abschnitts. In den aktiven Abschnitten führen jeweils die Einzelleiter 1a, 1b den Strom in einer Richtung, während jeweils die Einzelleiter 1c, 1d den Strom in der anderen Richtung führen. In dem nicht aktiven Abschnitt 2 führen der Einzelleiter 2a den Strom in der einen Richtung, der Einzelleiter 2b den Strom in entgegengesetzter Richtung, der Einzelleiter 2c wieder den Strom in der einen Richtung und der Einzelleiter 2d wieder den Strom in entgegengesetzter Richtung. Gleiches gilt für den nicht aktiven Abschnitt 3 mit den Einzelleitern 3a, 3b, 3c, 3d. Die Einzelleiter 1a, 1b sind räumlich eng nebeneinander angeordnet. Gleiches gilt für die Einzelleiter 1c, 1d und 2a, 2b und 2c, 2d und 3a, 3b und 3c, 3d. Die Einzelleiterpaare 1a, 1b und 1c, 1d spannen jedoch eine Fläche auf. Gleiches gilt für die Einzelleiterpaare 2a, 2b und 2c, 2d sowie 3a, 3b und 3c, 3d. The stationary conductor loop is divided into sections 1 , 2 , 3 and others. In the illustration, 1 is the active section, which serves to decouple the energy, while 2, 3 serve as inactive sections of the energy supply to section 1 . The active and inactive state of the sections differs by the direction of the current flow in the individual conductors of each section. In the active sections, the individual conductors 1 a, 1 b carry the current in one direction, while the individual conductors 1 c, 1 d carry the current in the other direction. In the non-active section 2 , the individual conductor 2 a carries the current in one direction, the individual conductor 2 b carries the current in the opposite direction, the individual conductor 2 c again the current in one direction and the individual conductor 2 d again the current in the opposite direction . The same applies to the inactive section 3 with the individual conductors 3 a, 3 b, 3 c, 3 d. The individual conductors 1 a, 1 b are spatially closely arranged. The same applies to the individual conductors 1 c, 1 d and 2 a, 2 b and 2 c, 2 d and 3 a, 3 b and 3 c, 3 d. The individual conductor pairs 1 a, 1 b and 1 c, 1 d, however, span a surface. The same applies to the individual conductor pairs 2 a, 2 b and 2 c, 2 d and 3 a, 3 b and 3 c, 3 d.
Die entsprechend dem aktiven und nicht aktiven Zustand jeweils unterschiedliche Stromrichtung wird für den Abschnitt 1 durch die Schaltergruppe 28a, 28b, 28c einge­ stellt. Gleiches gilt für die Abschnitte 2 mit der Schaltergruppe 29a, 29b, 29c und den Abschnitt 3 mit der Schaltergruppe 30a, 30b, 30c. Alle weiteren Schaltabschnitte sind durch die ihnen jeweils zugeordnete Schaltergruppe 42a, 42b, 42c stromlos geschaltet.The respective different current direction according to the active and inactive state is set for section 1 by the switch group 28 a, 28 b, 28 c. The same applies to section 2 with the switch group 29 a, 29 b, 29 c and section 3 with the switch group 30 a, 30 b, 30 c. All other switching sections are de-energized by the switch group 42 a, 42 b, 42 c assigned to them.
Jeder Einzelleiter weist eine Streureaktanz auf, die in Verbindung mit einer Reihen­ schaltung von einem oder mehreren Kondensatoren kompensiert werden kann. Die Streureaktanz des Einzelleiters 2a wird durch die Reihenschaltung der Kondensatoren 12, 18 kompensiert. Entsprechendes gilt für die weiteren Einzelleiter mit den ihnen jeweils zugeordneten Kondensatorpaaren. Die Aufteilung auf zwei Kondensatoren hat hierbei erfindungsgemäß den Vorteil, daß die Amplitude der auftretenden Spannung gegenüber der Kompensation mit nur einem Kondensator verringert wird (Fig. 6 und Fig. 6a).Each individual conductor has a leakage reactance, which can be compensated in connection with a series connection of one or more capacitors. The leakage reactance of the individual conductor 2 a is compensated for by the series connection of the capacitors 12 , 18 . The same applies to the other individual conductors with the capacitor pairs assigned to them. The division into two capacitors in this case according to the invention has the advantage that the amplitude of the voltage occurring over the compensation with only one capacitor is reduced (Fig. 6 and Fig. 6a).
Die Energieauskopplung erfolgt über die bewegliche Leiterschleife 37, welche in Bewe­ gungsrichtung eine geringe Ausdehnung aufweist. Zur Erhöhung der magnetischen Kopplung zwischen der Leiterschleife 37 und der durch Abschnitt 1 gebildeten Leiter­ schleife kann die Leiterschleife 37 auch einen ferromagnetischen Kern 41 aufweisen (Fig. 7).The energy is extracted via the movable conductor loop 37 , which has a small expansion in the direction of movement. To increase the magnetic coupling between the conductor loop 37 and the conductor loop formed by section 1 , the conductor loop 37 can also have a ferromagnetic core 41 ( FIG. 7).
Die Darstellungen Fig. 8 und Fig. 8a zeigen, daß die Streureaktanz 37b der Leiterschleife 37 durch den in Reihenschaltung angeordneten Kondensator 38 kompensiert werden kann. Die Hauptreaktanz 37a der Leiterschleife 37 wird durch den weiteren in Parallelschaltung angeordneten Kondensator 40 kompensiert. Der einer Last äquivalente Widerstand 39 ist in Parallelschaltung zum Kondensator 40 angeordnet. Die von der Leiterschleife 1 zusammen mit der Leiterschleife 37 und dem ferromagnetischen Kern 41 gebildete Hauptreaktanz wird durch den parallel zur Einspeisung angeordneten Kondensator 44 kompensiert und entlastet damit die Spannungsquelle 35 von einem entsprechenden Blindleistungsanteil.The representations of FIGS. 8 and FIG. 8 show that the leakage reactance 37 b of the conductor loop can be compensated by the capacitor arranged in series 38 37. The main reactance 37 a of the conductor loop 37 is compensated for by the further capacitor 40 arranged in parallel. The resistor 39 equivalent to a load is arranged in parallel with the capacitor 40 . The main reactance formed by the conductor loop 1 together with the conductor loop 37 and the ferromagnetic core 41 is compensated for by the capacitor 44 arranged in parallel with the feed and thus relieves the voltage source 35 of a corresponding reactive power component.
Weitere in Fig. 1 dargestellte Kondensatoren 31, 31a sind in Reihenschaltung zu den Abschnitten 1, 2, 3 und weiteren angeordnet und dienen zur Kompensation der Streureak­ tanzen 102, 103, die durch die Fläche der Leiterschleife 1 aufgespannt wird. Die Dimen­ sionierung der Kondensatoren 31, 31a erfolgt so, daß die gesamte Anordnung mit der Resonanzfrequenz durch die Wechselspannungsquelle 35 aus der Speisevorrichtung 36 gespeist wird.Further capacitors 31 , 31 a shown in Fig. 1 are arranged in series with sections 1 , 2 , 3 and others and serve to compensate for the leakage dance 102 , 103 , which is spanned by the surface of the conductor loop 1 . The dimensioning of the capacitors 31 , 31 a takes place in such a way that the entire arrangement is fed with the resonance frequency by the AC voltage source 35 from the feed device 36 .
Die gesamte in Fig. 1 dargestellte Anordnung bildet einen Reihenschwingkreis, dessen Güte durch die Verlustwiderstande der Einzelleiter und durch den der Last äquivalenten Widerstand 39 bestimmt ist. Um eine gewisse Unempfindlichkeit bei der Festlegung der Speisefrequenz der Spannungsquelle 35 in bezug auf mögliche Toleranzen der Leiter­ schleifen und Kondensatoren zu erhalten, wird erfindungsgemäß die Güte dadurch verringert, daß ein Teil der Schwingkreisenergie entweder direkt oder über den Trans­ formator 32 ausgekoppelt wird und nach einer Gleichrichtung durch den Gleichrichter 33 der speisenden Gleichspannungsquelle 34 zugeführt wird. Gegenüber einer Verringerung der Güte durch einen passiven Widerstand entstehen durch diese Maßnahme jedoch keine zusätzlichen Verluste.The entire arrangement shown in FIG. 1 forms a series resonant circuit, the quality of which is determined by the loss resistance of the individual conductors and by the resistor 39 equivalent to the load. In order to obtain a certain insensitivity when determining the supply frequency of the voltage source 35 with regard to possible tolerances of the conductors and grinding capacitors, the quality is reduced according to the invention in that a part of the resonant circuit energy is either coupled out directly or via the transformer 32 and after a Rectification is supplied by the rectifier 33 to the supplying DC voltage source 34 . However, this measure does not result in any additional losses compared to a reduction in the quality by a passive resistor.
Fig. 2 zeigt die aus Abschnitt 1 gebildete Leiterschleife in aktiv geschaltetem Zustand. Die Einzelleiter 1a, 1b werden räumlich betrachtet bei geschlossenem Schalter 28b von einem Strom in gleicher Richtung durchflossen. Für die Einzelleiter 1c, 1d ergibt sich ein Strom in räumlich entgegengesetzter Richtung. Die Kondensatoren 4 bis 11 dienen zur Kom­ pensation der Streureaktanzen der Einzelleiter 1a, 1b. Die insgesamt von Abschnitt 1 aufgespannte Fläche weist eine Felddichte auf, die sich aus den Strömen in den Einzel­ leitern 1a bis 1d ergibt. Fig. 2 shows the circuit loop formed from section 1 in actively switched state. The individual conductors 1 a, 1 b are spatially flowed through by a current in the same direction when switch 28 b is closed. A current in the spatially opposite direction results for the individual conductors 1 c, 1 d. The capacitors 4 to 11 serve to compensate for the leakage reactances of the individual conductors 1 a, 1 b. The total area spanned by section 1 has a field density which results from the currents in the individual conductors 1 a to 1 d.
Fig. 3 zeigt die aus Abschnitt 1 gebildete Leiterschleife in nicht aktiv geschaltetem Zustand. Durch Schließen der Schalter 28a, 28c werden die Einzelleiter 1a, 1c von einem Strom in einer Richtung und die Einzelleiter 1b, 1d von einem Strom in entgegengesetzter Richtung durchflossen. Die Einzelleiter 1a, 1b sind eng miteinander gekoppelt, so daß sich eine geringe Streureaktanz ergibt. Gleiches gilt für die Einzelleiter 1c, 1d. Die insgesamt von Abschnitt 1 aufgespannte Fläche ist daher im wesentlichen frei von einem magneti­ schen Feld. Durch die Parallelschaltung der kompensierten Teilleiter 1a, 1c sowie der Teilleiter 1b, 1d ergibt sich insgesamt eine niedrige Impedanz und damit verbunden eine geringe Teilspannung der nicht aktiv geschalteten Leiterschleife. Fig. 3 shows the circuit loop formed from section 1 not active in the switched state. By closing the switches 28 a, 28 c, the individual conductors 1 a, 1 c are flowed through by a current in one direction and the individual conductors 1 b, 1 d by a current in the opposite direction. The individual conductors 1 a, 1 b are closely coupled to one another, so that there is little scattering reactance. The same applies to the individual conductors 1 c, 1 d. The total area spanned by section 1 is therefore essentially free of a magnetic field. The parallel connection of the compensated partial conductors 1 a, 1 c and the partial conductors 1 b, 1 d results overall in a low impedance and, associated therewith, a low partial voltage of the conductor loop that is not actively switched.
Die Darstellungen Fig. 4 und Fig. 5 zeigen, daß bei einem Schalterkonzept entsprechend Fig. 2 auch die Anzahl der Einzelleiter erhöht werden kann. Diese Maßnahme ist sinnvoll, um die magnetische Kopplung zwischen der Leiterschleife 1 und der Auskoppelschleife 37 zu erhöhen. Durch Schließen des Schalters 28b werden alle Einzelleiter 1a bis 1m in einer Weise von Strom durchflossen, daß sich in der insgesamt aufgespannten Fläche die größtmögliche Flußdichte ergibt.The representations of FIGS. 4 and Fig. 5 show that when a switch concept according to FIG. 2, the number of individual conductors can be increased. This measure is useful in order to increase the magnetic coupling between the conductor loop 1 and the coupling loop 37 . By closing the switch 28 b, all individual conductors 1 a to 1 m are traversed by current in such a way that the greatest possible flux density results in the total area spanned.
Fig. 5 zeigt, daß sich durch Schließen der Schalter 28a, 28c die Stromrichtung in den Einzelleitern teilweise umkehren läßt und damit den Zustand eines nicht aktiven Ab­ schnittes kennzeichnet. Fig. 5 shows that can be partially reversed by closing the switch 28 a, 28 c, the current direction in the individual conductors and thus indicates the state of a non-active section.
Fig. 6 zeigt die Kompensation der Streureaktanz am Beispiel des Teilleiters 1a der Leiterschleife 1. Der Teilleiter 1a sowie die Kondensatoren 4, 10 werden von dem Strom I durchflossen. Fig. 6 shows compensation of the leakage reactance of the example of the conductor part 1 a of the conductor loop 1. The partial conductor 1 a and the capacitors 4 , 10 are traversed by the current I.
Erfolgt die Dimensionierung der Kondensatoren 4, 10 so, daß die Reaktanz, welche sich aus der Reihenschaltung beider Kondensatoren 4, 10 ergibt, der Gesamtreaktanz des Teilleiters 1a entspricht, so ergibt sich das in Fig. 6a dargestellte Zeigerdiagramm der Spannungen. Bezogen auf den Koordinatenursprung ergibt sich die Hälfte der an dem Teilleiter 1a anliegenden Spannung.If the capacitors 4, 10 are dimensioned such that the reactance, which results from the series connection of the two capacitors 4 , 10 , corresponds to the total reactance of the partial conductor 1 a, the vector diagram of the voltages shown in FIG. 6 a results. Based on the origin of the coordinates, half of the voltage present on the partial conductor 1 a results.
Fig. 7 zeigt die vorteilhafte Ausbildung und räumliche Anordnung der ortsfesten Leiter­ schleife 1, welche aus den Einzelleitern 1a, 1b, 1c, 1d besteht. Die Energieauskopplung erfolgt über die sich längs der Leiterschleife 1 bewegende Leiterschleife 37, welche ebenfalls aus mehreren einzelnen Windungen besteht. Zur Erhöhung der magnetischen Kopplung zwischen der Leiterschleife 1 und der Leiterschleife 37 dient ein ferromagneti­ scher Kern 41. Der Kern weist die Form eines E auf, die nach unten weisenden Öff­ nungen gestatten die Anordnung von Halterungen 43, 43a für die Teilleiter der Leiter­ schleife 1. Fig. 7 shows the advantageous design and spatial arrangement of the fixed conductor loop 1 , which consists of the individual conductors 1 a, 1 b, 1 c, 1 d. The energy is extracted via the conductor loop 37 moving along the conductor loop 1 , which likewise consists of several individual turns. A ferromagnetic core 41 serves to increase the magnetic coupling between the conductor loop 1 and the conductor loop 37 . The core has the shape of an E, the downward opening openings allow the arrangement of brackets 43 , 43 a for the partial conductor of the conductor loop. 1

Claims (9)

1. Einrichtung zur berührungsfreien Übertragung elektrischer Energie auf einen Gegen­ stand, der sich längs einer ortsfesten, räumlich ausgedehnten Leiterschleife bewegt, die von zwei zur Führung von Strömen in der einen oder entgegengesetzten Richtung bestimmten Leitern aufgespannt und von einer Wechselspannungsquelle (35) gespeist ist, und der zur Energieauskopplung eine längs der ortsfesten Leiterschleife mitbewegte weitere Leiterschleife (37) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Leiter­ schleife in Bewegungsrichtung des Gegenstands in aufeinander folgende, in Reihen­ schaltung betriebene Abschnitte (1, 2, 3) unterteilt ist, daß jeder Leiter aus wenigstens einem Paar von räumlich eng zueinander angeordneten Einzelleitern (1a,b; 1c,d; 2a,b; 2c,d; 3a,b; 3c,d) gebildet ist, und daß den Abschnitten (1, 2, 3) der orts­ festen Leiterschleife Schalteranordnungen (28a,b,c; 29a,b,c; 30a,b,c) derart zugeordnet sind, daß die Einzelleiter jedes Paars - abhängig von der Lage der mit dem Gegenstand mitbewegten Leiterschleife (37) - in einem aktiven Zustand paarweise in gleicher Richtung oder in einem inaktiven Zustand paarweise in entgegengesetzter Richtung von Strom durchflossen werden.1.Device for the contact-free transmission of electrical energy to an object which moves along a stationary, spatially extended conductor loop which is spanned by two conductors intended for carrying currents in one or the opposite direction and is fed by an AC voltage source ( 35 ), and which for energy decoupling has a further conductor loop ( 37 ) which is also moved along the stationary conductor loop, characterized in that the stationary conductor loop is divided in the direction of movement of the object into successive sections ( 1, 2, 3 ) operated in series, that each Conductor is formed from at least one pair of spatially closely arranged individual conductors ( 1 a, b; 1 c, d; 2 a, b; 2 c, d; 3 a, b; 3 c, d), and that the sections ( 1 , 2 , 3 ) of the fixed conductor loop switch arrangements ( 28 a, b, c; 29 a, b, c; 30 a, b, c) are assigned such that the individual conductors of each pair - Depending on the position of the conductor loop ( 37 ) moving with the object - current flows through in pairs in the same direction in an active state or in pairs in the opposite direction in an inactive state.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung zur Wechselspannungsquelle (35) und zu den Abschnitten (1, 2, 3) eine Leitspannung direkt oder über einen Transformator (32) ausgekoppelt und über einen Gleichrichter (33) einer Gleichspannungsquelle (34) zugeführt wird, die die Wechselspannungsquelle (35) speist.2. Device according to claim 1, characterized in that in series connection to the AC voltage source ( 35 ) and to the sections ( 1 , 2 , 3 ) a control voltage is coupled out directly or via a transformer ( 32 ) and via a rectifier ( 33 ) of a DC voltage source ( 34 ) is fed, which feeds the AC voltage source ( 35 ).
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter (1a,b; 1c,d; 2a,b; 2c,d; 3a,b; 3c,d) mit wenigstens zwei gleich großen und so dimensionierten Kondensatoren (4 bis 27) in Reihe geschaltet sind, daß ihre Gesamtreaktanz der Reaktanz der Einzelleiter (1a,b; 1c,d; 2a,b; 2c,d; 3a,b; 3c,d) im nicht aktiven Zustand entspricht.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the individual conductors ( 1 a, b; 1 c, d; 2 a, b; 2 c, d; 3 a, b; 3 c, d) with at least two are the same large and dimensioned capacitors ( 4 to 27 ) are connected in series so that their total reactance corresponds to the reactance of the individual conductors ( 1 a, b; 1 c, d; 2 a, b; 2 c, d; 3 a, b; 3 c , d) corresponds to the non-active state.
4. Einrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung zwischen der Wechselspannungsquelle (35) und der Reihenschaltung der Abschnitte (1, 2, 3) gleich große und so dimensionierte Kondensatoren (31, 31a) angeordnet sind, daß ihre Gesamtreaktanz dem Zuwachs der Gesamtreaktanz der Abschnitte (1 bis 3) durch die Streureaktanz des jeweils aktiven Abschnitts (1) entspricht. 4. Device according to one of the above claims, characterized in that in series connection between the AC voltage source ( 35 ) and the series connection of the sections ( 1 , 2 , 3 ) capacitors ( 31 , 31 a) of the same size and size are arranged such that their Total reactance corresponds to the increase in the total reactance of the sections ( 1 to 3 ) due to the scattering reactance of the respectively active section ( 1 ).
5. Einrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihenschaltung zur beweglichen Leiterschleife (37) mindestens ein Kondensator (38) angeordnet ist, dessen Reaktanz der Streureaktanz der beweglichen Leiterschleife (37) entspricht.5. Device according to one of the above claims, characterized in that at least one capacitor ( 38 ) is arranged in series connection to the movable conductor loop ( 37 ), the reactance of which corresponds to the leakage reactance of the movable conductor loop ( 37 ).
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den zwischen die Wechselspannungsquelle (35) und die Abschnitte (1 bis 3) geschalteten Kondensatoren (31, 31a) ein Kondensator (44) angeordnet ist, dessen Reaktanz der Hauptreaktanz des jeweils aktiven Abschnitts (1) entspricht.6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that a capacitor ( 44 ) is arranged in parallel with the capacitors ( 31 , 31 a) connected between the AC voltage source ( 35 ) and the sections ( 1 to 3 ), the reactance of the main reactance of the respectively active section ( 1 ).
7. Einrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer in die bewegliche Leiterschleife (37) geschalteten Last (39) ein Kondensator (40) angeordnet ist, dessen Reaktanz der Hauptreaktanz der beweglichen Leiterschleife (37) entspricht.7. Device according to one of the above claims, characterized in that a capacitor ( 40 ) is arranged parallel to a load ( 39 ) connected to the movable conductor loop ( 37 ), the reactance of which corresponds to the main reactance of the movable conductor loop ( 37 ).
8. Einrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Leiterschleife und die bewegliche Leiterschleife (37) so angeordnet und ausgebil­ det sind, daß die bewegliche Leiterschleife (37) mit einem die magnetische Kopplung vergrößernden magnetischen Kern (41) betreibbar ist.8. Device according to one of the above claims, characterized in that the stationary conductor loop and the movable conductor loop ( 37 ) are arranged and ausgebil det that the movable conductor loop ( 37 ) with a magnetic coupling increasing magnetic core ( 41 ) can be operated .
9. Einrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schalteranordnungen (42a, 42b, 42c) vorgesehen sind, mittels derer in Abhängigkeit von der Lage der mit dem Gegenstand mitbewegten Leiterschleife (37) ausgewählte Abschnitte der ortsfesten Leiterschleife stromlos geschaltet sind.9. Device according to one of the above claims, characterized in that further switch arrangements ( 42 a, 42 b, 42 c) are provided, by means of which, depending on the position of the conductor loop moving with the object ( 37 ), selected sections of the stationary conductor loop are de-energized are switched.
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