DE69710184T2

DE69710184T2 - Elektrische vorrichtung mit elektromagnetischer induktion

Info

Publication number: DE69710184T2
Application number: DE69710184T
Authority: DE
Inventors: Pierre Cibie
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: FR2747519A1; DE69710184D1; US6046580A; EP0894357A1; EP0894357B1; FR2747519B1; JP2000508511A; WO1997039510A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in allgemeiner Weise eine elektrische Installation, die gleichzeitig die Beleuchtung und das Funktionieren beliebiger elektrischer Apparate, beispielsweise eines Rechners, eines Fernsehers usw. ermöglicht. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung eine elektrische Einrichtung oder Installation, die wenigstens ein elektrisches Gerät aufweist, das durch ein induziertes magnetisches Feld mit Energie versorgt wird und für das keine Verbindung durch elektrische Drähte mit Netzanschluß erforderlich ist.
Herkömmlicherweise erfordert die Beleuchtung von Wohnungen oder Räumlichkeiten sowie das Funktionieren der diversen elektrischen Anschlußstellen die Verwendung von elektrischen Verbindungsdrähten zu Steckdosen des Stromnetzes. Die Tatsache, daß elektrische Drähte verwendet werden müssen, ist eine Einschränkung, die die Benutzer behindert. In der Tat sind die Steckdosen selten am optimalen Ort in ausreichender Zahl vorhanden und dann, wenn eine Installation mit Hilfe von Verlängerungen einmal realisiert wird, ist der Benutzer wenig geneigt, diese zu verändern, obwohl dies in erheblichem Maße wünschenswert wäre, um beispielsweise zu vermeiden, daß eine Mehrzahl von Drähten oder Kabeln sich durch ein Zimmer erstreckt. Bei der Einrichtung von Büros sollte die größte Flexibilität hinsichtlich der Positionierung der diversen elektrischen Arbeitsgeräte möglich sein, beispielsweise eines Rechners, eines Telefaxgerätes, eines Fotokopierers usw. Bei der Konzeption einer solchen Umgebung wird häufig von Versuchen Gebrauch gemacht, und es ist eine Mehrzahl von Versuchen erforderlich, bis man zu einer zufriedenstellenden Konfiguration gelangt. Diese Versuche würden erheblich erleichtert, wenn die Verbindungen durch elektrische Drähte oder Kabel nicht erforderlich wären.
Durch das Patent FR-B-2 717 614 ist eine Beleuchtungsinstallation bekannt, bei der die Beleuchtungsvorrichtungen mit Lampen nicht über elektrische Kabel mit dem Netz zur Verteilung elektrischer Energie oder einer beliebigen Speisequelle verbunden sind.
Auf diese Weise weist eine Einrichtung zur Beleuchtung eines Raumes mittels einer Mehrzahl von Beleuchtungsvorrichtungen, die eine Lampe aufweisen, Beleuchtungsvorrichtungen mit einer Lampe auf, die keine elektrische Verbindungsleitung aufweisen und an beliebigen Stellen in dem Raum angeordnet sind und die Mittel zum Induzieren eines magnetischen Feldes in dem genannten Raum sowie eine Mehrzahl von Mitteln aufweisen, die jeweils mit den genannten Beleuchtungsvorrichtungen mit Lampe verbunden sind, um jeweils das genannte magnetische Feld zu empfangen und lokal im Bereich jeder dieser Beleuchtungsvorrichtungen mit Lampe eine elektrische Speiseenergie zu erzeugen. Auf diese Weise weisen die genannten Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Feldes wenigstens eine elektrisch leitende Windung auf, die an einen Umfang des genannten Raumes angeordnet und von einem Wechselstrom durchflossen ist, während jedes der angeschlossenen Mittel eine Spule aufweist, die aus einer Mehrzahl von Windungen zusammengesetzt ist, zwischen deren Anschlüssen eine Wechselspannung induziert wird, die zur Speisung der angeschlossenen Beleuchtungsvorrichtung mit elektrischer Energie dient.
Im Falle einer Speisung von anderen elektrischen Geräten als Beleuchtungsvorrichtungen erweist sich diese Einrichtung als nicht zufriedenstellend, um alle Bedürfnisse hinsichtlich des elektrischen Stromes abzudecken.
In der Tat ist es zum Erzielen einer ausreichenden Energieversorgung ratsam, eine erhebliche Zahl von Windungen vorzusehen und eine Frequenz zu verwenden, die hoch genug ist. Daraus folgt, daß die Impedanz entsprechend hoch ist und bei einer vorgegebenen elektromotorischen Kraft die erzeugte Intensität gering und außer Phase sein wird.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, schlägt die Erfindung eine Einrichtung vor, die die Speisung sämtlicher elektrischer Anschlußstellen ermöglicht, die in einem Raum oder Bereich, beispielsweise einem Büro, vorgesehen sind, ohne daß eine Drahtverbindung erforderlich ist.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung eine Einrichtung zum Speisen sämtlicher elektrischer Anschlußstellen eines Raumes oder Bereiches mit elektrischer Energie, wobei die genannten elektrischen Anschlußstellen keine elektrischen Verbindungsdrähte aufweisen und an beliebigen Stellen in dem Raum oder Bereich angeordnet sind, mit Mitteln zum Induzieren eines magnetischen Feldes in dem genannten Raum oder Bereich und mit einer Mehrzahl von mit den Anschlußstellen verbundenen Mitteln zum Empfangen jeweils des magnetischen Feldes und zum Erzeugen einer elektrischen Speiseenergie, wobei die Mittel zum Induzieren eines magnetischen Feldes wenigstens N Windungen eines elektrischen Leiters aufweisen, die an einem Umfang des Raumes angeordnet und mit einem Wechselstrom gespeist sind, wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß Kondensatoren in Reihe in den Windungen angeordnet sind.
Gemäß einem anderen Merkmal ist die Kapazität der Kondensatoren so gewählt, daß die Impedanz nur noch von dem Widerstand abhängt, derart, daß die verfügbare Intensität nur noch von der elektromotorischen Kraft abhängt.
Vorteilhafterweise kann der Widerstand durch Variieren des Querschnittes der Leiter variiert werden.
Man stellt fest, daß das Nutzfeld nur von dem Produkt NI abhängt. Das Produkt NI ermöglicht es, den für den Raum erforderlichen Querschnitt der Kabel sowie das Gewicht des Kupfers, das für die Einrichtung erforderlich ist, zu bestimmen.
Ausgehend von den Basiskoordinaten, nämlich der Intensität des magnetischen Feldes und dem Gewicht des Kupfers, können die von dem Oszillator gelieferte Spannung und Leistung in Abhängigkeit von einer wirtschaftlichen Optimierung gewählt werden.
Gemäß einem zusätzlichen Merkmal weist jedes der mit der elektrischen Anschlußstelle oder dem Generator verbundenen Mittel eine Spule auf, die aus einer Mehrzahl von Windungen besteht, zwischen deren Anschlußklemmen eine elektrische Wechselspannung induziert ist, die zur Speisung der zugeordneten Anschlußstelle mit elektrischer Energie dient, wobei ein Abstimmkondensator mit der Spule verbunden ist. Der Kondensator erlaubt vorteilhafterweise eine Abstimmung der Frequenz der elektrischen Anschlußstelle im Verhältnis zu der Frequenz der Schaltung.
Vorzugsweise weist jedes der genannten verbundenen Mittel einen magnetischen Weicheisenkern auf oder ist durch Eisendraht gebildet, um den herum die genannte Spule angeordnet ist, wobei ein Abstimmkondensator mit der genannten Spule verbunden ist.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der detaillierten Beschreibung der Zeichnung deutlich werden, deren einzige Figur einen Sekundärkreis oder Generator gemäß der Erfindung darstellt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Speisung mit Energie durch Induktion weist im wesentlichen eine Speisung mit einphasigem Wechselstrom, einen primären Induktionskreis und eine Mehrzahl von elektrischen Anschlußstellen auf.
Der primäre Induktionskreis weist N Windungen eines elektrischen Leiters auf, der eine Primärseite einer elektromagnetischen Induktion bildet. Die Windungen sind in Reihe geschaltet, derart, daß der durch die Speisung gelieferte Strom die N Windungen nacheinander durchfließt, bevor er zu der Speisung zurückkehrt.
Diese Windungen sind am Umfang eines Raumes, beispielsweise eines Büros, angeordnet und begrenzen den Raum oder Bereich, in dem die elektrischen Anschlußstellen funktionieren.
Jede elektrische Anschlußstelle weist einen Generator 1 oder einen Sekundärkreis mit einem Kern und ein elektrisches Gerät auf.
In herkömmlicher Art und Weise weist der Generator 1 im wesentlichen eine Sekundärwicklung 2 auf, die um einen Kern 3 herum angeordnet ist. Die Sekundärwicklung 2 weist eine Mehrzahl von Windungen aus Kupferdraht auf, vorzugsweise 500 Windungen. Der Kern 3 ist vorzugsweise aus geschichtetem weichmagnetischen Eisen gebildet. Ein Abstimmkondensator C ist mit der Spule in Reihe verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat der Kern 3 die Form einer Stange 4, deren eines Ende 5 im wesentlichen konisch erweitert ist. Auf diese Weise ermöglicht es die Fläche der Basis, die zwischen den Punkten A und B des sich konisch erweiternden Teiles 5 gebildet ist, die Leistung, die durch den Sekundärkreis oder Generator 1 abgegeben wird, einzustellen, während die Höhe MN, die der Höhe der Stange 4 zwischen der Basis des sich konisch erweiternden Teiles und ihrem Ende entspricht, ausreichend gewählt ist, damit die negative Wirkung des magnetischen Poles, der sich an dem Ende N der Stange 4 bildet, keine negative Wirkung hat.
Auf diese Weise weist im Falle der Speisung eines Rechners der Generator eine Fläche von 100 cm · 25 cm bei 150 cm Höhe auf.
Der Generator 1 ist einem magnetischem Feld ausgesetzt, das durch den Primärkreis erzeugt wird, und eine Spannung E einer elektromotorischen Kraft wird an den Anschlußklemmen der Sekundärwicklung induziert. Die Spannung E wird verwendet, um die elektrische Anschlußstelle zu speisen.
Wenigstens ein Kondensator ist in Reihe in dem Kreis angeordnet. Der Wert der Kapazität dieses Kondensators ist wie folgt gewählt:
Aufgrund dessen entspricht die Impedanz der Formel:
Die Impedanz verringert sich auf den Widerstand R, und man erhält eine verfügbare Intensität, die ausschließlich von der elektromotorischen Kraft abhängt.
Auf diese Weise verwendet man für eine Frequenz von 150 Hertz 64 Windungen des Kupferleiters mit einem Querschnitt von 4 cm², wobei für den ausgestatteten Raum der Wert der Kapazität 75 uf entspricht.
Der Sekundärkreis oder Generator kann wie der Primärkreis auf diese Speisefrequenz eingestellt werden, und der Abstimmkondensator C, dessen Kapazität 10 uf beträgt, wird also in Reihe geschaltet.
Das magnetische Feld wird im Bereich des Erdbodens erzeugt und nimmt daran anschließend schnell ab, so daß es in einer Höhe von 50 cm oberhalb des Erdbodens vernachlässigbar ist, was es ermöglicht, die Sicherheitsnormen, beispielsweise diejenigen des IRPA/INIRC, einzuhalten.
Da das magnetische Feld, das erzeugt wird, in einem von den Windungen des Leiters umgebenen Raum nicht vollständig gleichmäßig ist, kann man jeden Generator mit einem elektronischen Spannungsregler von für sich bekannter Art ausstatten, was es ermöglicht, die Spannung zu stabilisieren.
Eine Mehrzahl von Generatoren kann gleichzeitig in Betrieb sein, wobei ein Positionierungsabstand zwischen ihnen in der Größenordnung von weniger als einem Meter eingehalten werden sollte.

Claims

1. Einrichtung zum Speisen sämtlicher elektrischer Anschlußstellen eines Raumes mit elektrischer Energie, wobei die genannten elektrischen Anschlußstellen keine elektrischen Verbindungsdrähte aufweisen und an beliebigen Stellen in dem Raum angeordnet sind, mit Mitteln zum Induzieren eines magnetischen Feldes in dem Raum und mit einer Mehrzahl von mit den Anschlußstellen verbundenen (1) Mitteln zum Empfangen jeweils eines magnetischen Feldes und zum Erzeugen einer elektrischen Speiseenergie, wobei die Mittel zum Induzieren eines magnetischen Feldes wenigstens N Windungen eines elektrischen Leiters aufweisen, die an einem Umfang des Raumes angeordnet und mit einem Wechselstrom gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kondensator in Reihe in den Windungen angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität der Kondensatoren derart gewählt ist, daß die Impedanz nur noch von dem Widerstand abhängt.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der mit der elektrischen Anschlußstelle oder dem Generator verbundenen Mittel eine Sekundärwicklung (2) aufweist, die aus einer Mehrzahl von Windungen besteht, zwischen deren Anschlußklemmen eine elektrische Wechselspannung induziert ist, die zur Speisung der zugeordneten Anschlußstelle mit elektrischer Energie dient, und daß ein Abstimmkondensator (C) in Reihe zu der Spule geschaltet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der genannten verbundenen Mittel (1) einen magnetischen Weicheisenkern (3) aufweist, um den herum die Spule (2) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) die Form einer Stange hat, deren eines Ende konisch erweitert (5) ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines magnetischen Feldes eine Wechselstromspeisung umfassen zum Erzeugen des Wechselstromes in den N Windungen des elektrischen Leiters, die an dem Umfang des genannten Raumes angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom eine Frequenz von 150 Hertz hat, die Anzahl N der Windungen dann gleich 64 und die Kapazität gleich 745 uf ist.