EP1520332A1 - Vorrichtung zur induktiven übertragung elektrischer energie - Google Patents

Vorrichtung zur induktiven übertragung elektrischer energie

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Publication number
EP1520332A1
EP1520332A1 EP03756984A EP03756984A EP1520332A1 EP 1520332 A1 EP1520332 A1 EP 1520332A1 EP 03756984 A EP03756984 A EP 03756984A EP 03756984 A EP03756984 A EP 03756984A EP 1520332 A1 EP1520332 A1 EP 1520332A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor loop
conductor
rail
switch
consumer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03756984A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrew Green
Keith Thompson
Mathias Wechlin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wampfler AG
Original Assignee
Wampfler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wampfler AG filed Critical Wampfler AG
Publication of EP1520332A1 publication Critical patent/EP1520332A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/30—Power rails
    • B60M1/32—Crossings; Points
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for inductive transmission of electrical energy according to the preamble of claim 1.
  • Such a device is used to transmit electrical energy to at least one mobile consumer without mechanical or electrical contact. It comprises a primary and a secondary part, which are electromagnetically coupled similar to the principle of the transformer.
  • the primary part consists of supply electronics and a conductor loop laid along a route.
  • One or more customers and the associated customer electronics form the secondary side.
  • the transformer in which the primary and secondary parts are coupled as closely as possible, it is a loosely coupled system. This is made possible by a relatively high operating frequency in the kilohertz range. This way, even large air gaps of up to a few centimeters can be bridged.
  • the operating frequency is defined on the secondary side as the resonance frequency of a parallel resonant circuit which is formed by the parallel connection of a capacitor to the pickup coil.
  • movable primary conductor sections In order to achieve an uninterrupted inductive power supply on switches, movable primary conductor sections must be provided there, which can also carry out the movement of the switch. These are usually connected to the primary conductors permanently installed along the adjacent sections of the route by flexible trailing cables.
  • An example of such a switch construction is shown in DE 100 14 954 AI.
  • the object of the invention is to provide a simple and inexpensive way of realizing a variable route in a device for inductive transmission of electrical energy.
  • the invention uses the principle of inductive coupling, which was originally only intended for energy transmission to a mobile consumer, and also for energy transmission between different primary conductors.
  • the sections of two primary conductors intended for coupling are expediently wound around ferromagnetic cores in order to concentrate the magnetic field and to achieve the highest possible coupling factor, i.e. two primary conductors are connected by a transformer, the windings of which are formed by the two primary conductors themselves, this transformer being wound on a two-part ferromagnetic core.
  • the secondary primary conductor ie the one in which energy is fed in from the other on average over time, has a larger number of turns, that is to say the voltage is increased during the transmission and the current is simultaneously transformed down.
  • a lower current requires a correspondingly smaller conductor cross-section, so that there is no stranded wire in the secondary cable can.
  • the secondary primary conductor only needs to be routed in a corresponding number of loops, these loops being able to be implemented by a multi-core cable with suitable interconnection of the wires.
  • Another particular advantage of the step-down transformation of the current is the possibility of switching off the secondary primary conductor directly behind the coupling transformer using a short-circuit switch, which only has to have a comparatively low load capacity, which can be of great benefit in connection with safety requirements.
  • the invention is also particularly well suited for the realization of switches in rail-guided railways, such as electric monorails.
  • different secondary cores are approximated to the primary core arranged at the end of the arriving rail, and the correct, i.e. section of the switch to be driven at the current switch position is supplied with electrical energy.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of the use of a device according to the invention for supplying a switch to a monorail
  • 5 is a top view of an enlarged section of a switch of a monorail with a schematic representation of the electrical energy transmission
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A-B in FIG. 5;
  • FIG. 7 is a perspective view of a switch of an electric monorail system supplied with energy using the invention.
  • Fig. 8 shows the switch from Fig. 7 without its mechanical support components.
  • Fig. 1 the inventive inductive coupling of two galvanically isolated conductor loops 1 and 2 is shown schematically, only a small part of the conductor loop 1 in Fig. 1 is visible and the conductor loop 2 is drawn very shortened in relation to its width.
  • Both conductor loops 1 and 2 each form the primary side of a system for the inductive transmission of electrical energy to a movable consumer, which takes the energy from the magnetic field emanating from the current in the respective conductor loop 1 or 2 by means of a pickup.
  • the conductor loop 1 is connected to a feed electronics, not shown, which feeds a current into the conductor loop 1, while the current in the conductor loop 2 is only induced by the current in the conductor loop 1, for which purpose the two conductor loops 1 and 2 by a transformer 3 are coupled together.
  • the conductor loop 1 is on the primary side and the conductor loop 2 is on the secondary side, which is why the conductor loop 1 is referred to below as primary and the conductor loop 2 as secondary.
  • the peculiarity of the transformer 3 is that it is not a self-contained structural unit, but its primary winding 4 and its secondary winding 5 are separate units which can be reversibly approached and removed from one another again.
  • the transformer 3 can also be regarded as a type of plug connection, which, however, only causes an inductive coupling of the two conductor loops 1 and 2 instead of a galvanic connection thereof.
  • the primary winding 4 of the transformer 3 has a smaller number of turns than the secondary winding 5. As an example, a ratio of turns of 1: 4 is shown in FIG.
  • the primary winding 4 comprising only a single turn and the secondary winding consists of four turns.
  • this has the consequence that the voltage on the secondary side is greater by a factor of four, and the current is smaller by a factor of four.
  • This would result in a laying of the secondary-side conductor 6 in a simple loop analogous to the loop-shaped laying of the primary-side conductor la on the secondary side by a factor of four lower magnetic field strength and thus a considerable reduction in the electrical power inductively transmitted to a consumer.
  • the secondary-side conductor 6 is laid in a multiple loop 2, the multiplicity of which corresponds to the transformation ratio of the transformer 3.
  • a fourfold secondary loop 2 is therefore provided. Quadrupling the number of revolutions in loop 2 results in approximately the same magnetic field as a current that would be four times larger.
  • wire 8a at end 7a is connected to wire 8b at end 7b
  • wire 8c at end 7a is connected to wire 8d at end 7b
  • wire 8c at end 7a is connected to wire 8d at end 7b.
  • the wire 8a is led out of the cable 7 and connected to the conductor 6 of the secondary winding 5.
  • a possible variant is the use of a cable 7 with a number of cores that is a multiple of the number of loops required due to the transformation ratio.
  • a cable with sixteen cores can be used to implement a quadruple loop, which are combined into four bundles with four cores connected in parallel to each other, whereupon these four bundles are in turn interconnected like the four cores 8 a to 8dinFig. 1.
  • tuning capacitors are connected in a known manner, which form a series resonant circuit with the inductances of the secondary winding 5 and the conductor loop 2. These tuning capacitors are indicated in FIG. 1 by a capacitor 9 between the conductor 6 forming the secondary winding 5 and the wire 8d at the end 7a of the cable 7.
  • the values of the tuning capacitors are chosen so that on the one hand said resonant circuit is in resonance at the operating frequency of the system, and on the other hand that the primary conductor loop 1 is tuned to resonance at the operating frequency, which is produced in the same way by series capacitors, by the presence or absence the secondary conductor loop 2 is influenced as little as possible.
  • the advantages of reducing the secondary current through the transformer 3 include, in addition to eliminating the need for the strand form in the cable 7 of the secondary conductor loop 2, and also making it easier to switch off the secondary conductor loop 2.
  • a switch 10 is provided which short-circuits the secondary winding 5 directly on the transformer 3 and so that the cable 7 largely de-energized.
  • This switch 10 only has to cope with a short-circuit current which is significantly reduced in accordance with the transformation ratio of the transformer 3 and can accordingly be implemented with relatively little effort. By switching off the current, a consumer can no longer draw any electrical power in the section of its movement path supplied by the secondary conductor loop 2.
  • a possible embodiment of the transformer 3 is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the transformer 3 is formed in each case by two E-shaped ferromagnetic cores 11 and 12, the legs of which, in the coupled state, face one another and are aligned with one another, the distance between the two cores 11 and 12 being very small or even being directly in mechanical contact with one another are.
  • the illustration of the cores 11 and 12 in FIGS. 2 and 3 is therefore not to scale in terms of their spacing.
  • the windings 4 and 5 are each on the middle leg. A single turn is provided on the primary side, while four turns are wound on the secondary side.
  • both this transmission ratio and the E-shape of the cores 11 and 12 are purely exemplary. Other transmission ratios are basically considered in the context of the present invention as well as other known core forms, e.g. B. U core or shell core.
  • the other components shown are identified in FIGS. 2 and 3 with the same reference numerals as in FIG. 1 and require no further explanation.
  • the variant according to FIG. 2 represents the extension of a first conductor loop 1 by a second conductor loop 2. Accordingly, the primary part of the transformer 3 consisting of the core 11 and the winding 4 is at the end of the conductor loop 1, i.e. arranged at the reversal point of the conductor la forming the conductor loop 1.
  • This variant is suitable, for example, for subsequently extending a route along which a vehicle to be supplied with electrical energy is to move.
  • the end of the conductor loop 1 becomes once around the middle leg of the E core 11 and the second, lengthening conductor loop 2 is inductively coupled to the conductor loop 1 by means of the winding 5 consisting of four turns on the middle leg of the E-core 12.
  • the primary winding 4 of the transformer 3 consists of only a single turn, since in this case the length of the primary conductor loop 1 is only slightly shortened.
  • the variant according to FIG. 3 represents the realization of a lateral branch from a first conductor loop 1 through a second conductor loop 2. Accordingly, here is the one from the The core 11 and the winding 4 of the primary part of the transformer 3 are arranged on a lateral bulge 13 of the conductor 1 a forming the conductor loop 1 and not at the point of reversal thereof.
  • the structure of the transformer 3 and the components of its secondary side match the variant according to FIG. 2.
  • the variant according to FIG. 3 is suitable, for example, for subsequently extending a route along which a vehicle to be supplied with electrical energy inductively by an additional, laterally branching route section.
  • FIGS. 4 to 6 show embodiments of the present invention for realizing a switch in a monorail, for example in the form of an electric monorail.
  • 4 shows the diagram of a switch 14 as it is used for branching lines of this type.
  • the switch 14 connects a rail 15 leading to it optionally with one of two rails 16 and 17 leading away from it, the designation of the rails referring to leading or leading to the intended direction of travel.
  • the switch 14 contains two rail pieces 19 and 20 on a support 18 shown in broken lines in FIG. 4.
  • the support 18 can be displaced transversely to the direction of the straight, aligned rails 15 and 16 between two end positions, as in FIG two arrows is indicated.
  • the curved rail piece 19 connects the outgoing rail 15 with the away rail 17.
  • the straight rail piece 20 connects the leading rail 15 with the outgoing rail 16.
  • the energy supply of the vehicle must also be maintained in the area of the switch 14, for which purpose flexible trailing cables are used in conventional technology.
  • the present invention offers an elegant alternative to this, in that it enables inductive energy transmission through conductor loops running along the rails 15, 16 and 17, the energy also inductive either from the l leading rail 15 or to transfer from both leading rails 16 and 17 to the movable rail sections 19 and 20.
  • FIG. 4 shows the first-mentioned variant, for which a primary winding 21 at the end of the rail 15 and a secondary winding 22 or 23 at the ends of the rail sections 19 and 20 are required.
  • the windings 21, 22 and 23 are arranged on the rail ends in such a way that the orientation shown in FIG. 2 to a transformer 3 results in each of the two end positions of the switch 14, the windings 21 to 23 preferably corresponding to FIG. 2 ferromagnetic cores are arranged.
  • the primary winding 21 forms a transformer with the secondary winding 22, in the other end position with the secondary winding 23, so that, depending on the position of the switch 14, the correct one of the rail pieces 19 or 20 from the male guide 15 is always formed automatically is supplied inductively with energy.
  • a short secondary conductor loop of the type described above in detail with reference to FIG. 1, extends in each case along the rail sections 19 and 20. For the sake of clarity, these conductor loops are not shown in FIG. 4.
  • a separate power supply can be provided for the conductor loops running along these rails 16 and 17, or the conductor loop running along the leading rail 15 can be guided around the switch 14 to one of the rails 16 or 17 and laid further along this, to save one of the separate feeds.
  • FIG. 5 shows an enlarged section of a switch of a monorail with inductive energy transmission to the vehicle in a top view, namely the transition from the rail 115 leading to the switch to a movable rail section 119 and the safety area 124 at the end of the rail 115
  • the length of the security area 124 in relation to the width of the rail 115 is not shown to scale.
  • the rail 115 has an I-shaped profile, as is known from railroad rails. In the case of an electric monorail conveyor, the rollers, which transfer the weight of the vehicle to the notes 115, run on the upper surface of the profile.
  • a conductor loop 101 is arranged on one side of the rail 115 on an inner side surface 125.
  • the inductive pickup 126 of the vehicle which draws electrical energy from the conductor loop 101 to supply the vehicle, is logically located on the same side of the rail 115 as the conductor loop 101 and at a short distance from it.
  • the conductor loop 101 changes, for example, through two transverse bores to the other side of the rail 115 and runs from there along the other imidating side surface 128 of the rail 115.
  • the inner side surfaces 125 and 128 are 5 shown in dashed lines. Due to the greater distance from the customer 126 and the shielding effect of the usually made of metal, for. B. aluminum, existing rail 115, the magnetic coupling between the conductor loop 101 and the consumer 126 is no longer sufficient for the inductive transmission of a significant electrical power.
  • the conductor loop 101 forms a primary winding 121, which in the assumed end position of the switch on the side of the movable rail piece 119 is opposite a secondary winding 122.
  • both windings 121 and 122 are preferably wound on ferromagnetic cores.
  • the exact arrangement of the windings 121 and 122 is a question of adaptation to the space available for this. In particular, the space between the two horizontal legs of the I-shaped rail profile, as indicated in the cross-sectional view of FIG. 6, or the underside of the rail comes into question.
  • this conductor loop 102 is a quadruple loop. It is connected by a conductor 106 to the secondary winding 122, the latter not being arranged on the side of the rail piece 119 on which the conductor loop 102 runs, but on the other side.
  • a further conductor loop 132 is connected to the secondary winding 131 and, like the conductor loop 101, extends from the end of the rail 115 along the inner side surface 125 of the rail 115.
  • This conductor loop 132 the turning point of which lies near the start of the safety zone 124 at point 127, is, like the conductor loop 102 running along the inner side surface 129 of the rail piece 119, a quadruple loop, as can be clearly seen in the cross-sectional illustration of FIG. 5.
  • the conductor loop 132 is only supplied with current when the switch is in the end position shown, in which the end of the rail 115 with the primary winding 121 and the secondary winding 131 End of the movable rail piece 119 with the secondary winding 122 and the primary winding 130 is aligned. If the second movable rail piece, which necessarily belongs to the turnout and is not shown in FIG. 5, is equipped at its end with a corresponding combination of primary and secondary windings, this also applies equally to the second end position of the turnout. In contrast, during the movement of the switch between the two end positions, the conductor loop 132 in the safety zone 124 is automatically de-energized by the cancellation of the inductive coupling, without the need for sensors, control electronics and electrical circuit breakers.
  • FIGS. 5 and 6 assumes that the pick-up 126, as shown in FIG. 5, moves at a short distance next to the rail 115 and the rail section 119. From the point of view of minimizing the core volume of the pickup 126, however, it is expedient to use an E-shaped ferromagnetic core for the pickup 126, as shown in FIGS. 2 and 3, and to guide the Abnelimer in such a way that the outer Leg of the core embrace the two conductors of the conductor loop 101 and its middle leg protrudes between the two conductors.
  • windings 130 and 131 could not be located there where they are shown in Figures 5 and 6, since they would at least get in the way of the central leg of the core.
  • a possible solution to this problem would be to arrange the windings 130 and 131 on the other side of the rail 115 or of the rail piece 119 on which the windings 121 and 122 are located. The same applies analogously to the reversal points of the multiple conductor loops 102 and 132.
  • FIGS. 7 and 8 A second, alternative solution for setting up a security area in front of a switch of a monorail based on the present invention is described below with reference to FIGS. 7 and 8.
  • reference numerals are used for components that correspond to the embodiments of FIGS. 1 to 4, which result from those of FIGS. 1 to 4 by adding 200.
  • Fig. 7 shows a perspective view of a switch 214 of a monorail in the form of an electric monorail.
  • the basic structure of this switch 214 corresponds to that shown schematically in FIG. 4.
  • the switch 214 is in FIG. 7 in an end position in which a first movable rail piece 220 connects the mutually aligned ends of two fixed rail pieces 215 and 216 in a straight line.
  • a second movable rail piece 219 which has a curved shape, is fastened to a support frame 218 like the first, the connection being made in each case via angles 240 extending downward from the support frame 218, so that the rail pieces 219 and 220 are below of the support frame 218 are at a certain distance from it.
  • the carrier frame 218 is, in turn, slidably mounted in a fixed frame 241 transversely to the rail pieces 215 and 216.
  • the second movable rail section 219 connects the stationary rail section 215 to another stationary rail section 217. Only short end sections of the stationary rail sections 215, 216 and 217 are shown in FIG. 7. 8, the end portion of the rail piece 217 is omitted entirely.
  • a conductor loop 201 is laid along the first stationary rail section 215 for supplying energy to a vehicle.
  • This conductor loop 201 is guided along the fixed frame 241 to the fixed rail piece 217 and is further laid along this.
  • the conductor loop 201 could also be closed along the stationary frame 241 the other stationary rail piece 216 and be routed along this.
  • a vehicle is supplied with energy along the movable rail sections 219 and 220 via conductor loops 202a and 202b which, depending on the position of the switch, can alternately be inductively coupled to the conductor loop 201.
  • a compensation conductor loop 242 is additionally laid along a safety zone 224 of the rail piece 215 located in front of the switch 214, into which current can also be fed inductively from the conductor loop 201, and the safety-related function of which is explained in more detail below with reference to FIG. 8.
  • the frames 218 and 241 are omitted in order to make the course of the different conductor loops 201, 202a, 202b and 242 and the devices for their inductive coupling more apparent.
  • the conductor loop 201 which runs along the stationary rail piece 215 to the switch 214, initially runs in the vertical direction from the end of the rail piece 215 and then in a horizontal plane which is at the level of the stationary one which is only visible in FIG. 7 Frame 241 lies around the switch 214. After a further vertical section, it reaches the end of the fixed rail section 217 and extends further along the same.
  • One of the conductors of the conductor loop 201 is guided to an upper shell core part 243 and forms a winding 221 therein.
  • the conductor loop 202a which is laid along the first movable rail section 220, likewise extends over a vertical section to the height of the movable frame 218 and is guided there to a first lower shell core part 244, in which it forms a winding 222a.
  • the windings 221 and 222a together with the shell core parts 243 and 244 form a transformer, via which the conductor loop 202a is inductively coupled to the conductor loop 201 and is thus supplied with current, when current flows in the conductor loop 201.
  • the energy supply is also provided along a movable rail section 220 for a vehicle entering the switch 214.
  • the conductor loop 202b which is laid along the second movable rail section 219, in turn likewise extends over a vertical section to the height of the movable frame 218 and is guided there to a second lower shell core part 245, in which it forms a winding 222b.
  • the windings 221 and 222b together with the shell core parts 243 and 245 form a transformer via which the conductor loop 202b is inductively coupled to the conductor loop 201 and in this way with current is supplied when current flows in the conductor loop 201.
  • the energy supply is also provided in this case along the movable rail section 219.
  • a compensation conductor loop 242 which extends within the safety zone 224 along the rail section 215, is provided for decommissioning the energy supply of vehicles within the safety zone 224 located in the direction of travel in front of the switch 214 during the movement of the frame 218 with the movable rail sections 219 and 220.
  • the compensation conductor loop 242 initially runs vertically from the end of the rail section 215 like the conductor loop 201 up to the height of the stationary frame 241 and is then also guided in a horizontal plane to the upper shell core part 243, where it forms a winding 246. This winding 246 is thus always inductively coupled to the winding 221 formed by the conductor loop 201, regardless of the position of the movable part of the switch 214 in the upper shell core part 243.
  • the compensation conductor loop 242 is laid on the rail piece 215 parallel and immediately adjacent to the conductor loop 201, so that with currents of the same amount but in opposite directions in the two conductor loops 201 and 242 along the safety zone 224, the magnetic fields of both conductor loops 201 and 242 almost compensate each other, so that in this case no significant inductive energy transmission is possible to a vehicle-side customer.
  • the winding direction and the number of turns of the windings 221 and 246 in the upper shell core part are designed such that at least outside the end positions of the switch 214, ie if none of the lower shell core parts 244 or 245 is aligned with the upper shell core part 243, from a current in the Conductor loop 201 an approximately equal current is induced in the compensation conductor loop 242. In this way, the energy supply in the safety zone 224 is prevented at least outside the two end positions of the switch 214, so that in this case no vehicle can enter the switch. It should also be noted that the length of the security zone 224 in Figures 7 and 8 is not shown to scale, but rather shortened.
  • the switch 247 can, for example, be mechanically positively coupled to the position of the displaceable frame 218, but this has the disadvantage that a malfunction of the switch when it is closed renders the safety function of the compensation conductor loop 242 ineffective. It can therefore also be operated indirectly via one or more redundant auxiliary circuits in such a way that in the end positions of the switch 214 the auxiliary circuit or circuits are closed via auxiliary switches and then the circuit of the compensation conductor loop 242 is first interrupted via an electrically controllable electromechanical or electronic switch. Corresponding devices for safely performing electrical switching operations are state of the art and have proven themselves in numerous safety-critical applications, so that an extensive range of instruments is available here.
  • the solution according to FIGS. 7 and 8 has the advantage that only three transformer core parts 243, 244 and 245 are required for inductive energy supply of two movable rail sections 219 and 220 and for the implementation of a safety zone , while a total of six transformer core parts are required in the solution according to FIGS. 5 and 6.
  • 5 four windings 121, 122, 130 and 131 are shown, which are expediently to be wound in each case on a core part.
  • the solution according to FIGS. 5 and 6 eliminates the need for an additional switch with a safe switching function, since there is a mechanical positive link between the switch position and the power supply to the safety zone 124.
  • FIGS. 5 to 8 represent expedient further developments of the embodiment according to FIG. 4, but the embodiment according to FIG. 4 is also independent, that is to say it functions without this further development, if a security zone 24 in front of the switch 14 is not required or is conventional Way is realized.
  • the latter means that the conductor loop running along the rail 15 ends at the beginning of the safety zone 24 and a separate conductor loop is laid in the latter, which is arranged at the beginning of the safety zone 24 by means of an arrangement of the type shown in FIG. there its reversal point conductor loop is inductively coupled.
  • the separate conductor loop in the safety zone 24 is switched off, if necessary, via the short-circuit switch 10 explained above with reference to FIG. 2.
  • switchable safety zones are of interest not only in connection with switches.
  • the applicability of the invention for supplying switch areas is not limited to single-track tracks, but also includes tracks with two rails on the one hand and tracks with steerable vehicles that are guided without tracks on the other hand. In the case of the latter, too, it may be sensible or even necessary, for example for safety reasons, to design the power supply in the region of a branching switchable. With the help of the present invention, this can, as explained above, by a switchable short-circuit path parallel to the secondary winding or by a relative movement of the two Parts of a two-part transformer or through a switchable compensation conductor loop.
  • a switchable short-circuit path parallel to the secondary winding or by a relative movement of the two Parts of a two-part transformer or through a switchable compensation conductor loop.
  • a switch shown in the exemplary embodiments namely a Y switch for branching a route in two directions
  • a Y switch for branching a route in two directions
  • the invention can also be applied to switches with more paths, for example X switches, or also to a turnstile in which a movable rail piece is rotated in a different direction together with a vehicle located thereon or below.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zu einem beweglichen Verbraucher weist mindestens eine sich als Leiterschleife entlang einer vorgesehenen Bewegungsbahn des Verbrauchers erstreckende Primärinduktivität auf, der durch eine an dem Verbraucher angeordnete Sekundärinduktivität elektrische Energie entnommen werden kann. Um auf einfache und kostengünstige Weise eine variable Streckenführung zu realisieren, sind mindestens zwei galvanisch voneinander getrennte Leiterschleifen vorgesehen, die jeweils verschiedenen Abschnitten der Bewegungsbahn zugeordnet und relativ zueinander so angeordnet sind, dass für den Verbraucher bestimmte elektrische Energie von einer ersten Leiterschleife aus zu mindestens einer zweiten Leiterschleife durch eine induktive Kopplung der Leiterschleifen übertragbar ist. Die zur induktiven Kopplung vorgesehenen Abschnitte der beiden Leiterschleifen bilden einen Transformator, der vorzugsweise einen zweigeteilten ferromagnetischen Kern aufweist. Die bewegliche Verbraucher ist schienengeführt, und der zur Kopplung vorgesehene Abschnitt einer der Leiterschleifen ist mit einem beweglichen Teil einer Schienenweiche verbunden, so dass die Kopplung nur in einer Endstellung der Schienenweiche hergestellt wird.

Description

Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung, wie sie beispielsweise aus der WO 92/17929 bekannt ist, dient zur Übertragung elektrischer Energie zu mindestens einem beweglichen Verbraucher ohne mechanischen oder elektrischen Kontakt. Sie umfaßt einen Primär- und einen Sekundärteil, die ähnlich dem Prinzip des Transformators elektromagnetisch gekoppelt sind. Der Primärteil besteht aus einer Einspeisungselektronik und einer entlang einer Strecke verlegten Leiterschleife. Ein oder mehrere Abnehmer und die zugehörige Abnehmerelektronik bilden die Sekundärseite. Im Gegensatz zum Transformator, bei dem Primär- und Sekundärteil möglichst eng gekoppelt sind, handelt es sich um ein lose gekoppeltes System. Möglich wird dies durch eine relativ hohe Betriebsfrequenz im Kilohertzbereich. So können auch große Luftspalte bis zu einigen Zentimetern überbrückt werden. Dabei wird die Betriebsfrequenz sekundärseitig als Resonanzfrequenz eines Parallelschwingkreises festgelegt, der durch die Parallelschaltung eines Kondensators zu der Abnehmerspule gebildet wird.
Zu den Vorteilen dieser Art der Energiezuführung zählen insbesondere die Verschleiß- und Wartungsfreiheit, sowie die Berührungssicherheit und eine hohe Verfügbarkeit. Typische Anwendungen sind automatische Materialtransportsysteme in der Fertigungstechnik, aber auch Personentransportsysteme, wie elektrisch angetriebene Busse und Bahnen, beispielsweise Hängebahnen.
Bei vielen dieser Anwendungen besteht ein Bedürfnis nach Variabilität der Streckenführung. So kann es notwendig werden, eine installierte Strecke nachträglich zu verlängern oder um eine Abzweigung zu erweitern. Da das Kabel für die Primärleiterschleife wegen der relativ hohen Frequenz zur Unterdrückung der Stromverdrängung üblicherweise als Litze ausgebildet ist, d.h. aus einer Vielzahl voneinander isolierter Einzeldrähte besteht, ist es mit einem hohen Aufwand verbunden, ein verlegtes Kabel aufzutrennen und ein zweites Kabel an einer solchen Trennstelle anzuschließen. Die Alternativlösung, den zusätzlichen Streckenabschnitt mit einer separaten Stromeinspeisung zu versehen, ist nicht weniger aufwendig. Ein weiteres, verwandtes Problem ist die Ausbildung von Weichen, d. h. Streckenverzweigungen, an denen ein Fahrzeug wahlweise eine von mehreren Richtungen einschlagen kann, bei Strecken für schienengeführte Fahrzeuge. Um an Weichen eine ununterbrochene induktive Stromversorgung zu erreichen, müssen dort bewegliche Primärleiterabschnitte vorgesehen werden, welche die Bewegung der Weiche mit vollziehen können. Diese sind mit den entlang der angrenzenden Streckenabschnitte fest verlegten Primärleitern üblicherweise durch flexible Schleppkabel verbunden. Ein Beispiel für eine solche Weichenkonstruktion zeigt die DE 100 14 954 AI. Auch hier ergibt sich die Notwendigkeit, entweder die Primärleiterlitzen aufzutrennen und mit den Schleppkabeln zu verbinden, oder mehrere separate Einspeisungen vorzusehen.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie einen einfachen und kostengünstigen Weg zur Realisierung einer variablen Streckenführung aufzuzeigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung nutzt das ursprünglich nur für die Energieübertragung zu einem beweglichen Verbraucher vorgesehene Prinzip der induktiven Kopplung auch zur Energieübertragung zwischen verschiedenen Primärleitern. Dazu sind zweckmäßigerweise die zur Kopplung vorgesehenen Abschnitte zweier Primärleiter jeweils um ferromagnetische Kerne gewickelt, um das Magnetfeld zu konzentrieren und einen möglichst hohen Kopplungsfaktor zu erzielen, d.h. es werden zwei Primärleiter durch einen Transformator verbunden, dessen Wicklungen durch die beiden Primärleiter selbst gebildet werden, wobei dieser Transformator auf einen zweigeteilten ferromagnetischen Kern gewickelt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der sekundäre Primärleiter, d.h. derjenige, in welchen von dem anderen aus im zeitlichen Mittel Energie eingespeist wird, eine größere Windungszahl aufweist, also die Spannung bei der Übertragung herauf- und der Strom zugleich herabtransformiert wird. Ein geringerer Strom erfordert nämlich einen dementsprechend geringeren Leiterquerschnitt, so daß beim sekundärseitigen Kabel auf Litze verzichtet werden kann. Um für den verbraucherseitigen Abnehmer dennoch dieselbe magnetische Flußdichte bereitzustellen, braucht der sekundäre Primäi-leiter nur in einer entsprechenden Zahl von Schleifen geführt zu werden, wobei diese Schleifen durch ein mehradriges Kabel mit geeigneter Zusammenschaltung der Adern realisiert werden können. Ein weiterer besonderer Vorteil der Herabtransformation des Stromes liegt in der Möglichkeit, den sekundären Primärleiter durch einen Kurzschlußschalter, der nur eine vergleichsweise geringe Belastbarkeit aufweisen muß, unmittelbar hinter dem Ankopplungstransformator abzuschalten, was im Zusammenhang mit Sicherheitsanforderungen von großem Nutzen sein kann.
Besonders gut eignet sich die Erfindung auch zur Realisierung von Weichen bei schienengefuhrten Bahnen, wie etwa Elektrohängebahnen. Dabei werden durch die Bewegung der Weiche je nach beabsichtigter Fahrtrichtung unterschiedliche Sekundärkerne dem am Ende der ankommenden Schiene angeordneten Primärkern angenähert und es wird auf diese Weise stets der richtige, d.h. bei der aktuellen Weichenstellung zu befahrende Abschnitt der Weiche mit elektrischer Energie versorgt. In diesem Zusammenhang bieten sich auch vorteilhafte Möglichkeiten zur Realisierung von Sicherheitszonen vor Weichen, in denen die Energieversorgung eines ankommenden Fahrzeugs außerhalb der zulässigen Endstellungen der Weiche unterbrochen ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 die Verlängerung einer Primärleiterschleife mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 die Ankopplung einer Verzweigung an eine Primärleiterschleife mittels einer erfmdungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung einer Weiche einer Einschienenbahn, Fig. 5 die Draufsicht auf einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Weiche einer Einschienenbahn mit schematischer Darstellung der elektrischen Energieübertragung,
Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-B in Fig. 5,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer unter Anwendung der Erfindung mit Energie versorgten Weiche einer Elektrohängebahn,
Fig. 8 die Weiche aus Fig. 7 ohne ihre mechanischen Trägerkomponenten.
In Fig. 1 ist die erfmdungsgemäße induktive Kopplung zweier galvanisch getrennter Leiterschleifen 1 und 2 schematisch dargestellt, wobei von der Leiterschleife 1 in Fig. 1 nur ein kleiner Teil sichtbar ist und die Leiterschleife 2 im Verhältnis zu ihrer Breite stark verkürzt gezeichnet ist. Beide Leiterschleifen 1 und 2 bilden jeweils die Primärseite eines Systems zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zu einem beweglichen Verbraucher, der die Energie mittels eines Abnehmers dem vom Strom in der jeweiligen Leiterschleife 1 oder 2 ausgehenden Magnetfeld entnimmt. Dabei ist die Leiterschleife 1 an eine nicht dargestellte Einspeisungselektronik angeschlossen, die einen Strom in die Leiterschleife 1 einspeist, während der Strom in der Leiterschleife 2 erst durch den Strom in der Leiterschleife 1 induziert wird, wozu die beiden Leiterschleifen 1 und 2 durch einen Transformator 3 miteinander gekoppelt sind. In Bezug auf diesen Transformator 3 liegt die Leiterschleife 1 auf der Primärseite und die Leiterschleife 2 auf der Sekundärseite, weshalb nachfolgend die Leiterschleife 1 als primär und die Leiterschleife 2 als sekundär bezeichnet wird.
Die Besonderheit des Transformators 3 liegt darin, daß er keine in sich geschlossene Baueinheit darstellt, sondern seine Primärwicklung 4 und seine Sekundärwicklung 5 separate Einheiten sind, die reversibel einander angenähert und wieder voneinander entfernt werden können. In Analogie zu einer herkömmlichen Steckverbindung, die zur reversiblen Herstellung eines elektrischen Kontaktes zwischen zwei Leitungen dient, kann auch der Transformator 3 als eine Art Steckverbindung betrachtet werden, die jedoch nur eine induktive Kopplung der beiden Leiterschleifen 1 und 2 anstatt einer galvanischen Verbindung derselben bewirkt. Wie in Fig. 1 angedeutet, weist die Primärwicklung 4 des Transformators 3 eine geringere Windungszahl auf als die Sekundärwicklung 5. Beispielhaft ist in Fig. 1 ein Windungszahlenverhältnis von 1:4 gezeigt, wobei die Primärwicklung 4 nur aus einer einzigen Windung und die Sekundärwicklung aus vier Windungen besteht. Dies hat bekanntlich zur Folge, daß die Spannung auf der Sekundärseite um den Faktor vier größer, der Strom dafür um den Faktor vier kleiner ist. Daraus ergäbe sich bei einer Verlegung des sekundärseitigen Leiters 6 in einer einfachen Schleife analog zur schleifenförmigen Verlegung des primärseitigen Leiters la sekundärseitig eine um den Faktor vier geringere magnetische Feldstärke und somit eine erhebliche Verringerung der zu einem Verbraucher induktiv übertragbaren elektrischen Leistung.
Um die Verringerung des Stromes auszugleichen, ist der sekuiidärseitige Leiter 6 in einer Mehrfachschleife 2 verlegt, deren Vielfachheit dem Übersetzungsverhältnis des Transformators 3 entspricht. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 :4 ist also eine vierfache Sekundärschleife 2 vorgesehen. Durch die Vervierfachung der Umläufe in der Schleife 2 ergibt sich annähernd das gleiche Magnetfeld wie es ein um den Faktor vier größerer Strom erzeugen würde.
Der hohe Arbeitsaufwand, der mit der Verlegung des einzelnen Leiters 6 zu einer Vierfachschleife verbunden wäre, kann dadurch vermieden werden, daß ein einziges Kabel 7 mit vier Adern 8a bis 8d zu einer einfachen Schleife 2 verlegt wird und die vier einzelnen Adern 8a bis 8d jedes der beiden Enden 7a und 7b des Kabels 7 am Beginn der Schleife 2 paarweise so miteinander verbunden werden, daß sich eine Vierfachschleife ergibt. Im gezeigten Beispiel ist die Ader 8a am Ende 7a mit der Ader 8b am Ende 7b, ferner die Ader 8b am Ende 7a mit der Ader 8c am Ende 7b, und schließlich die Ader 8c am Ende 7a mit der Ader 8d am Ende 7b verbunden. Am Ende 7b ist die Ader 8a aus dem Kabel 7 herausgeführt und mit dem Leiter 6 der Sekundärwicklung 5 verbunden. Eine mögliche Variante ist hierbei die Verwendung eines Kabels 7 mit einer Adernzahl, die ein Vielfaches der aufgrund des Übersetzungsverhältnisses benötigten Schleifenzahl ist. So kann beispielsweise zur Realisierung einer Vierfachschleife auch ein Kabel mit sechzehn Adern eingesetzt werden, welche zu vier Bündeln mit je vier zueinander parallelgeschalteten Adern zusammengefaßt werden, woraufhin diese vier Bündel wiederum so verschaltet werden wie die vier Adern 8 a bis 8dinFig. 1. In die Sekundärleiterschleife 2 sind in bekannter Weise Abstimmkondensatoren geschaltet, die mit den Induktivitäten der Sekundärwicklung 5 und der Leiterschleife 2 einen Serienschwingkreis bilden. In Fig. 1 sind diese Abstimmkondensatoren durch einen Kondensator 9 zwischen dem die Sekundärwicklung 5 bildenden Leiter 6 und der Ader 8d am Ende 7a des Kabels 7 angedeutet. Die Werte der Abstimmkondensatoren sind so gewählt, daß sich einerseits besagter Schwingkreis bei der Betriebsfrequenz des Systems in Resonanz befindet, und daß andererseits die Abstimmung der Primärleiterschleife 1 auf Resonanz bei der Betriebsfrequenz, die in gleicher Weise durch Serienkondensatoren hergestellt wird, durch das Vorhandensein oder NichtVorhandensein der Sekundärleiterschleife 2 möglichst wenig beeinflußt wird. Das heißt, daß das Anschließen oder Entfernen der Sekundärleiterschleife 2 durch Annäherung bzw. Entfernung der Sekundärwicklung 5 an dem Transformator 3 die Eingangsimpedanz der Primärleiterschleife 1 von der Einspeisungselektronik aus möglichst nicht verändern soll, so daß an der Primärleiterschleife 1 und der Einspeisungselektronik beim Anschließen oder Entfernen der Sekundärleiterschleife 2 keine Anpassungsmaßnahmen vorgenommen werden müssen.
Zu den Vorteilen der Verringerung des sekundärseitigen Stromes durch den Transformator 3 gehört neben der Erübrigung der Litzenform bei dem Kabel 7 der Sekundärleiterschleife 2 auch die Erleichterung der Abschaltung der Sekundärleiterschleife 2. Hierzu ist ein Schalter 10 vorgesehen, der die Sekundärwicklung 5 unmittelbar am Transformator 3 kurzschließt und damit das Kabel 7 weitestgehend stromlos macht. Dieser Schalter 10 muß nur einen entsprechend dem Übersetzungsverhältnis des Transformators 3 deutlich verringerten Kurzschlußstrom verkraften und kann dementsprechend mit relativ geringem Aufwand realisiert werden. Durch die Abschaltung des Stromes kann ein Verbraucher in dem durch die Sekundärleiterschleife 2 versorgten Abschnitt seiner Bewegungsstrecke keine elektrische Leistung mehr beziehen. Dies kann aus Sicherheitsgründen von Interesse oder sogar notwendig sein, beispielsweise um einen Streckenabschnitt für Wartungsarbeiten zu sperren, oder um auf von mehreren Fahrzeugen benutzten Strecken Sicherheitsabstände zwischen verschiedenen Fahrzeugen durch stromlos geschaltete Abschnitte zu gewährleisten. Beispielsweise ist es in der Schienenverkehrstechnik bekannt, eine Fahrstrecke in eine Abfolge von Blöcken einzuteilen, deren Länge jeweils zumindest den maximalen Bremsweg eines Fahrzeugs umfaßt, und aus Sicherheitsgründen zwischen zwei gleichzeitig von verschiedenen Fahrzeugen befahrenen Blöcken stets einen Block freizuhalten. Eine mögliche Ausfuhrungsfoπri des Transformators 3 ist in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Der Transformator 3 wird jeweils durch zwei E-förmige ferromagnetische Kerne 11 und 12 gebildet, deren Schenkel im gekoppelten Zustand einander zugewandt und fluchtend zueinander ausgerichtet sind, wobei der Abstand der beiden Kerne 11 und 12 sehr gering ist oder sie sogar unmittelbar in mechanischem Kontakt miteinander sind. Die Darstellung der Kerne 11 und 12 in den Figuren 2 und 3 ist insofern auch hinsichtlich ihres Abstandes nicht maßstäblich. Die Wicklungen 4 und 5 befinden sich jeweils auf dem mittleren Schenkel. Primärseitig ist eine einzige Windung vorgesehen, während sekundärseitig vier Windungen gewickelt sind. Selbstverständlich haben sowohl dieses Übersetzungsverhältnis, als auch die E-Form der Kerne 11 und 12 rein beispielhaften Charakter. Andere Übersetzungsverhältnisse kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ebenso in Betracht wie andere bekannte Kernformen, z. B. U-Kern oder Schalenkern. Die übrigen dargestellten Komponenten sind in den Figuren 2 und 3 mit den gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 gekennzeichnet und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.
Die Variante nach Fig. 2 stellt die Verlängerung einer ersten Leiterschleife 1 durch eine zweite Leiterschleife 2 dar. Dementsprechend ist der aus dem Kern 11 und der Wicklung 4 bestehende Primärteil des Transformators 3 am Ende der Leiterschleife 1, d.h. am Umkehrpunl t des die Leiterschleife 1 bildenden Leiters la angeordnet. Diese Variante eignet sich beispielsweise dazu, eine Strecke, entlang derer sich ein induktiv mit elektrischer Energie zu versorgendes Fahrzeug bewegen soll, nachträglich zu verlängern. Anstatt die Leiterschleife 1 am Umkehrpunkt des Leiters la aufzutrennen und die beiden dadurch entstehenden Enden des Leiters la mit den Enden des Leiters 6 einer zur Verlängerung vorgesehenen zweiten Leiterschleife 2 zu verbinden, wird das Ende der Leiterschleife 1 einmal um den mittleren Schenkel des E-Kerns 11 gewunden und die zweite, verlängernde Leiterschleife 2 mittels der aus vier Windungen bestehenden Wicklung 5 auf dem mittleren Schenkel des E-Kerns 12 induktiv mit der Leiterschleife 1 gekoppelt. Hierbei ist es zwar nicht notwendig, aber vorteilhaft, wenn die Primärwicklung 4 des Transformators 3 nur aus einer einzigen Windung besteht, da in diesem Fall die Länge der Primärleiterschleife 1 nur geringfügig verkürzt wird. Auf eine weitere beispielhafte Anwendung der Variante nach Fig. 2 wird später anhand der Figuren 4 bis 6 eingegangen.
Die Variante nach Fig. 3 stellt die Realisierung einer seitlichen Abzweigung von einer ersten Leiterschleife 1 durch eine zweite Leiterschleife 2 dar. Dementsprechend ist hier der aus dem Kern 11 und der Wicklung 4 bestehende Primärteil des Transformators 3 an einer seitlichen Ausbuchtung 13 des die Leiterschleife 1 bildenden Leiters la und nicht an dessen Umkehrpunkt angeordnet. Die Struktur des Transformators 3 und die Komponenten seiner Sekundärseite stimmen mit der Variante nach Fig. 2 überein. Die Variante nach Fig. 3 eignet sich beispielsweise dazu, eine Strecke, entlang derer sich ein induktiv mit elektrischer Energie zu versorgendes Fahrzeug bewegen soll, nachträglich um einen zusätzlichen, seitlich abzweigenden Streckenabschnitt zu erweitern. Da in diesem Fall für die seitliche Ausbuchtung 13 des primären Leiters la ein vergleichsweise langes Stück dieses Leiters la benötigt wird, muß in diesem Fall die Erweiterungsoption bei der Verlegung der Primärleiterschleife 1 berücksichtigt und für den Leiter la eine ausreichende Längenreserve vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft ist dabei die Möglichkeit, den seitlich abzweigenden Streckenabschnitt mittels des Kurzschlußschalters 10 bei Bedarf stromlos zu schalten und damit für die Einfahrt von Fahrzeugen zuverlässig zu sperren.
In den Figuren 4 bis 6 sind Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zur Realisierung einer Weiche bei einer Einschienenbahn, beispielsweise in Gestalt einer Elektrohängebahn, dargestellt. Dabei zeigt zunächst Fig. 4 das Schema einer Weiche 14, wie sie bei derartigen Bahnen zur Streckenverzweigung eingesetzt wird. Die Weiche 14 verbindet eine zu ihr hinführende Schiene 15 wahlweise mit einer von zwei von ihr wegführenden Schienen 16 und 17, wobei sich die Bezeichnung der Schienen als hinführend oder wegführend auf die vorgesehene Fahrtrichtung bezieht. Zu diesem Zweck enthält die Weiche 14 auf einem in Fig. 4 gestrichelt gezeichneten Träger 18 zwei Schienenstücke 19 und 20. Der Träger 18 ist quer zur Richtung der geraden, miteinander fluchtenden Schienen 15 und 16 zwischen zwei Endstellungen verschiebbar, wie in Fig. 4 durch zwei Pfeile angedeutet ist. In der gezeigten Endstellung verbindet das gekrümmte Schienenstück 19 die hinführende Schiene 15 mit der wegführenden Schiene 17. In der anderen, nicht gezeigten Endstellung des Trägers 18 verbindet das gerade Schienenstück 20 die anführende Schiene 15 mit der wegführenden Schiene 16.
Wie eingangs erwähnt, muß die Energieversorgung des Fahrzeugs auch im Bereich der Weiche 14 aufrechterhalten werden, wozu in herkömmlicher Technik flexible Schleppkabel verwendet werden. Die vorliegende Erfindung bietet hierzu eine elegante Alternative, indem sie es bei induktiver Energieübertragung durch entlang der Schienen 15, 16 und 17 verlaufende Leiterschleifen ermöglicht, die Energie auch induktiv entweder von der l inführenden Schiene 15 oder von beiden wegführenden Schienen 16 und 17 zu den beweglichen Schienenstücken 19 und 20 zu übertragen.
In Fig. 4 ist die erstgenannte Variante gezeigt, für die eine Primärwicklung 21 am Ende der Schiene 15 und jeweils eine Sekundärwicklung 22 bzw. 23 an den Enden der Schienenstücke 19 und 20 benötigt werden. Dabei sind die Wicklungen 21, 22 und 23 an den Schienenenden so angeordnet, daß sich in jeder der beiden Endstellungen der Weiche 14 die in Fig. 2 gezeigte Ausrichtung zu einem Transformator 3 ergibt, wobei die Wicklungen 21 bis 23 entsprechend Fig. 2 bevorzugt auf ferromagnetischen Kernen angeordnet sind. In der einen Endstellung der Weiche 14 bildet die Primärwicklung 21 einen Transformator mit der Sekundärwicklung 22, in der anderen Endstellung mit der Sekundärwicklung 23, so daß je nach Stellung der Weiche 14 stets automatisch das richtige der Schienenstücke 19 oder 20 von der Mnführenden Schiene 15 aus induktiv mit Energie versorgt wird. Hierzu erstreckt sich entlang der Schienenstücke 19 und 20 jeweils eine von der Sekundärwicklung 22 bzw. 23 ausgehende kurze Sekundärleiterschleife der Art, wie sie zuvor anhand Fig. 1 eingehend beschrieben wurde. Der Übersichtlichkeit halber sind diese Leiterschleifen in Fig. 4 nicht eingezeichnet.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, die beweglichen Schienenstücke 19 und 20 von den wegführenden Schienen 17 bzw. 16 aus induktiv mit Energie zu versorgen. Dazu würden aber an beiden wegführenden Schienen 17 und 17 Primärwicklungen benötigt, während an der hinführenden Schiene 15 zur Versorgung beider beweglicher Schienenstücke 19 und 20 nur eine einzige Primärwicklung benötigt wird, so daß unter dem Gesichtspunkt der Aufwandsersparnis die zuvor beschriebene Versorgung von der hinführenden Schiene 15 aus zu bevorzugen ist.
Darüber hinaus ist es auch denkbar, zusätzlich zu den Wicklungen 21 bis 23 an den beiden anderen Enden der Schienenstücke 19 und 20 zwei weitere Primärwicklungen und an den beiden der Weiche 14 zugewandten Enden der wegführenden Schienen 16 und 17 zwei weitere Sekundärwicklungen anzuordnen, so daß in der in Fig. 4 gezeigten Stellung der Weiche 14 von der hinführenden Schiene 15 aus zunächst das Schienenstück 19 und von diesem aus die wegführende Schiene 17 jeweils induktiv mit elektrischer Energie versorgt würde. In der anderen Stellung der Weiche 14 würde von der hinführenden Schiene 15 aus zunächst das Schienenstück 20 und von diesem aus die wegführende Schiene 16 jeweils induktiv mit elektrischer Energie versorgt. In diesem Fall wäre allerdings je nach Stellung der Weiche 14 stets eine der wegführenden Schienen 16 oder 17 nicht versorgt. Alternativ hierzu kann für die entlang dieser Schienen 16 und 17 verlaufenden Leiterschleifen jeweils eine eigene Stromeinspeisung vorgesehen sein, oder es kann die entlang der hinführenden Schiene 15 verlaufende Leiterschleife um die Weiche 14 herum zu einer der Schienen 16 oder 17 geführt und entlang dieser weiterverlegt sein, um eine der separaten Einspeisungen einzusparen.
Bei einer Weiche 14 einer Einschienenbahn ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, die Energieversorgung in einem gewissen Sicherheitsbereich 24 der hinführenden Schiene 15 vor der Weiche 14 abzuschalten, wenn sich die Weiche 14 nicht in einer der beiden Endstellungen befindet, um in diesem Zustand der Weiche 14 die Einfahrt eines Fahrzeugs in die Weiche 14 zu verhindern. Dies wird herkömmlich mit Hilfe einer digitalen Steuerung realisiert, die mittels an dem Träger 18 angeordneter Endschalter die Stellung der Weiche überwacht und außerhalb der beiden Endstellungen die Energieversorgung der Schiene 15 im Sicherheitsbereich 24 über ein Schütz abschaltet. Die vorliegende Erfindung eröffnet auch für diese Aufgabe sehr vorteilhafte, weil aufwandsparende Lösungsmöglichkeiten. Eine erste wird nachfolgend anhand der Figuren 5 und 6 erläutert. In diesen sind für mit den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 4 übereinstimmende Komponenten Bezugszahlen verwendet, die sich aus denjenigen der Figuren 1 bis 4 durch Addition von 100 ergeben.
Zunächst zeigt Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt einer Weiche einer Einschienenbahn mit induktiver Energieübertragung zum Fahrzeug in der Draufsicht, und zwar den Übergang von der zur Weiche hinführenden Schiene 115 zu einem beweglichen Schienenstück 119 sowie den Sicherheitsbereich 124 am Ende der Schiene 115. Dabei ist die Länge des Sicherheitsbereiches 124 im Verhältnis zur Breite der Schiene 115 nicht maßstäblich wiedergegeben. Wie die sich auf die Linie A-B in Fig. 5 beziehende Querschnittsansicht der Schiene 115 in Fig. 6 zeigt, hat die Schiene 115 ein I-förmiges Profil, wie es von Eisenbahnschienen her bekannt ist. Bei einer Elektrohängebahn laufen auf der oberen Fläche des Profils die Rollen, welche das Gewicht des Fahrzeugs auf die Scheine 115 übertragen. Weitere Rollen, die auf den äußeren seitlichen Flächen laufen, übertragen die Querkräfte in Kurven. Die mechanischen Komponenten des Fahrzeugs interessieren aber hier nicht und sind deshalb in den Figuren nicht gezeigt. Zur induktiven Energieversorgung des Fahrzeugs ist auf einer Seite der Schiene 115 an einer inneren Seitenfläche 125 eine Leiterschleife 101 angeordnet. Der induktive Abnehmer 126 des Fahrzeugs, welcher der Leiterschleife 101 elektrische Energie zur Versorgung des Fahrzeugs entnimmt, befindet sich logischerweise auf derselben Seite der Schiene 115 wie die Leiterschleife 101 und in geringem Abstand zu dieser.
An einer Stelle 127, die den Anfang der Sicherheitszone 124 darstellt, wechselt die Leiterschleife 101 beispielsweise durch zwei Querbohrungen auf die andere Seite der Schiene 115 und verläuft von dort an entlang der anderen imieren Seitenfläche 128 der Schiene 115. Die inneren Seitenflächen 125 und 128 sind in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet. Durch die größere Entfernung von dem Abnehmer 126 und die abschirmende Wirkung der üblicherweise aus Metall, z. B. Aluminium, bestehenden Schiene 115 reicht die magnetische Kopplung zwischen der Leiterschleife 101 und dem Abnehmer 126 nicht mehr zur induktiven Übertragung einer nennenswerten elektrischen Leistung aus.
Am Ende der Schiene 115 bildet die Leiterschleife 101 eine Primärwicklung 121, der in der angenommenen Endstellung der Weiche auf der Seite des beweglichen Schienenstücks 119 eine Sekundärwicklung 122 gegenüberliegt. Beide Wicklungen 121 und 122 sind wie bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 vorzugsweise auf ferromagnetische Kerne gewickelt. Die genaue Anordnung der Wicklungen 121 und 122 ist eine Frage der Anpassung an den hierfür verfügbaren Raum. In Frage kommt hierfür insbesondere der Raum zwischen den beiden waagrechten Schenkeln des I-förmigen Schienenprofils, wie es in der Querschnittsansicht von Fig. 6 angedeutet ist, oder die Unterseite der Schiene. Durch die magnetische Kopplung der Wicklungen 121 und 122 wird in eine sekundäre Leiterschleife 102, die entlang einer mit der imieren Seitenfläche 125 der Schiene 115 fluchtenden inneren Seitenfläche 129 des Schienenstücks 119 verläuft, elektrische Leistung eingespeist. Diese Leiterschleife 102 ist wie die anhand Fig. 1 beschriebene Leiterschleife 2 eine Vierfachschleife. Sie ist durch einen Leiter 106 mit der Sekundärwicklung 122 verbunden, wobei letztere nicht auf derjenigen Seite des Schienenstücks 119 angeordnet ist, auf der die Leiterschleife 102 verläuft, sondern auf der anderen Seite.
Mit der bisher beschriebenen Struktur der Leiterschleifen 101 und 102 wäre die induktive Energieübertragung zu dem Abnehmer 126 entlang der Schiene 115 stets bis zum Beginn der Sicherheitszone 124 an der Stelle 127 möglich, sowie in der gezeigten Endstellung der Weiche auch entlang des Schienenstücks 119, jedoch nicht innerhalb der Sicherheitszone 124 der Schiene 115. Zur Versorgung der Sicherheitszone 124 in der gezeigten Endstellung der Weiche ist daher am Ende des Schienenstücks 119 auf derjenigen Seite, auf der die Leiterschleife 102 verläuft, eine weitere Primärwicklung 130 und gegenüberliegend am Ende der Schiene 115 eine weitere Sekundärwicklung 131 mit gleicher Windungszahl angeordnet, die zusammen einen Transformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 bilden. An die Sekundärwicklung 131 ist eine weitere Leiterschleife 132 angeschlossen, die sich ausgehend vom Ende der Schiene 115 ebenso wie die Leiterschleife 101 entlang der inneren Seitenfläche 125 der Schiene 115 erstreckt. Diese Leiterschleife 132, deren Umkehrpunkt nahe dem Beginn der Sicherheitszone 124 an der Stelle 127 liegt, ist ebenso wie die entlang der inneren Seitenfläche 129 des Schienenstücks 119 verlaufende Leiterschleife 102 eine Vierfachschleife, wie in der Querschnittsdarstellung von Fig. 5 deutlich erkennbar ist.
Wie aus Fig. 5 unmittelbar ersichtlich ist, wird die Leiterschleife 132 ebenso wie die Leiterschleife 102 nur dann mit Strom versorgt, wenn sich die Weiche in der gezeigten Endstellung befindet, in der dem Ende der Schiene 115 mit der Primärwicklung 121 und der Sekundärwicklung 131 das Ende des beweglichen Schienenstücks 119 mit der Sekundärwicklung 122 und der Primärwicklung 130 fluchtend gegenübersteht. Wenn auch das notwendigerweise zu der Weiche gehörende, in Fig. 5 nicht dargestellte zweite bewegliche Schienenstück an seinem Ende mit einer entsprechenden Kombination von Primär- und Sekundärwicklung ausgestattet ist, dann gilt dies gleichermaßen auch für die zweite Endstellung der Weiche. Während der Bewegung der Weiche zwischen den beiden Endstellungen wird hingegen die Leiterschleife 132 in der Sicherheitszone 124 durch die Aufhebung der induktiven Kopplung automatisch stromlos geschaltet, ohne daß hierzu Sensoren, eine Steuerelektronik und elektrische Leistungsschalter notwendig wären.
Die Anordnung der Wicklungen 130 und 131 in den Figuren 5 und 6 geht davon aus, daß sich der Abnehmer 126, wie in Fig. 5 dargestellt, in einem geringen Abstand neben der Schiene 115 und dem Schienenstück 119 bewegt. Unter dem Gesichtspunkt der Minimierung des Kernvolumens des Abnehmers 126 ist es jedoch zweckmäßig, für den Abnehmer 126 einen E- förmigen ferromagnetischen Kern, wie er in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, zu verwenden, und den Abnelimer so zu führen, daß die äußeren Schenkel des Kerns die beiden Leiter der Leiterschleife 101 umgreifen und sein mittlerer Schenkel zwischen die beiden Leiter hinein ragt. In diesem Fall könnten die Wicklungen 130 und 131 nicht dort angeordnet sein, wo sie in den Figuren 5 und 6 dargestellt sind, da sie zumindest dem mittleren Schenkel des Kerns im Weg stünden. Eine mögliche Lösung für dieses Problem wäre die Anordnung der Wicklungen 130 und 131 auf der anderen Seite der Schiene 115 bzw. des Schienenstückes 119, auf der sich die Wicklungen 121 und 122 befinden. Gleiches gilt sinngemäß auch für die Umkehrpunkte der mehrfachen Leiterschleifen 102 und 132.
Eine zweite, alternative Lösung zur Einrichtung eines Sicherheitsbereiches vor einer Weiche einer Einschienenbahn auf der Basis der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 7 und 8 beschrieben. In diesen sind für mit den Ausführungsfoπnen der Figuren 1 bis 4 übereinstimmende Komponenten Bezugszahlen verwendet, die sich aus denjenigen der Figuren 1 bis 4 durch Addition von 200 ergeben.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Weiche 214 einer Einschienenbahn in Form einer Elektrohängebahn. Die grundlegende Struktur dieser Weiche 214 stimmt mit der in Fig. 4 schematisch dargestellten überein. Die Weiche 214 befindet sich in Fig. 7 in einer Endstellung, in der ein erstes bewegliches Schienenstück 220 die miteinander fluchtenden Enden zweier ortsfester Schienenstücke 215 und 216 in gerader Linie miteinander verbindet. Ein zweites bewegliches Schienenstück 219, das eine gekrümmte Form hat, ist ebenso wie das erste an einem Trägerrahmen 218 befestigt, wobei die Verbindung jeweils über sich vom Trägerrahmen 218 aus nach unten erstreckende Winkel 240 hergestellt wird, so daß sich die Schienenstücke 219 und 220 unterhalb des Trägerrahmens 218 in einem gewissen Abstand von diesem befinden.
Der Trägerrahmen 218 ist seinerseits in einem ortsfesten Rahmen 241 quer zu den Schienenstücken 215 und 216 verschiebbar gelagert. In der anderen, nicht gezeigten Endstellung der Weiche verbindet das zweite bewegliche Schienenstück 219 das ortsfeste Schienenstück 215 mit einem anderen ortsfesten Schienenstück 217. Von den ortsfesten Schienenstücken 215, 216 und 217 sind in Fig. 7 nur kurze Endabschnitte dargestellt. In Fig. 8 ist der Endabschnitt des Schienenstücks 217 ganz weggelassen.
Entlang des ersten ortsfesten Schienenstücks 215 ist zur Energieversorgung eines Fahrzeugs eine Leiterschleife 201 verlegt. Diese Leiterschleife 201 ist entlang des ortsfesten Rahmens 241 zu dem ortsfesten Schienenstück 217 geführt und entlang diesem weiterverlegt. Alternativ hierzu könnte die Leiterschleife 201 auch entlang des ortsfesten Rahmens 241 zu dem anderen ortsfesten Schienenstück 216 geführt und entlang diesem weiterverlegt sein. Die Energieversorgung eines Fahrzeugs entlang der beweglichen Schienenstücke 219 und 220 erfolgt über Leiterschleifen 202a bzw. 202b, die je nach Stellung der Weiche wechselweise induktiv mit der Leiterschleife 201 koppelbar sind.
Ferner ist entlang einer in Fahrtrichtung vor der Weiche 214 gelegenen Sicherheitszone 224 des Schienenstücks 215 zusätzlich eine Kompensationsleiterschleife 242 verlegt, in die ebenfalls induktiv von der Leiterschleife 201 aus Strom eingespeist werden kann, und deren sicherheitstechnische Funktion nachfolgend anhand Fig. 8 näher erläutert wird. In letzterer sind die Rahmen 218 und 241 weggelassen, um den Verlauf der verschiedenen Leiterschleifen 201, 202a, 202b und 242 und die Einrichtungen zu deren induktiver Kopplung deutlicher zutage treten zu lassen.
Wie Fig. 8 zeigt, verläuft die entlang des ortsfesten Schienenstücks 215 zu der Weiche 214 geführte Leiterschleife 201 vom Ende des Schienenstücks 215 aus zunächst in vertikaler Richtung und dann in einer horizontalen Ebene, die auf der Höhe des nur in Fig. 7 sichtbaren, ortsfesten Rahmens 241 liegt, um die Weiche 214 herum. Nach einem weiteren vertikalen Abschnitt erreicht sie das Ende des ortsfesten Schienenstücks 217 und erstreckt sich entlang desselben weiter. Dabei ist einer der Leiter der Leiterschleife 201 zu einem oberen Schalenkemteil 243 geführt und bildet darin eine Wicklung 221.
Die entlang des ersten beweglichen Schienenstücks 220 verlegte Leiterschleife 202a erstreckt sich ebenfalls über einen vertikalen Abschnitt auf die Höhe des beweglichen Rahmens 218 und ist dort zu einem ersten unteren Schalenkemteil 244 geführt, in dem sie eine Wicklung 222a bildet. In der in den Figuren 7 und 8 gezeigten Endstellung der Weiche 214 bilden die Wicklungen 221 und 222a zusammen mit den Schalenkemteilen 243 und 244 einen Transformator, über den die Leiterschleife 202a mit der Leiterschleife 201 induktiv gekoppelt ist und auf diese Weise mit Strom versorgt wird, wenn in der Leiterschleife 201 Strom fließt. Für ein in die Weiche 214 einfahrendes Fahrzeug wird also in diesem Fall auch entlang des beweglichen Schienenstücks 220 die Energieversorgung bereitgestellt.
Die entlang des zweiten beweglichen Schienenstücks 219 verlegte Leiterschleife 202b erstreckt sich ihrerseits ebenfalls über einen vertikalen Abschnitt auf die Höhe des beweglichen Rahmens 218 und ist dort zu einem zweiten unteren Schalenkemteil 245 geführt, in dem sie eine Wicklung 222b bildet. In der anderen, in den Figuren 7 und 8 nicht gezeigten Endstellung der Weiche 214 bilden die Wicklungen 221 und 222b zusammen mit den Schalenkemteilen 243 und 245 einen Transformator, über den die Leiterschleife 202b mit der Leiterschleife 201 induktiv gekoppelt ist und auf diese Weise mit Strom versorgt wird, wenn in der Leiterschleife 201 Strom fließt. Für ein in die Weiche 214 einfahrendes Fahrzeug wird also in diesem Fall auch entlang des beweglichen Schienenstücks 219 die Energieversorgung bereitgestellt.
Zur Stillegung der Energieversorgung von Fahrzeugen innerhalb der in Fahrtrichtung vor der Weiche 214 gelegenen Sicherheitszone 224 während der Bewegung des Rahmens 218 mit den beweglichen Schienenstücken 219 und 220 ist eine Kompensationsleiterschleife 242 vorgesehen, die sich innerhalb der Sicherheitszone 224 entlang des Schienenstücks 215 erstreckt. Die Kompensationsleiterschleife 242 verläuft vom Ende des Schienenstücks 215 aus zunächst wie die Leiterschleife 201 vertikal bis zur Höhe des ortsfesten Rahmens 241 und ist dann in einer horizontalen Ebene ebenfalls zu dem oberen Schalenkemteil 243 geführt, wo sie eine Wicklung 246 bildet. Diese Wicklung 246 ist somit unabhängig von der Stellung des beweglichen Teils der Weiche 214 in dem oberen Schalenkemteil 243 stets induktiv mit der von der Leiterschleife 201 gebildeten Wicklung 221 gekoppelt.
Die Kompensationsleiterschleife 242 ist an dem Schienenstück 215 parallel und unmittelbar benachbart zu der Leiterschleife 201 verlegt, so daß sich bei Strömen gleichen Betrages aber entgegengesetzter Richtung in den beiden Leiterschleifen 201 und 242 entlang der Sicherheitszone 224 die Magnetfelder beider Leiterschleifen 201 und 242 nahezu gegenseitig kompensieren, so daß in diesem Fall zu einem fahrzeugseitigen Abnehmer keine nennenswerte induktive Energieübertragung mehr möglich ist. Der Wicklungssinn und die Windungszahlen der Wicklungen 221 und 246 in dem oberen Schalenkemteil sind so ausgelegt, daß zumindest außerhalb der Endstellungen der Weiche 214, d.h. wenn keiner der unteren Schalenkernteile 244 oder 245 fluchtend zu dem oberen Schalenkemteil 243 ausgerichtet ist, von einem Strom in der Leiterschleife 201 ein annähernd gleich großer Strom in der Kompensationsleiterschleife 242 induziert wird. Auf diese Weise wird zumindest außerhalb der beiden Endstellungen der Weiche 214 die Energieversorgung in der Sicherheitszone 224 unterbunden, so daß in diesem Fall kein Fahrzeug in die Weiche einfahren kann. Hierzu ist noch anzumerken, daß die Länge der Sicherheitszone 224 in den Figuren 7 und 8 nicht maßstäblich, sondern stark verkürzt dargestellt ist. Obgleich es bei einer fluchtenden Ausrichtung der Schalenkernteile 243 und 244 bzw. 243 und 245 in den beiden Endstellungen der Weiche 214 auch zu einer gewissen Änderung der induktiven Kopplung zwischen den Wicklungen 221 und 246 kommt, so würde jedenfalls auch in besagten Endstellungen ein beträchtlicher, dann jedoch unerwünschter Strom in der Kompensationsleiterschleife 242 induziert werden und die Energieübertragung zu einem Fahrzeug innerhalb der Sicherheitszone 224 praktisch unmöglich machen. Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, den Stromkreis der Kompensationsleiterschleife 242 in besagten Endstellungen zu unterbrechen, wozu in der Kompensationsleiterschleife ein Schalter 247 vorgesehen ist. Dieser in den Figuren 7 und 8 nur schematisch dargestellte Schalter 247 ist nur in den Endstellungen der Weiche 214 geöffnet und schaltet dann die Kompensationsleiterschleife 242 stromlos. Ansonsten ist er geschlossen und erlaubt das Fließen des benötigten Kompensationsstromes.
Der Schalter 247 ist kann beispielsweise mit der Stellung des verschiebbaren Rahmens 218 mechanisch zwangsgekoppelt sein, was aber den Nachteil hat, daß eine Fehlfunktion des Schalters beim Schließen die Sicherheitsfunktion der Kompensationsleiterschleife 242 unwirksam macht. Er kann daher auch mittelbar über einen oder mehrere redundante Hilfsstromkreise dergestalt betätigt werden, daß in den Endstellungen der Weiche 214 der oder die Hilfsstromkreise über Hilfsschalter geschlossen werden und dann über einen elektrisch steuerbaren elektromechanischen oder elektronischen Schalter erst der Stromkreis der Kompensationsleiterschleife 242 unterbrochen wird. Entsprechende Einrichtungen zum sicheren Ausführen von elektrischen Schaltvorgängen sind Stand der Technik und haben sich in zahlreichen sicherheitskritischen Anwendungen bewährt, so daß hier ein umfangreiches Instrumentarium zur Verfügung steht.
Gegenüber dem zuvor anhand der Figuren 5 und 6 vorgestellten Ausführungsbeispiel hat die Lösung nach den Figuren 7 und 8 den Vorteil, daß zur induktiven Energieversorgung von zwei beweglichen Schienenstücken 219 und 220 sowie zur Realisierung einer Sicherheitszone insgesamt nur drei Transformatorkernteile 243, 244 und 245 benötigt werden, während bei der Lösung nach den Figuren 5 und 6 insgesamt sechs Transformatorkernteile benötigt werden. So sind in Fig. 5 vier Wicklungen 121, 122, 130 und 131 dargestellt, die zweckmäßigerweise jeweils auf einen Kemteil zu wickeln sind. Für das in Fig. 5 nicht gezeigte zweite bewegliche Schienenstück sind zwei weitere Wicklungen und damit auch Transformatorkernteile nötig, woraus sich eine Gesamtzahl von sechs Transformatorkernteilen ergibt. Andererseits erübrigt sich bei der Lösung nach den Figuren 5 und 6 ein zusätzlicher Schalter mit sicherer Schaltfunktion, da dort eine mechanische Zwangsverknüpfung zwischen der Weichenstellung und der Stromversorgung der Sicherheitszone 124 besteht.
Die nach den Figuren 7 und 8 vorgesehene Weiterverlegung der Leiterschleife 201 vom ersten ortsfesten Schienenstück 215 aus an der Weiche 214 vorbei weiter zu und entlang einem der beiden anderen ortsfesten Schienenstücke 217 (oder alternativ 216) kann selbstverständlich auch auf die Ausführungen nach den Figuren 4, sowie 5 und 6 angewendet werden, ist also nicht mit der speziellen Realisierung der Sicherheitszone 224 mittels der Kompensationsleiterschleife 242 verknüpft.
Die Ausführungsformen nach den Figuren 5 bis 8 stellen zwar zweckmäßige Weiterentwicklungen der Ausführungsform nach Fig. 4 dar, doch ist die Ausfübrungsform nach Fig. 4 auch eigenständig, also ohne diese Weiterentwicklung funktionsfähig, falls eine Sicherheitszone 24 vor der Weiche 14 nicht benötigt oder auf herkömmliche Weise realisiert wird. Letzteres bedeutet, daß die entlang der Schiene 15 verlaufende Leiterschleife am Beginn der Sicherheitszone 24 endet und in letzterer eine separate Leiterschleife verlegt ist, die am Beginn der Sicherheitszone 24 mittels einer Anordnung der in Fig. 2 dargestellten Art mit der dort endenden, d.h. dort ihren Umkehrpunkt aufweisenden Leiterschleife induktiv gekoppelt ist. Die Abschaltung der separaten Leiterschleife in der Sicherheitszone 24 erfolgt in diesem Fall bei Bedarf über den zuvor anhand Fig. 2 erläuterten Kurzschlußschalter 10. Wie bereits erwähnt, sind abschaltbare Sicherheitszonen nicht nur im Zusammenhang mit Weichen von Interesse.
Femer ist zu den Ausführungsformen der Figuren 4 bis 8 anzumerken, daß sich die Anwendbarkeit der Erfindung zur Versorgung von Weichenbereichen nicht auf einschienige Bahnen beschränkt, sondern einerseits auch Bahnen mit zwei Schienen und andererseits auch schienenlos geführte Bahnen mit lenkbaren Fahrzeugen umfaßt. Auch bei letzteren kann es nämlich beispielsweise aus Sicherheitsgründen sinnvoll oder sogar notwendig sein, die Energieversorgung im Bereich einer Streckenverzweigung schaltbar auszulegen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann dies, wie vorausgehend erläutert, durch durch einen schaltbaren Kurzschlußpfad parallel zur Sekundärwicklung oder durch eine Relativbewegung der beiden Teile eines zweigeteilten Transformators oder durch eine schaltbare Kompensationsleiterschleife geschehen. Der näheren Erläuterung anhand des Beispiels einer Einschienenbahn kommt insofern keine einschränkende Bedeutung zu. Ebenfalls nicht als einschränkend zu verstehen ist die in den Ausführungsbeispielen dargestellte Art einer Weiche, nämlich einer Y- Weiche zur Verzweigung einer Fahrstrecke in zwei Richtungen. Selbstverständlich kann die Erfindung ebenso auf Weichen mit mehr Wegen, z.B. X- Weichen, oder auch auf ein Drehkreuz, bei dem ein bewegliches Schienenstück zusammen mit einen darauf oder darunter befindlichen Fahrzeug in eine andere Richtung gedreht wird, angewendet werden.
Obgleich vorausgehend von der bevorzugten Verwendung speziell ausgelegter Transformatoren mit ferromagnetischen Kernen zur induktiven Kopplung zweier Leiterschleifen ausgegangen wurde, ist es auch denkbar, seitens der primären Leiterschleife ganz auf eine Transformatorwicklung zu verzichten und die sekundäre Leiterschleife einfach mittels eines induktiven Abnehmers, wie er normalerweise seitens des beweglichen Verbrauchers zur Leistungsentnahme aus einer Leiterschleife vorgesehen ist, anzukoppeln. Die Kopplung ist zwar in diesem Fall geringer als bei einem speziell ausgelegten Transformator, doch erfordert diese Lösung auch nur einen geringeren Aufwand und die sekundäre Leiterschleife kann ohne Vorbereitung der primären Leiterschleife an jeder beliebigen Stelle derselben angeordnet und nachträglich ohne weiteres verschoben werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zu mindestens einem beweglichen Verbraucher, mit mindestens einer sich als Leiterschleife entlang einer vorgesehenen Bewegungsbahn des Verbrauchers erstreckenden Primärinduktivität, der durch eine an dem Verbraucher angeordnete Sekundärinduktivität elektrische Energie entnommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei galvanisch voneinander getrennte Leiterschleifen (1.101, 2; 102) vorgesehen sind, die jeweils verschiedenen Abschnitten der Bewegungsbahn zugeordnet und relativ zueinander so angeordnet sind, daß für den Verbraucher bestimmte elektrische Energie von einer ersten Leiterschleife (1; 101) aus zu mindestens einer zweiten Leiterschleife (2; 102) durch eine induktive Kopplung der Leiterschleifen (1;101, 2;102) übertragbar ist.
2. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur induktiven Kopplung vorgesehenen Abschnitte (4;121, 5.122) der beiden Leiterschleifen (1; 101, 2; 102) jeweils mindestens eine Windung aufweisen.
3. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur induktiven Kopplung vorgesehenen Abschnitte (4.121, 5.122) der beiden Leiterschleifen (1; 101, 2; 102) auf ferromagnetische Kerne (11, 12) gewickelt sind, die zur Herstellung der Kopplung so zueinander ausrichtbar sind, daß sie zusammen annähernd einem Transformatorkern (3) entsprechen.
4. Vorrichtung nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetischen Kerne (11, 12) jeweils eine E-förmige Gestalt haben.
5. Vorrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur induktiven Kopplung vorgesehene Abschnitt (5; 122) der zweiten Leiterschleife (2; 102) einer Sekundärinduktivität (126) der an dem beweglichen Verbraucher angeordneten Art entspricht, mit der eine induktive Kopplung zur ersten Leiterschleife (1; 101) entlang deren gesamtem Verlauf möglich ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur induktiven Kopplung vorgesehenen Abschnitt (5; 122) der zweiten Leiterschleife (2; 102) eine größere Windungszahl aufweist als derjenige (4; 121) der ersten Leiterschleife
(i; ιoi).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur induktiven Kopplung vorgesehenen Abschnitt (4; 121) der ersten Leiterschleife (1; 101) eine einzige Windung aufweist.
8. Vorrichtimg nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leiterschleife (2; 102) aus einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Teilschleifen besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Teilschleifen zumindest näherungsweise dem Übersetzungsverhältnis des Stromes von der ersten Leiterschleife (1; 101) zur zweiten Leiterschleife (2; 102) entspricht.
10. Vorrichtung nach Ansprach 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilschleifen durch ein einziges mehradriges Kabel (7) gebildet werden, dessen Adern (8a bis 8d) an den Enden zur Bildung der Teilschleifen zum Teil paarweise miteinander verbunden sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweite Leiterschleife (2; 102) seriell mindestens ein Kondensator (9) geschaltet ist, dessen Wert so gewählt ist, daß die Herstellung oder Aufhebung der Kopplung zwischen den Leiterschleifen (1.101, 2;102) die Eingangsimpedanz der ersten Leiterschleife (1; 101) an deren zum Anschluß an eine Stromquelle bestimmtem Anfang möglichst wenig verändert.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem zur Kopplung vorgesehenen Abschnitt (5; 122) der zweiten Leiterschleife (2; 102) ein Schalter (10) angeordnet ist, durch den dieser Abschnitt (5; 122) kurzschließbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens drei galvanisch voneinander getremite Leiterschleifen dergestalt aufeinanderfolgend angeordnet und paarweise induktiv miteinander gekoppelt sind, daß für den Verbraucher bestimmte elektrische Energie ausgehend von der ersten Leiterschleife (1; 101) jeweils durch induktive Kopplung sukzessive von einer Leiterschleife (1; 101) zur nächsten (2; 102) übertragen wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einer Leiterschleife (2; 102) der zur induktiven Kopplung mit der jeweils anderen Leiterschleife (1; 101) vorgesehene Abschnitt (4; 122) dergestalt beweglich angeordnet ist, daß die Kopplung reversibel herstellbar und aufhebbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Verbraucher schienengeführt ist, und daß der zur induktiven Kopplung vorgesehene Abschnitt (122) einer der Leiterschleifen (102) dergestalt mit einem beweglichen Teil (119) einer Schienenweiche verbunden ist, daß die Kopplung nur in einer Endstellung der Schienenweiche hergestellt wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leiterschleife (102) zur Energieübertragung zu dem beweglichen Verbraucher im Bereich der Schienenweiche vorgesehen ist.
17. Vorrichtung nach Ansprach 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leiterschleife (102) einen weiteren, zur Kopplung mit einer dritten Leiterschleife vorgesehenen Abschnitt aufweist, und daß auch diese Kopplung nur in besagter Endstellung der Schienenweiche hergestellt wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Verbraucher auf oder hängend an einer Schiene geführt ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß einem bezüglich der Bewegungsrichtung des Verbrauchers unmittelbar vor der Schienenweiche gelegenen Schienenabschnitt (124) vorbestimmter Länge zur induktiven Energieübertragung zu dem Verbraucher eine eigene Leiterschleife (132) zugeordnet ist, die von dem beweglichen Teil (119) der Schienenweiche aus nur in deren Endstellungen induktiv mit Strom versorgt wird.
20. Vorrichtung nach Ansprach 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom zunächst von dem vor der Schienenweiche gelegenen Schienenabschnitt (115) aus induktiv zum beweglichen Teil (119) der Schienenweiche und von dort aus induktiv zurück zu der diesem Schienenabschnitt (124) zugeordneten Leiterschleife (132) übertragen wird.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in einem bezüglich der Bewegungsrichtung des Verbrauchers unmittelbar vor der Schienenweiche (214) gelegenen Schienenabschnitt (224) vorbestimmter Länge benachbart zur ersten Leiterschleife (201) eine Kompensationsleiterschleife (242) dergestalt angeordnet ist, daß ihr Magnetfeld bei Einspeisung eines Stromes geeigneter Größe und Richtung das Magnetfeld der ersten Leiterschleife (201) in besagtem Streckenabschnitt (224) zumindest weitgehend kompensiert.
22. Vorrichtung nach Ansprach 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsleiterschleife (242) dergestalt induktiv mit der ersten Leiterschleife (201) gekoppelt ist, daß in ihr zumindest außerhalb der Endstellungen der Schienenweiche (214) der Strom geeigneter Größe und Richtung erzeugt wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem Stromkreis einen Schalter (247) aufweist, der außerhalb der Endstellungen der Schienenweiche (214) geschlossen ist, und nur in den Endstellungen der Schienenweiche (214) offen ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Abschnitt (221) der ersten Leiterschleife (201), der die induktive Kopplung mit der Kompensationsleiterschleife (242) bewirkt, zugleich auch zum Bewirken der Kopplung der ersten Leiterschleife (201) mit der zweiten Leiterschleife (202a; 202b) in den Endstellungen der Schienenweiche vorgesehen ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine von der ersten Leiterschleife (210) gebildete Wicklung (221) und eine von der Kompensationsleiterschleife (242) gebildete Wicklung (246) auf einem gemeinsamen Teil (243) eines ferromagnetischen Kems angeordnet sind, dem in den Endstellungen der Schienenweiche (214) jeweils ein zweiter ferromagnetischer Kernteil (244; 245), auf dem die zweite Leiterschleife (202a; 202b) eine Wicklung (222a; 222b) bildet, soweit angenähert wird, daß sich insgesamt ein Transformator mit drei Wicklungen ergibt.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Leiterschleife (201) ausgehend von einem der an die Schienenweiche (214) angrenzenden ortsfesten Schienenstücke (215) an den beweglichen Teilen (218, 219, 220) der Schienenweiche (214) vorbei zu mindestens einem der anderen an die Schienenweiche (214) angrenzenden ortsfesten Schienenstücke (217) hin und entlang desselben weiter geführt ist.
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