ES2125256T5 - Sistema de distribucion de energia inductiva. - Google Patents

Sistema de distribucion de energia inductiva.

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ES2125256T5 ES92904583T ES92904583T ES2125256T5 ES 2125256 T5 ES2125256 T5 ES 2125256T5 ES 92904583 T ES92904583 T ES 92904583T ES 92904583 T ES92904583 T ES 92904583T ES 2125256 T5 ES2125256 T5 ES 2125256T5
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Abstract

UN SISTEMA DE DISTRIBUCION DE ENERGIA INDUCTIVA SIN CONTACTO QUE OPERA A 10 KHZ TIENE UNA TOMA DE CORRIENTE RESONANTE DE AUTORREGULACION CONECTADO A UNA VIA CONDUCTORA PRIMARIA RESONANTE (10110,10111) QUE COMPRENDE UN PAR DE CONDUCTORES DE HILO DE LITZ PARALELOS (10110, 10111) CADA UNO ENCAPSULADO DENTRO DE UNA VAINA AISLADA Y SOPORTADO SOBRE UNA VIGA MONORAIL PERFILADA (10101) SOBRE LA QUE PUEDEN CIRCULAR UNA PLURALIDAD DE VEHICULOS ELECTRICOS. CADA VEHICULO TIENE UN MOTOR ELECTRICO (NO MOSTRADO) CAPAZ DE DERIVAR ENERGIA DESDE UN DEVANADO DETECTOR RESONANTE (10115) BOBINADO SOBRE UN NUCLEO DE FERRITA (10102) MONTADO SOBRE EL VEHICULO CERCA DE LOS CONDUCTORES PRIMARIOS (10110, 10111). CADA VEHICULO TAMBIEN TIENE MEDIOS DE CONMUTACION (10116) CAPACES DE EVITAR QUE UN VEHICULO LIGERAMENTE CARGADO PRESENTE UNA CARGA REDUCIDA AL PRIMARIO RESONANTE. COMO SE MUESTRA, ESTE COMPRENDE UNA BOBINA DE AISLAMIENTO (10116) QUE TIENE UN CONMUTADOR (NO MOSTRADO) PARA CONMUTAR LA BOBINA ENTRE UN CIRCUITO ABIERTO Y UN CIRCUITO CORTO, DE MANERA QUE CUANDO EL CONMUTADOR ESTA CONMUTADO DESDE UN ESTADO A OTRO ESTADO LA ENERGIA ACOPLADA ENTRE LA VIA CONDUCTORA PRIMARIA (10110, 10111) Y EL DEVANADO DETECTOR (10115) ES CAMBIADA.

Description

Sistema de distribución de energía inductiva.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la distribución y a la transmisión posterior a través de un espacio por un medio inductor inalámbrico de energía eléctrica a uno o más dispositivos eléctricos. Estos dispositivos, en la mayoría de los casos, serán consumidores móviles o portátiles de energía eléctrica (tales como vehículos, aparatos eléctricos portátiles, herramientas eléctricas manuales, maquinaria eléctrica portátil, cargadores de batería o accesorios de iluminación portátiles) capaces de derivar al menos algo de energía desde un(os) conductor(es) fijo(s) dispuesto(s) a lo largo del recorrido o en los emplazamientos donde puedan situarse dichos dispositivos. Tienen una aplicación particular para un sistema inductor de transporte de energía en el cual se distribuye la energía inductora a una pluralidad de vehículos, algunos de los cuales o todos pueden estar desplazándose o inmovilizados a lo largo de una trayectoria asociada a dicho(s) conductor(es).
Antecedentes
Aunque esta invención puede aplicarse a una variedad de situaciones, se espera que su aplicación principal sea en conjunción con vehículos que requieran algo de energía eléctrica a bordo y, en particular, a vehículos de conducción eléctrica. La solicitud de la presente invención referida a sistemas para el traslado de materiales y, en particular, a sistemas transportadores y monocarriles ha sido licenciada a DAIFUKU CO LTD., con domicilio en 2-11, Mitejima 3-Chome, Nishiyodogawaku, Osaka 555, Japón, la cual se cree que es una de las empresas más importantes del mundo de fabricación de transportadores y de sistemas de traslado de materiales.
La tecnología de vehículos teledirigidos tiene una importancia creciente en los almacenes automatizados, las líneas de montaje con robots y controladas por ordenador y similares. Se ha utilizado ampliamente en el transporte de pasajeros con sistemas eléctricos durante muchos años pero los conductores aéreos habituales presentan muchos problemas incluyendo la estética, el peligro, el costo, la instalación, el mantenimiento y los colectores unidos al vehículo móvil (tales como pantógrafos o dispositivos de bloque de carbón) a menudo hacen que se sueltes los cables, e interrumpan el tráfico. Los vehículos conectados a dichos cables no pueden adelantarse entre sí. Los contactos que rozan la superficie tienen tendencia a interrumpirse como resultado de la contaminación.
La transferencia de energía inductora parece, en teoría, ofrecer una alternativa atractiva al pantógrafo o a los dispositivos de contacto con escobilla al eliminar el riesgo de chispas o de problemas mecánicos asociados a contactos defectuosos. No obstante, las propuestas de la técnica anterior no han dado como resultado la distribución práctica de energía a los vehículos eléctricos.
Técnica anterior
En el siglo XIX, se publicaron numerosas patentes, en los Estados Unidos, relacionadas con la transferencia inductora de señales (telegráficas) eléctricas desde vehículos que se desplazan sobre carriles y similares a conductores al lado del carril. Estos no llevaban consigo la transferencia de cantidades importantes de energía. Había igualmente cierto número de patentes que trataban de la transferencia de energía motriz, incluso con medios capacitativos de alta tensión (TESLA US 514.972) pero la única patente con relevancia histórica para la presente es la de HUTIN y LeBLANC (US 527.857) de 1894, en la cual se sugiere el uso de una inducción de corriente alterna de unos 3 KHz. Más recientemente, la obra teórica de OTTO (NZ 167.422) en 1974, sugería el uso de devanados secundarios resonantes en serie que funcionaban en la gama de 4 a 10 KHz, para un vehículo tal como un autobús.
El informe de la 40ª Conferencia sobre Tecnología de Vehículos, IEEE, del 6 de mayo de 1990 en Orlando, Florida, en las páginas 100-104, describe un modelo analítico para un vehículo impulsado inductivamente con un suministro de energía que funcionaba a 400 Hz. La guía electrificada está dividida en segmentos que pueden ser conectados o desconectados independientemente con interruptores de estado sólido. Se suministra energía total a un segmento de guía únicamente cuando hay un vehículo impulsado eléctricamente en dicho segmento. Este documento se refiere únicamente a un vehículo a la vez en un segmento de guía activado. El control de la energía en la batería de los vehículos se logra manteniendo una conexión constante entre el vehículo y la guía mediante una batería de capacitadores variables conectada a través del medio captador mediante la conexión de la capacidad de sintonía para anotar el rumbo de una corriente de salida obtenida. El controlador del vehículo sintoniza o desintoniza el medio captador para controlar la corriente de salida.
No obstante, no se enseña el medio para desconectar el medio captador del segmento de guía activado. De igual modo, las patentes US-A-4.914.539 y GB-A-1.418.128 describen sistemas a los que les falta esta característica y que están relacionados únicamente con un sólo vehículo en una trayectoria que utiliza un sólo medio captador.
La patente US-A-4.914.539 describe un sistema inductor de distribución de energía según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 49.
La patente US-A-4.800.328 describe un vehículo según el preámbulo de la reivindicación 47.
Objeto
Es objeto de la presente invención facilitar un sistema mejorado para la distribución y la transferencia de energía eléctrica o, al menos, para proporcionar una opción útil al público.
Planteamiento de la invención
En un aspecto, la invención comprende un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1.
El sistema tal como se reivindica está diseñado para aportar mejoras a los sistemas de la técnica anterior al facilitar un modo práctico en el cual, entre otros, múltiples dispositivos, tales como vehículos, puedan ser controlados en la misma vía. Debe hacerse referencia a las reivindicaciones para más información sobre éste y otros aspectos de la invención.
El o cada dispositivo es preferiblemente un vehículo.
En un segundo aspecto, la invención comprende un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 49.
En un tercer aspecto, la invención comprende un vehículo según la reivindicación 47.
Preferiblemente, el núcleo de dicho medio de captación inductor tiene la forma de una E, de modo que, en el uso, cada uno de dicho par de conductores está situado a medio camino entre dos ramas adyacentes del núcleo en forma de E.
Se espera que una aplicación inmediata de la presente invención sea en los sistemas de almacenamiento basados en carriles para almacenes y similares. Los sistemas comprendidos en esta invención pueden verse como competidores directos, en muchas aplicaciones, de los sistemas de cintas transportadoras convencionales pero con algunas ventajas importantes tales como bajo costo, flexibilidad de control y funcionamiento uniforme. Además, están libres de correas móviles peligrosas y son adecuados para funcionar en ambientes peligrosos, debido a la falta de conductores expuestos, a su construcción libre de chispas y a la posibilidad de estar totalmente protegidos contra la penetración del agua. Pueden ser utilizados de forma segura en lugares donde exista mucho tráfico de peatones. El sistema de almacenamiento con carriles consiste en cierto número (potencialmente cientos) de vehículos autopropulsados que viajan sobre carriles, derivando cada vehículo su energía a través de una conexión inductora a partir de un devanado conductor alimentado a alta frecuencia que se encuentra al lado del vehículo y paralelo a los carriles tal como representa la figura 1.
Las aplicaciones no destinadas a vehículos incluyen casos en los cuales es necesario alimentar aparatos eléctricos o maquinaria sin contacto directo con conductores eléctricos activados. Por ejemplo, esto incluye objetos portátiles, tales como focos en el estudio de un fotógrafo o el equipo de una sala de operaciones, donde es deseable poder desplazar el dispositivo a otro lugar y que permanezca en un estado inmediatamente funcional, sin necesidad de flexos eléctricos adicionales. Pueden situarse las luces en piscinas equipadas con devanados conductores de alimentación ocultos. La seguridad es un aspecto importante en todas estas aplicaciones.
Dibujos
Lo que sigue es una descripción de formas de realización preferidas de la invención, dadas únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos.
General
Figura 1: muestra un transportador monocarril alimentado inductivamente.
Figura 2: es una ilustración de algunas versiones de la invención configuradas como sistema de almacenamiento con carril básico en línea recta.
Fuente de alimentación
Figura 3: es un diagrama de circuito que muestra un ejemplo del convertidor de corriente continua-alterna resonante de la presente invención.
Figura 4: es un diagrama de circuito que muestra un ejemplo del controlador limitador de corriente para el convertidor de corriente continua-alterna resonante de la presente invención.
Figura 5: es un diagrama de circuito que muestra un ejemplo del controlador resonante para el convertidor de corriente continua-alterna resonante de la presente invención.
Figura 6: es un diagrama de circuito que muestra los principios de otro modo de realización de conexión de fuentes de alimentación o del convertidor de corriente continua-alterna resonante de la presente invención, con una salida aislada.
Figura 7: muestra como la frecuencia resonante de un convertidor de corriente continua-alterna puede ser alterada por los mandos eléctricos.
La via
Figura 8: es un diagrama que muestra el medio de sintonización inductor para adaptar vias de diversas longitudes a una inductancia uniforme y, de ahí, a una frecuencia resonante uniforme.
Figura 9: es una sección transversal ampliada por la línea AA de la figura 8.
Figura 10: muestra la relación del vehículo y de los conductores primarios de un sistema monocarril.
Vehículo
Figura 11: es un diagrama de circuito que muestra los principios del convertidor de corriente máxima alterna-continua de la presente invención.
Figura 12: es un diagrama de circuito que muestra la circuitería de control para la alimentación de energía del modo conectado y la bobina controladora del convertidor de la corriente alterna-continua de la presente invención.
Figura 13: es un diagrama de circuito que muestra la circuitería de control para el convertidor de corriente máxima alterna-continua de la presente invención.
Figura 14: ilustra el circuito de la figura 12 de manera simplificada.
Figura 15: es un diagrama de circuito que muestra los principios de accionamiento por motor de la corriente continua sin escobillas utilizado en un modo de realización de la presente invención.
Figura 16: ilustra una línea de transmisión y una bobina captadora sintonizada.
Figura 17: ilustra la conexión mutua entre la línea de transmisión y el circuito sintonizado.
Figura 18: ilustra esquemáticamente el efecto del acoplamiento mutuo.
Figura 19: ilustra el efecto de una bobina cortocircuitada adicional.
Figura 20: ilustra el efecto del cableado de control montado en la vía.
Figura 21: ilustra un medio para proporcionar mayor energía en una sección de la vía.
Figura 22: ilustra un medio para proporcionar energía a vías de derivación o a otro equipo auxiliar desde la energía del devanado inductor primario.
Figura 23: ilustra un conmutador en paralelo con el condensador de una bobina captadora.
Figura 24: ilustra un conmutador en serie con el condensador de una bobina captadora.
Figura 25: ilustra un circuito de carga complementario.
Figura 26: ilustra un cargador de batería.
Figura 27: ilustra una instalación de luz incandescente.
Figura 28: ilustra una instalación de luz fluorescente.
Modos de realización preferidos en general
Los principios novedosos descritos en la presente descripción pueden aplicarse en numerosos modos, teniendo en común la transferencia de energía eléctrica inductora desde un conductor primario fijo a través de un espacio y en una o más bobinas captadoras secundarias y la consiguiente utilización de energía eléctrica, generalmente, pero no siempre, sin almacenamiento. Muchas aplicaciones se refieren a la alimentación de energía motriz a vehículos, pero también pueden utilizarse para alumbrado, otros tipos de accionamientos por motor y la carga de baterías.
Una instalación puede comprender al menos un circuito primario resonante o no resonante. Cada circuito primario puede comprender un par de conductores paralelos en forma de devanado alargado, o puede comprender un sólo conductor en un devanado abierto. En la mayoría de los casos, los conductores primarios tienen que estar tendidos ininterrumpidamente a lo largo de las trayectorias designadas o en las vías por las que pasen los vehículos, aunque otra alternativa es la disponibilidad intermitente (por ejemplo, en paradas de autobús señaladas) y el almacenamiento de energía intermedia dentro del vehículo.
La vía puede comprender una estructura tangible, tal como una vía de ferrocarril, una cinta transportadora o un monocarril, o puede ser una trayectoria invisible definida en el uso por el campo que emana de uno o varios conductores ocultos en el interior de una calzada o del suelo.
La frecuencia de funcionamiento preferida está generalmente comprendida entre 10 y 50 KHz, reflejando en particular las limitaciones de los interruptores de estado sólido disponibles - e igualmente las limitaciones impuestas por las pérdidas de los conductores, aunque los principios pueden ser aplicables a una gama mucho más amplia de frecuencias, tales como de 50 Hz a 1 MHz. Se han construido prototipos con frecuencias de funcionamiento del orden de los 10 KHz y niveles de energía disponible de 150 W y 500 W, esta última alimentada a 500 V y capaz de suministrar electricidad a una longitud de vía de 165 metros.
Las bobinas captadoras secundarias son preferiblemente resonantes y, en especial en el caso de carga variable, están preferiblemente conectadas a la carga a través de medios de acondicionamiento de energía, un dispositivo de conversión de máxima energía o, con mayor preferencia, un dispositivo separador de bobina de captación combinado con una salida de corriente limitada. Son pertinentes tanto para los conductores primarios resonantes como para los no resonantes debido al efecto molesto que tiene una bobina captadora ligeramente cargada en la propagación de la energía más allá de su posición.
Pueden construirse instalaciones aun más grandes dando mayor tamaño a los componentes electrónicos que manipulan la energía y al número de vehículos o al motor y a los circuitos de accionamiento por motor de cada una, sin salirse de los conceptos de novedad aquí descritos. Dado que existe un límite de tensión real, las vías largas pueden preferiblemente estar divididas en secciones, cada una de ellas alimentada desde una de varias fuentes de energía separadas. Algunas opciones están ilustradas en la figura 2.
Modo de realización preferido 1
Un primer modo de realización preferido describe particularmente un prototipo de 500 W de tamaño medio que utiliza un motor de inducción a bordo para desplazar un vehículo o varios vehículos similares, a lo largo de una vía en voladizo - tal como representa la figura 1 - al lado de cables primarios que transportan corrientes resonantes y alimentados por una fuente de alimentación de conmutación. Mientras que este sistema, con una longitud de vía aproximada de hasta 165 metros, tiene una tensión de alimentación del orden de 500 V y una corriente de circulación resonante del orden de 60A, la totalidad del cable primario está adicionalmente aislada al estar encerrado en una funda de plástico extrusionado. Por lo tanto, está libre de chispas de conmutación y puede ser aceptable para una atmósfera explosiva, tal como en el interior de una mina.
En la figura 1, 1100 es una vía en voladizo, que es una viga de aluminio con sección de doble T, que tiene una superficie portante plana 1101 y un par de conductores paralelos 1102 y 1103 soportados por el rebaje en uno de los laterales. 1104 es la totalidad del vehículo, mostrado aquí, transportando un automóvil 1109 sobre vigas 1108 y que comprende ruedas de soporte y ruedas motrices 1106 y 1107, respectivamente, y un motor de accionamiento 1105. Las bobinas captadoras para el vehículo están situadas adyacentes al motor de accionamiento 1105 y a los conductores 1102 y 1103 y no son visibles (para más detalles sobre ésto, ver la figura 10, por ejemplo).
La figura 2 ilustra varias opciones para el sistema de distribución de energía. Una primera versión 2100 se refiere a un sistema que hace circular dos vehículos 2101 y 2102. Estos vehículos circulan con ruedas de aletas sobre una vía, 2103 y 2104. Un devanado saliente y uno entrante del conductor primario 2105 y 2106 están conectados en un extremo a un condensador 2107 (un mecanismo opcional, preferible para vías más largas) y en el otro extremo a un condensador 2108 e igualmente a una fuente de energía de alta frecuencia, un alternador 2109 accionado por fuerza motriz externa.
Una segunda versión 2200 está representada solamente con un vehículo 2201. Esta versión es no resonante, su inductor primario, que puede comprender varias espiras de cable es accionado desde una fuente de alimentación de conmutación 2202 a través de un transformador reductor 2203. Es probable que la corriente, dentro del inductor primario 2204, no sea sinusoidal.
Se representa una tercera versión 2300 con sólo un vehículo 2301. Esta versión es resonante; está accionada desde una fuente de alimentación de conmutación 2302 que incluye un circuito sintonizado que comprende un condensador 2303 y una inductancia 2304 que sirve igualmente como primario de un transformador aislante 2304. En este caso, la corriente circulante está presente en el interior del transformador 2304 al igual que en el interior del condensador 2303, de modo que el transformador necesita tener un régimen nominal de VA (voltio-amperio) capaz de acomodar la energía resonante que circula en el interior del conductor primario 2305 así como la energía disponible con la que alimentar el circuito resonante o que hay que retirar del mismo. La corriente que circula en el interior del circuito resonante es sustancialmente sinusoidal. Aunque el inductor primario del sistema pudiera ser accionado por corriente alterna, es preferible el uso de una corriente con onda sinusoidal alimentada a la frecuencia resonante media de todos los circuitos sintonizados asociados. La corriente sinusoidal minimiza la emanación de emisión de radiofrecuencia mediante armónicas y fomenta la eficacia de la transferencia de energía circulante a circuitos sintonizados auxiliares.
Una cuarta versión 2400 y que es preferida, está igualmente representada con un sólo vehículo. En esta versión, el condensador 2403 junto con la inductancia inherente del inductor primario 2405 constituye el circuito resonante y todos los demás componentes de la fuente de alimentación 2402 precisan tener un régimen nominal únicamente para la energía de alimentación y no para los niveles mayores de energía resonante. La corriente dentro del circuito resonante es sustancialmente sinusoidal. Pueden insertarse inductores adicionales, tal como representa la figura 8, entre la fuente de alimentación y la vía con el fin de mantener una inductancia consistente entre instalaciones de distintas longitudes. Puede añadirse una capacitancia adicional al final de la vía para vías más largas. La fuente de alimentación 2402 que comprende ahora una fuente de alimentación de conmutación controlada por la frecuencia resonante de la vía 2405 y el condensador 2403 están descritos más detalladamente en la sección que sigue.
Una quinta versión se parece a la cuarta, excepto en que se omite el condensador terminal. Esta configuración puede ser preferible en las instalaciones de tramos de vía más cortos para reducir el costo.
Convertidor de corriente continua-alterna de alta frecuencia mediante conmutación de la fuente de energía o del convertidor de corriente continua-alterna resonante Características de salida
El sistema resonante para pasar energía a vehículos móviles debiera ser fabricado para que funcione a alta frecuencia con el fin de obtener un tamaño de componente mínimo, aunque al aumentar la frecuencia, aumenten también las corrientes parásitas radiativas del conductor adyacente, y las pérdidas de efectos peliculares, en el interior, por ejemplo, de los conductores primarios distribuidos, lo que resta eficacia y causa interferencias electromagnéticas. Con los semiconductores actualmente disponibles, 10 KHz es una cifra razonable de diseño, aunque no debiera considerarse la única opción posible. La frecuencia puede subir hasta 50 KHz, pero las pérdidas de efectos peliculares, dentro de los conductores, se vuelven relativamente importantes por encima de esta frecuencia. Puede ser preferible, en algunos casos, utilizar energía de 400 Hz ya que esta es una referencia industrial, en particular dentro de la industria aeronáutica, donde, de otro modo (como en las instalaciones de transporte por tierra en los aeropuertos) pueden seleccionarse frecuencias particulares, tales como de 28,5 KHz para no tener armónicas que interfieran potencialmente en el equipo de navegación o de comunicaciones. La tensión de trabajo superior está actualmente prácticamente limitada a unos 600 V tanto por los regímenes nominales del condensador como por los límites de tensión en los semiconductores.
El circuito para este dispositivo está ilustrado en las figuras 3 a 7, donde las figuras 3-5 son diagramas de circuito detallados para un modo de realización correspondiente a 2402 en la figura 2, y las figuras 6 y 7 ilustran un modo de realización diferente.
En la figura 3, 3100 indica una fuente de corriente continua sin tratar; en este caso, está representado un rectificador puente trifásico alimentado a partir de una red de alimentación de 400 V a través de un transformador reductor 3105. El transformador facilita igualmente aislamiento eléctrico del conductor primario a partir de la red de alimentación. 3L1 y 3L2 mejoran el factor de energía de entrada y protegen contra la propagación de interferencia conductiva desde la sección de alta frecuencia, 3103. 3101 es un dispositivo de puesta en marcha suave que incluye un dispositivo de energía 3Q3 y 3102 es un convertidor que incluye el diodo 3106 y el inductor 3L3, convencionalmente controlados a partir del controlador limitador de corriente 3107, con su fuente de energía 3108. 3109 es un dispositivo para accionar las puertas de 3Q1 y 3Q2. 3109 está provisto de energía procedente de la fuente de alimentación de corriente continua 3110. El dispositivo 3LEM detecta la corriente continua suministrada.
El circuito resonante primario de este sistema comprende el condensador 3C2 - que puede incluir condensadores suplementarios de ajuste de frecuencia (ver figura 7) - y el propio conductor de distribución inductora primario junto con inductancias adicionales opcionales, que tienen una inductancia total preferida de 123 microhenrios. La corriente resonante circulante, que puede ser del orden de 60 A, normalmente fluye únicamente a través del inductor primario, de conexiones a la fuente de alimentación y a través de 3C2. No fluye a través de 3L4 (donde solamente se han medido unos pocos mA de corriente alterna durante el uso) y este transformador de separación de fase equilibrada puede construirse sin un entrehierro. Como transporta solamente el componente de corriente continua de la energía añadida, puede ser relativamente pequeño. La corriente resonante no fluye tampoco a través de los transistores de conmutación 3Q1 y 3Q2, aunque los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) preferidos son capaces de absorber la energía circulante como transitoria en las fases tempranas de desarrollo de una avería - tal como un cortocircuito en la vía.
Aunque el convertidor incluye un par de conmutadores/interruptores fuertes como elementos de manipulación de energía primaria, debido a su conexión con un circuito resonante u oscilador es efectivamente un convertidor de corriente continua a corriente alterna que tiene una salida de corriente alterna de onda sinusoidal. Conserva una corriente resonante mediante la conmutación de 3Q1 y 3Q2 de manera complementaria desde un estado de impedancia baja a alta, en el momento en que la tensión del condensador es cero (detectada a través de sus entradas referenciadas 301 y 302). Aparte de los casos de una puesta en marcha especial y un modo de bajada de energía especial, el convertidor de conmutación no impone ninguna particular frecuencia (sujeto a límites de frecuencia superiores como consecuencia de la física del dispositivo) en la corriente resonante; ello es simplemente un conductor periférico que funciona a la frecuencia de oscilación natural del circuito.
Las situaciones de puesta en marcha y de reducción de energía son tratadas disponiendo que la carga de reserva en las fuentes de alimentación a los circuitos de control se anticipe significativamente y dure más que la del suministro de energía principal para la conversión, de modo que los controladores funcionen ambos antes y después de que la energía resonante exista en la vía, y en estos momentos, el controlador de energía resonante emite 10 KHz de impulsos basados en su propia actividad marcada.
Como la carga en la vía puede hacer que la frecuencia de funcionamiento se aparte de forma significativa de la frecuencia de diseño y reduzca de este modo la eficacia del acoplamiento inductor, pueden facilitarse medios opcionales para sintonizar la frecuencia resonante durante el funcionamiento, tal como se indica en la figura 7. Los principales transistores de conmutación están indicados con las referencias 7S1 y 7S2. Se representa una serie de condensadores emparejados y preferiblemente combinados indicados como 7Ca, 7Ca', 7Cb, 7Cb' y 7Cc, 7Cc', capaces de ser conmutados en el interior o en el exterior del circuito, instantáneamente, por señales de control aplicadas a los conmutadores de estado sólido adjuntos, 7S20, 7S20', 7S21, 7S21' y 7S22 con 7S22'. Evidentemente estos dispositivos transportarán una fracción de las corrientes circulantes y deberán tener disipadores térmicos adecuados, y necesitarán igualmente tener regímenes nominales de tensión adecuados para esta aplicación. Además, la figura 8 muestra disposiciones de sintonización inductora adecuadas para ajustar el circuito resonante en el momento de la instalación.
La figura 4 ilustra el controlador limitador de corriente. La sección inferior 4102 es la sección de puesta en marcha suave, y la sección limitadora de corriente es la 4101. En la sección de puesta en marcha suave, la resistencia 4R11 y el condensador 4C4 ajustan la temporización. El primer comparador 4103 determina el momento después de la aplicación de energía al cual la carga en 4C4 sobrepasa la referencia de 10 V aplicada a su entrada (-). Se aplica la salida de 4103 a la puerta 4Q3 que es idéntica a la del dispositivo 3Q3 en la figura 3. La sección superior 4101 acepta y amplifica la señal de un dispositivo detector de corriente "LEM" y lo aplica al comparador 4104 para que sea valorada según un umbral de unos 5 voltios, modificado - para que proporcione histeresis - por la salida OR cableada del comparador 4105 y del comparador 4104. El cuarto comparador 4106 invierte la salida que antecede y la aplica - en ausencia de demasiada corriente - a un circuito de accionamiento de transistores 4Q1 y 4Q2 para la aplicación por medio de la resistencia 4R15 a la puerta del transistor 3Q4 en la figura 3.
En la figura 5, 5100 representa la sección para la detección de las tensiones desarrolladas por las corrientes resonantes dentro del inductor. Comprende 1/2 de un comparador LM319 con las tensiones opuestas alimentadas a las entradas opuestas. La salida es por lo tanto un reflejo de la entrada (+)ve, sumada al complemento de la entrada (-)ve. 5101 muestra la sección responsable de la determinación de la amplitud de la tensión del condensador resonante y de permitir el suministro de impulsos generados internamente a la frecuencia del centro de diseño a partir de la sección 5102 si la amplitud es baja (como, por ejemplo, en la puesta en marcha). La señal de entrada es rectificada por los diodos D3, D2 y comparada con una tensión de referencia. Si la corriente alterna detectada es demasiado pequeña, se activa el reloj interno 5102, un simple oscilador RC ajustable en un divisor binario. La sección 5103 muestra puertas para accionar el par de dispositivos de accionamiento de puerta ICL 7667 con una corriente vinculada a la fase complementaria que a su vez controla los transistores de conmutación de energía o los dispositivos IGBT de forma común (2Q1 y 2Q2 de la figura 2).
Cable inductor primario-sintonización
El uso preferido de la vía real como parte inductora del circuito resonante primario requiere, como resultado de que ésta sea una frecuencia resonante preferida para los módulos facilitados tales como vehículos, que la frecuencia resonante de la vía sea sustancialmente constante entre instalaciones. Se prefiere un valor de inductancia de 133 microhenrios independientemente de la longitud real de la vía. Las figuras 8 y 9 ilustran un sistema para sintonizar la vía a una frecuencia resonante particular. Con el fin de combatir los efectos de las longitudes de las vías diferentes, puede instalarse un conjunto de inductancias discretas o modulares 8100 entre el lateral de la fuente de alimentación 8101, 8103 y el lateral de la vía 8102, 8104 y, ventajosamente, puede haber cierto número de núcleos 9105 de ferrita toroidales espaciados individualmente, preferiblemente de baja permeabilidad, con el fin de evitar la saturación. Dichos toroides tienen un espesor preferido de 40 mm, una abertura interna de 20 mm, y un diámetro externo de 60 mm. El entrehierro 9106 es preferiblemente de 0,67 mm (9108 es una placa de soporte). Cada toroide cuando es situado alrededor de un conductor 9107 presenta sustancialmente la misma inductancia que en un metro de vía. En el momento de la instalación, se mide el tramo de vía, y si es menor a 165 metros, se eleva la inductancia de la vía insertando cada uno de los conductores de hilo Litz a través de un toroide por metro de vía que falte. En la activación, puede medirse la frecuencia resonante real y se puede ampliar o reducir la cadena de toroide con el fin de sintonizar con precisión la frecuencia resonante a su valor objetivo.
El devanado inductor primario puede transportar una corriente alterna circulante de gran amperaje del orden de 60 A en una frecuencia de 10 KHz. La energía inductora (flujo magnético) radiado desde esta corriente a este elevado valor de cambio tiende a causar corrientes parásitas tanto en el interior del conductor como también dentro de los materiales conductores y, en particular, en el interior de los materiales ferromagnéticos dentro del campo de flujo. El devanado primario, utilizado para distribuir la corriente a lo largo de una o varias trayectorias adoptadas por los vehículos en movimiento, consiste en un par de cables paralelos, separados (ver la figura 1, 1101 y 1102), cada uno construido preferentemente con un cable compuesto de múltiples hilos finos aislados (generalmente conocidos como "Litzendraht" o hilos Litz) para reducir los efectos peliculares y, en particular, las pérdidas de conducción de corrientes parásitas adyacentes al conductor. Un tipo preferido de hilos Litz que se fabrica comercialmente, está compuesto de unos 10.240 cabos de hilo de cobre esmaltado de calibre 40 dentro de un diámetro de unos 13 mm. Otra opción es el uso de cable telefónico del tipo que presenta múltiples conductores aislados. El espaciamiento de los cables es un compromiso. Si están demasiado cerca los unos de los otros, sus campos se anularán mutuamente y el acoplamiento a las bobinas captadoras del vehículo será deficiente. Por el contrario, si están demasiado separados, la inductancia de la vía se elevará de forma significativa, precisando una tensión de accionamiento mayor y las pérdidas de las bobinas captadoras serán innecesariamente altas ya que entonces habrá una porción de puenteo significativa de la bobina captadora que transporta corriente que todavía no haya sido cortada por los campos. El límite práctico de 600 voltios, tal como determinan los regímenes nominales del dispositivo, activan aproximadamente 200 metros de guía @ 60 A. Esta longitud puede doblarse aproximadamente al colocar un segundo condensador en serie en el cable para reducir la necesidad de energía reactiva, tal como representa la figura 2 - 2100 y 2400.
Ventajosamente, el hilo Litz 9110 y 9111 puede estar contenido en el interior de un conducto que comprenda una extrusión de plástico que tenga una sección similar a una copa, tal como ilustra en sección la figura 9.
La figura 10 ilustra, en sección, las relaciones reales primario-espacio-secundario de este modo de realización. La escala de este dibujo es de unos 120 mm a lo largo de la parte trasera de la sección en E de ferrita 10102, y el monocarril en voladizo de la figura 1 se basa en esta sección.
10100 ilustra la combinación de un miembro de soporte sólido 10101, normalmente una extrusión de aluminio con forma de sección en doble T, que tiene una superficie portante de carga superior 10103 sobre la cual pueden deslizarse las ruedas del vehículo. El lateral 10104 está provisto de extensiones 10106 y 10107 para montar el miembro de soporte. El lateral 10105 está adaptado para sostener los soportes de los conductores primarios. 10110 y 10111 son los dos conductores primarios paralelos, preferiblemente de hilo Litz. Estos están soportados en el interior de conductos en separadores 10112 y 10113 tal como se describe con referencia a la figura 9. Los separadores están soportados por una chapa 10114.
De preferencia, todos los materiales son o no conductores, tales como plásticos, o son metales no ferrosos, tales como el aluminio. Si se trata de un material ferroso tiene que situarse adyacente a uno o varios conductores primarios o a las bobinas captadoras secundarias del vehículo, ha resultado ventajoso proteger dicho material ferroso con un revestimiento de aluminio de varios milímetros de profundidad, después de lo cual, en el uso, la corriente parásita generada sirve para bloquear la posterior penetración del flujo magnético y de este modo minimizar la pérdida de energía debido a la histeresis en el interior del material ferromagnético.
El núcleo 10102 de ferrita preferido de la bobina captadora está compuesto de cierto número de bloques de ferrita en forma de E apilados junto con placas 10117 empernadas en el eje central. El miembro central tiene preferiblemente un espesor de 20 mm y la longitud total de la unidad de bobina captadora es normalmente de 260 mm. Preferiblemente, se suprime ocasionalmente un bloque de la pila para permitir el enfriamiento por aire de la bobina secundaria, que, en el uso, puede transportar 20 A de corriente de circulación. La bobina captadora 10115 junto con una o varias bobinas accesorias opcionales tales como 10116, están devanadas en la pata central del núcleo de ferrita. El acoplamiento del flujo del conductor primario 10110 y 10111 a la ferrita es relativamente eficiente ya que el conductor primario está casi totalmente encerrado por la ferrita.
El vehículo (no representado) se sitúa a la izquierda de la ferrita 10102, a la que puede estar directamente unido por pernos o similares (incluso si están fabricados de hierro fundido) ya que el flujo variable está sustancialmente contenido en el interior de la propia ferrita.
La bobina captadora, de la que puede haber una o varias en un vehículo dado, comprende un circuito sintonizado, resonante a la frecuencia de diseño del devanado inductor primario. Preferiblemente, la bobina captadora comprende cierto número de espiras de hilo Litz devanado en la pata central de un núcleo compuesto de material de ferrita, proporcionando el núcleo una función de concentración de flujo para aumentar la eficacia del acoplamiento inductor. En el uso, la presencia de corrientes resonantes de gran amperaje junto con múltiples espiras del conductor causa un campo magnético relativamente alto en la proximidad de la bobina. Preferiblemente, el condensador resonante (que puede facilitar unidades de capacitancia adicionales con el fin de ajustar la frecuencia resonante) está conectado en paralelo con la bobina, y los medios de rectificación (preferiblemente diodos rectificadores de corriente rápidos) están cableados en serie con la carga a través del condensador. Es deseable tener una bobina captadora con una Q (relación de la reactancia a la resistencia) elevada porque se puede extraer más energía de ésta, pero como una elevación de la Q de la bobina tiende a aumentar su tamaño y costo, se requiere un compromiso. Además, una bobina captadora con una Q elevada puede plantear problemas de sintonización para pequeñas variaciones de la frecuencia de funcionamiento.
Pueden seleccionarse el número de espiras y el condensador resonante correspondiente para la relación de tensión/corriente requerida para una combinación óptima con los circuitos consiguientes. Tal como muestra la figura 10, el núcleo de la bobina captadora está situado de modo que maximice la interceptación de flujo magnético desde el devanado primario.
Puede instalarse igualmente una segunda bobina captadora, en la pila de ferrita, para que actúe de medio de desconexión para proteger la bobina captadora principal del flujo magnético. Su funcionamiento se describirá en relación con el controlador. (Ver "Bobina captadora sintonizada y características de funcionamiento" más adelante).
También puede preverse una bobina captadora auxiliar adicional, preferiblemente en un punto no conectado a la bobina captadora principal para activar separadamente los circuitos electrónicos a bordo.
Detalle de la fuente de alimentación en modo conmutante -figura 12 y figura 14
La figura 14 representa un controlador, en modo de conmutación, esquemático y simplificado. La tensión a través del condensador sintonizador (14112) de la bobina captadora (14111) es rectificado por (14114) y filtrado por (14121) y (14122) para producir una tensión de corriente continua. El comparador (14117) controla esta tensión y la compara con una referencia (14118). Si la energía de carga es inferior a la energía máxima capaz de ser generada en la carga 4116 desde la bobina captadora, aumentará la tensión del condensador. Esto hará que el comparador active el conmutador (14113) cortocircuitando eficazmente con ello la bobina captadora. El diodo (14122) impide que el condensador de salida de corriente continua sea igualmente cortocircuitado. El resultado de esta acción es que la energía transferida desde la bobina captadora es prácticamente cero. Por consiguiente, la tensión de corriente continua a través de (14115) disminuirá hasta el punto donde el comparador vuelva a desactivar el conmutador. La frecuencia con la que ocurre esta conmutación está determinada por la histeresis en el comparador (la resistencia 14123, con las resistencias 14119 y 14120), el tamaño del condensador (14115) y la diferencia entre la energía de carga y la energía máxima de salida de la bobina.
La figura 12 muestra más detalladamente el conmutador en función de controlador.
En esta figura, la bobina captadora está conectada a 12P1 entre los terminales 1 y 3. Un grupo de condensadores 12CT1, 12CT2 y el resto de la serie (ya que normalmente se precisan cinco para lograr 1,1 \muF) son los condensadores resonantes. Un rectificador puente que comprende cuatro diodos de reactivación rápida 12D4-D7 rectifica la energía que entra en 12L1, que comprende un filtro de impedancias de entrada para los condensadores 12C7 y 12C8. La energía de corriente continua es alimentada a la carga en los terminales 1 y 3 del conector 12P2. La tensión de la corriente continua es controlada por 12R1 y es separada por 12IC1:A. Si sobrepasa un valor de referencia, tal como determina 12REF3, el comparador 12IC1:B activará en 12T1, un dispositivo FET (transistor de efecto campo) de corriente de alto amperaje que sirve para cortocircuitar la bobina captadora. El régimen preferido de esta acción de conmutación es nominalmente de 30 Hz. 12T2 proporciona protección limitadora de corriente para el FET y el varistor 12V1 proporciona protección de tensión.
Si la energía de carga excede el máximo posible desde la bobina captadora, la tensión de salida estará siempre por debajo de la referencia ajustada por 12REF3 y el conmutador 12T1 estará siempre desactivado. Esto puede ocurrir durante velocidades de aceleración altas si la carga es un motor de corriente continua accionado por un inversor. El controlador de la figura 12 proporciona un medio para mantener la máxima transferencia de energía en estos casos al generar una señal de control conectada ópticamente que puede ser utilizada para dar instrucciones al inversor para que reduzca su aceleración. La señal se produce al comparar el voltaje en 12P2 con un transportador triangular impuesto justo debajo del nivel de referencia ajustado por 12REF3. El transportador triangular es producido por un oscilador de relajación 12IC1:C, mientras que 12IC1:D realiza la comparación. El aislamiento óptico lo proporciona 12IC2.
De este modo, el circuito en la figura 12 trata de mantener la tensión de salida dentro de unos límites máximo y mínimo y mantiene la corriente resonante dentro de la bobina captadora por debajo de un límite máximo.
Bobina captadora sintonizada y características de funcionamiento
Se ha descubierto que, en particular, pero no exclusivamente, en instalaciones en las cuales el devanado primario está en estado resonante, un vehículo ligeramente cargado puede bloquear la energía impidiéndole que llegue a otros vehículos distales del vehículo ligeramente cargado. Este efecto tiene lugar como resultado de niveles elevados de corriente de circulación a través de la bobina captadora ligeramente cargada que interactúan con la energía resonante en los inductores primarios. Por lo tanto, se ha ideado un controlador o acondicionador de energía del vehículo que combina dos funciones separadas del vehículo, es decir, la separación o desactivación de la bobina captadora siempre que la tensión de salida de la bobina suba por encima de un umbral predeterminado, y también la limitación de la corriente de salida siempre que el consumo de corriente de salida suba por encima de un segundo umbral. Este sistema es un método preferido de control de energía ya que, a diferencia del enfoque de energía máxima, puede proporcionar eficiencias de conversión superiores al 80%.
La separación de la bobina captadora puede realizarse mecánicamente, causando una separación física de la bobina apartándola de una posición óptima (cerca de los conductores primarios). La separación puede realizarse también eléctricamente. Por ejemplo, puede implementarse con un conmutador en serie en el interior del circuito resonante, que puede abrirse para interrumpir el flujo de corriente. A efectos de regulación, puede abrirse repetitivamente (por ejemplo a unos 20-100 Hz) de modo que proporcione una tensión de salida que fluctúe en torno a un valor objetivo. A efectos de control de movimiento, puede mantenerse abierto durante el tiempo que se desee. Este enfoque tiene la desventaja de que el conmutador, que tiene que ser un conmutador bidireccional, muestra una serie de caídas de tensión superiores a 2 voltios a los niveles de corriente resonante observados en la bobina captadora, dando por resultado una pérdida quizás de 50 a 100 W. Una segunda opción, preferida, aunque quizás sorprendente, es poner fuera de circuito la bobina captadora al cerrar un conmutador a través del condensador retirando el elemento resonante del sistema. Este conmutador cerrado no transporta mucha corriente, porque el circuito ya no es resonante, de modo que las pérdidas son pequeñas y de todos modos no alteran los modos de transporte de la energía. En el momento de cerrar el conmutador la carga almacenada en el interior del circuito resonante es pequeña. Si la salida pretendida es una opción de corriente con alto amperaje, baja tensión, seguirá habiendo una pérdida significativa en este conmutador, cuando se clasifique, de modo que una tercera opción preferida es proporcionar una bobina captadora secundaria que tenga un número de espiras relativamente mayor. Cuando se cortocircuita dicha bobina, el flujo de corriente a través del conmutador es relativamente pequeño.
En el funcionamiento de un sistema de un vehículo, utilizando un captador inductor, la energía de salida pedida desde el motor puede variar en una amplia gama. Por consiguiente, la demanda de energía eléctrica también puede variar mucho. Para aplicaciones ligeramente cargadas, se presenta un problema, ya que la impedancia reflejada de regreso a la línea de transmisión de hilos paralelos variará también ampliamente. En este ejemplo, el par de conductores paralelos antes descritos debiera considerarse una línea de transmisión, tal como muestra la figura 16.
En la figura 16, Reff representa la carga efectiva del motor presentada al circuito sintonizado de la bobina captadora. Esto corresponde a la bobina captadora inductora de la figura 13. Si la línea de transmisión es accionada por un generador de tensión, entonces el acoplamiento mutuo efectivo está representado por el circuito ilustrado en la figura 17.
El efecto del acoplamiento mutuo M es el de transferir una resistencia equivalente al lateral primario y esto está representado por el circuito que muestra la figura 18. Con referencia a la figura 17, si \omega es alto, pueden utilizarse los valores bajos para M (es decir, los factores de acoplamiento bajos) y siguen permitiendo una buena capacidad de transferencia de energía.
Un motor sobrecargado corresponde a un Ref. = infinito, mientras que un motor ligeramente cargado corresponde a Reff \sim 0. Así, en el caso sobrecargado \omega^{2}M^{2}/Ref. \rightarrow00 no se transfiere energía, mientras que en el caso ligeramente cargado \omega^{2}M^{2}/Ref. \rightarrow infinito, de modo que resulta cada vez más difícil mantener la corriente en la línea de transmisión de hilo paralelo. Esta última característica es altamente indeseable ya que un vehículo ligeramente cargado puede bloquear el flujo de corriente a los demás vehículos en la misma línea.
Es preferible que se suministre una corriente alterna de alta frecuencia a la línea de transmisión. Puede generarse dicha corriente de alta frecuencia con un alternador de alta frecuencia, o con mayor preferencia puede generarse con un circuito electrónico de energía, tal como se ha descrito anteriormente. En el caso de circuito electrónico de energía, la frecuencia de oscilación estará determinada por la carga reactiva continuada en la conexión y el efecto de vehículos ligeramente cargados es de desviar la frecuencia de funcionamiento apartándola de la frecuencia de trabajo preferida de 10 kHz en varios cientos de Hertzios. Al hacerlo, se soluciona el problema de \omega^{2}M^{2}/Ref. \rightarrow infinito, ya que los circuitos desintonizados reflejan una impedancia (reactiva) más baja pero el hecho de la desintonización vuelve a restringir el flujo de energía a los demás vehículos. Este problema puede minimizarse reduciendo el acoplamiento entre la línea de transmisión y la bobina captadora sintonizada. Esta solución se basa en la observación de que el término \omega^{2}M^{2}/Reff tiene esencialmente una sola variante - la inductancia mutua, correspondiente al factor de acoplamiento entre los dos circuitos magnéticos. Si este factor de acoplamiento - generalmente considerado constante - puede reducirse de hecho, entonces la interacción puede reducirse.
Una solución propuesta está representada en la figura 19. Se coloca una bobina adicional 1901 entre la línea de transmisión 1900 y la bobina captadora 1902. Esta bobina adicional tiene un conmutador 19S que, si está abierto significa que la bobina adicional no tiene efecto. Pero si el conmutador 19S está cerrado, esta bobina cortocircuitada evita que las trayectorias de flujo se crucen reduciendo de este modo el acoplamiento y reduciendo M. El posicionamiento de la bobina adicional no es crítico, siempre que intercepte algo de flujo, funcionará. Es particularmente preferible que la bobina adicional intercepte el flujo mientras que afecte a la inductancia lo menos posible. En la práctica, esto no es difícil de lograr. El conmutador 19S puede ser un conmutador electrónico de energía en una cualquiera de numerosas configuraciones conocidas.
En funcionamiento, la tensión a través del circuito sintonizado V_{T} es controlada y si asciende demasiado, entonces el circuito está demasiado ligeramente cargado y el conmutador S es activado para reducirlo. Si la tensión V_{T} es baja, el conmutador S queda abierto.
Este circuito es compatible con la circuitería de sobrecarga que utiliza igualmente V_{T} para implementar el control del rectificador.
Modo de realización preferido 2 - versión de 150 W
Este modo de realización preferido describe particularmente un prototipo de 150 W, a pequeña escala, que utiliza un motor a bordo de corriente continua, sin escobillas, para desplazar un vehículo o varios vehículos similares a lo largo de una vía por encima de cables primarios activados que funcionan a 10 KHz. La totalidad de este sistema está así libre de chispas de conmutación y puede ser adecuado en una atmósfera explosiva, tal como en una mina.
Conversión de energía de corriente continua-corriente alterna de alta frecuencia
El circuito para el generador de energía para este dispositivo está ilustrado esquemáticamente en la figura 6.
La corriente alimentada al cable de alta frecuencia 6101 y 6102 es generada utilizando un convertidor de conmutación de estado sólido 6100 que funciona en un modo resonante para producir una forma de onda sinusoidal de 10 kHz casi perfecta. Por consiguiente, la interferencia de radiofrecuencia transmitida desde el conductor es escasa ya que el contenido de armónicas de la corriente es bajo - inferior al 1% - y el sistema sería adecuado para funcionar en lugares con comunicaciones intensas tales como aeropuertos.
El circuito resonante en este modo de realización está contenido en el interior del inductor 6L1 bifurcado en el centro y el condensador 6C1, en el interior de la fuente de alimentación, debiendo ser, de este modo, estos componentes capaces de soportar la intensidad de la corriente resonante. El conductor inductivo es preferiblemente también resonante a la misma frecuencia. Como este diseño proporciona aislamiento eléctrico al transformador 6L1, es particularmente aplicable a sistemas de pequeña escala, donde la seguridad es importante, y también a situaciones en las cuales una tensión de alimentación relativamente alta, desde 6Edc, puede ser transformada en una tensión diferente.
Para proporcionar el aumento progresivo de corriente necesaria en la vía y minimizar el efecto de cambios de carga en la frecuencia de funcionamiento del convertidor, en este modo de realización preferido se hace que la relación de espiras del transformador de alta frecuencia con núcleo en forma de copa de ferrita sea elevada, colocando únicamente una espira en el lateral secundario. Para minimizar todavía más los efectos de carga en la frecuencia, se hace que la impedancia del circuito sintonizado de alta frecuencia (Z= \sqrt{(L1/C1)}) sea deliberadamente baja. No obstante, debe aceptarse un compromiso al elegir Z ya que los valores bajos dan por resultado una corriente de circulación primaria alta que reduce la eficacia y aumenta el costo y el tamaño del convertidor debido a la mayor capacitancia Cl necesaria. El bobinado del transformador lateral primario (L1) debiera construirse con múltiples cabos de hilo de pequeño diámetro, aislado, para reducir las pérdidas debidas a los efectos peliculares, mientras que el inductor de entrada Ls puede devanarse con hilo sólido ordinario ya que, esencialmente, sólo fluye corriente continua en éste.
El convertidor resonante representado esquemáticamente en la figura 6 está controlado por la desconexión cíclica alternativa de los dos conmutadores 6S1 y 6S2 para 180º del período de oscilaciones de 6L1 y 6C1, utilizando un circuito tal como el de la figura 5. En la tensión de entrada, 6Edc está por debajo de cierto nivel (como ocurre en la puesta en marcha), la desconexión cíclica está controlada por un oscilador que funciona aproximadamente a la frecuencia resonante para el circuito de f = 1\sqrt{(L1/C1)}. Una vez la tensión 6Edc haya sobrepasado este nivel fijado y hayan transcurrido unos milisegundos adicionales, se desconecta el oscilador fijo y 6S1 y 6S2 son desconectados cíclicamente en cambio a la frecuencia resonante amortiguada mediante la detección de cruces cero de tensión 6C1 y la conmutación en estos momentos. Esto asegura que bajo cualquier condición de carga, SI y S2 se conectan y desconectan con tensión cero a través de ellos, minimizando la pérdida de conmutación en los dos dispositivos.
Los dos conmutadores eléctricos, 6S1 y 6S2, están representados como MOSFET (Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico), pero pueden ser igualmente transistores bipolares, IGBT o GTO (tiristor de desconexión con interruptor abierto/cerrado) o cualquier otro conmutador de estado sólido destinado a controlar los niveles de energía que puedan ser necesarios en una aplicación particular. Sus puertas son accionadas por un controlador tal como se describe en la figura 5.
El proceso para la sintonización capacitativa, descrito anteriormente con relación a la figura 7, también se aplica en este tipo de controlador resonante.
Cable de alta frecuencia
En este modo de realización también, el cable de alta frecuencia que distribuye la energía a lo largo del o de los caminos adoptados por los vehículos en movimiento, consiste en un par de cables separados y sustancialmente paralelos, cada uno de ellos preferiblemente construido con hilos múltiples finos aislados, del tipo conocido como hilo Litz, para que reduzcan el efecto pelicular y las pérdidas de conducción del conductor adyacente. Un tipo preferido de hilo Litz, que se fabrica en el comercio, contiene unos 10.000 cabos de hilo de cobre esmaltado de calibre 40 con un diámetro de unos 13 mm, y tiene un precio económico. El espaciamiento de los cables no es particularmente crítico, no obstante, si están demasiado juntos, sus campos se anularán mutuamente y el acoplamiento a las bobinas captadoras de los vehículos será deficiente. Por el contrario, si están demasiado separados, las pérdidas de las bobinas captadoras serán innecesariamente altas ya que habrá entonces una porción significativa de la bobina captadora que transporte corriente al no haber sido cortada por los campos. Además, la inductancia de la vía aumentará, lo que significa que se tiene que facilitar más tensión a través de ésta con el fin de hacer circular la corriente requerida. Aunque este problema puede aliviarse hasta cierto punto mediante la colocación de condensadores en serie en el cable para reducir la necesidad de energía reactiva, tal como representa la figura 2, significa que se añade un costo adicional y un mayor volumen al cable.
Bobina captadora inductora
Una forma de bobina captadora comprende varias espiras de hilo con múltiples cabos sobre un formador no ferroso, preferentemente rectangular, cuya anchura es aproximadamente la misma que la del cable de alta frecuencia. El hilo de múltiples cabos es preferiblemente hilo Litz (tal como antes se ha descrito). En este modo de realización, no se ha utilizado un núcleo ferromagnético. La bobina está conectada en paralelo a un condensador cuyo valor es seleccionado para que produzca un circuito resonante y sintonice la bobina a la frecuencia de la energía distribuida (es decir, 10kHz). Es deseable tener una bobina captadora con una Q elevada para que se pueda extraer más energía de la misma. Como un aumento de la Q de la bobina tiende a aumentar su tamaño y costo - y plantea dificultades de sintonización - se precisa un compromiso. Se facilita igualmente una bobina captadora auxiliar para activar y sincronizar el controlador para el convertidor de energía máxima.
Convertidor de corriente máxima alterna-continua
En principio, se puede utilizar cualquier motor adecuado, incluso un motor de corriente alterna, tal como un motor de inducción, para accionar el trole si se añaden fases de conversión de energía adecuadas después del convertidor de máxima energía. El motor probado en un sistema prototipo es un tipo con corriente continua sin escobillas que tiene las ventajas de tener un bajo costo, un peso ligero, precisa poco mantenimiento y es adecuado para funcionar en entornos peligrosos.
El convertidor de corriente alterna-corriente continua máxima está representado, de forma general, en la figura 11, con detalles de su controlador representados en la figura 13.
Para procurar la máxima transferencia de energía desde la bobina captadora en condiciones de Q de baja a media, se utiliza un convertidor tipo caballete representado esquemáticamente en la figura 11 y controlado de manera que asegure que la bobina captadora cargada 11L2 tiene una Q que, de preferencia, no esté nunca por debajo de la mitad de la descargada. El controlador para 11S3 (circuito dado en la figura 14) está conmutado para que mantenga la tensión de cresta 11V1 al nivel para que proporcione la máxima energía. Si V1 sobrepasa V1_{ref} (en la figura 11), entonces el dispositivo 11S3 es "conectado" la próxima vez que la tensión a través de 11C2 pase por un cruce cero. Si durante medio ciclo, 11V no sobrepasa V1_{ref} entonces en el próximo cruce cero 11S3 se "desconecta". Utilizando este control integral a mitad de ciclo, se minimiza la pérdida de conmutación al igual que la interferencia de frecuencia de radio radiada.
La figura 13 muestra un circuito de control capaz de accionar la puerta de 11S3, a través del conductor de salida 13102, un ICL 7667. 13106 es una fuente de alimentación suministrada por la bobina auxiliar que produce una salida de 10V a 13101.
13104 es un detector de cruce cero, bloqueado en la fase de la corriente de alta frecuencia detectada. Su salida pasa a través de un circuito de formación de impulso, 13105 para convertirlo a impulsos de hiperamplitud, y a continuación cerrar un basculador D, 13107 que activa el conductor de puerta, mientras el comparador 13100 indique que el suministro está en un umbral de modo de puesta en marcha (ver la constante de tiempo en su entrada) y con ello admite impulsos de control a través de la puerta 13108. 13103 es el sensor primario del nivel de tensión de la bobina y activa 13109.
Accionamiento por motor
La figura 15 ilustra un tipo de accionamiento por motor que puede ser alimentado con corriente continua y proporciona un par motor de salida proporcional a la tensión suministrada 15Vo. (En principio, cualquier motor adecuado, incluso un motor de corriente alterna, tal como un motor de inducción, pudiera ser utilizado para accionar el vehículo si se añaden fases de conversión de corriente adecuadas después del convertidor de máxima potencia). El motor adoptado en un sistema prototipo es del tipo de corriente continua sin escobillas, que tiene las ventajas de tener un bajo costo, peso ligero, precisa poco mantenimiento y, al estar libre de chispas, es adecuado para funcionar en ambientes peligrosos. Una caja reductora de engranajes acopla el motor a las ruedas del vehículo con el fin de producir un par motor útil a velocidad reducida.
En el modo de realización preferido, la inercia del vehículo es tal que la velocidad del motor puede ser igualmente controlada simplemente bloqueando los conmutadores 15S4, S5 y S6 que conmutan el motor, de conformidad con un ciclo de servicio definido. El circuitaje de control de velocidad no entra dentro del campo de esta descripción y no ha sido incluido. El vehículo prototipo incorporaba conmutadores de límite sencillos en el mismo y en la vía para invertir la marcha del motor.
15101 comprende un freno electrónico; medios para unir los devanados del motor entre sí a través de los diodos 15102.
Control de energía en y desde la vía
Es preferible poder controlar en el vehículo la energía que éste precise para realizar las tareas que debe realizar. No obstante, existen igualmente ocasiones en las cuales resulta útil controlarla desde la vía. Para energía disponible cerca de cero, puede montarse el cableado de control en la vía o en estrecha correspondencia con ésta y cortocircuitado tal como muestra la figura 20. Cuando el conmutador 20S es de circuito abierto, no tiene ningún efecto. Cuando el conmutador 20S está cerrado, los vehículos no pueden pasar por esta parte de la vía pero pueden funcionar normalmente por ambos lados de ésta.
Para obtener mayor energía en una sección de la vía, puede utilizarse una bobina y activarla tal como muestra la figura 21. En este dibujo, la bobina es activada por el conductor superior. Los troles que pasan por encima de esta bobina ven dos veces la corriente de la vía 2I y, por lo tanto, pueden funcionar a dos veces el nivel de energía. Se logran fácilmente valores mayores de dos.
En este modo y en otros modos sencillos, pueden utilizarse devanados y bobinas alrededor de la vía para controlar los vehículos. La bobina puede ser igualmente utilizada para detectar un vehículo como en la figura 20 ya que si el conmutador S es de circuito abierto, la tensión de salida sube cuando un vehículo cubre la bobina. A continuación, si fuera preciso, puede cerrarse el conmutador para parar un vehículo en un lugar preciso. Existen otras muchas ampliaciones de estas técnicas sencillas, por ejemplo, pueden utilizarse bobinas detectoras para controlar vehículos en intersecciones de calles para evitar colisiones.
Variantes
La figura 22 muestra como pueden alimentarse vías secundarias 2210, 2211 a partir de la vía primaria 2212 utilizando bobinas captadoras directamente conectadas a los conductores de la vía secundaria, e inductivamente acopladas a los conductores de la vía primaria. Si se precisa una magnitud o frecuencia de corriente diferente en la vía secundaria, puede utilizarse entonces un segundo convertidor de corriente tal como representa 2213.
La figura 23 muestra un conmutador 23101 en paralelo con el condensador 23102 de la bobina captadora 23103. Al cerrar el conmutador 23101, el circuito se vuelve no resonante y, de este modo, reduce la energía conectada entre la bobina primaria (no representada) y la bobina captadora 23103.
Al controlar adecuadamente el funcionamiento del conmutador, puede controlarse la cantidad de energía recibida por la bobina captadora.
La figura 24 muestra una disposición menos preferida en la cual un conmutador 24101 está en serie con el capacitador 24102 y un inductor 24103 de modo que, cuando el conmutador está abierto, se impide que fluya la corriente resonante.
La figura 25 muestra un circuito de carga complementario. Éste tiene una bobina captadora 2501 que tiene un controlador 2502 que suministra una salida de corriente continua a un dispositivo principal 2503 (tal como un motor eléctrico).
Una carga complementaria en forma de resistencia 2504 está controlada por un conmutador 2505. Éste puede ser un dispositivo modulado por la anchura del impulso para controlar el tiempo durante el cual está conectada la resistencia 2504 con el fin de asegurar que el captador experimente siempre una carga completa, incluso si el dispositivo principal 2503 estuviera ligeramente cargado. Dicha disposición es útil en aplicaciones de energía inferior pero resulta ineficaz en aplicaciones de energía más altas ya que la fuente de alimentación primaria tiene que suministrar energía total durante todo el tiempo.
Las figuras 26-28 muestran otras variantes, incluyendo un cargador de batería (Figura 26), una instalación de alumbrado incandescente (Figura 27) y una instalación de alumbrado fluorescente (Figura 28). Los conductores primarios 2601, 2701, 2801, suministran energía a dispositivos móviles indicados por sus bobinas captadoras 2602, 2702, 2802, que pueden desplazarse acercándose o alejándose de los conductores primarios para cargar la energía acoplada a cada dispositivo.
El cargador de batería puede facilitar corriente constante a las baterías 2603 por medio del controlador 2604, el cual puede ser el mismo que el controlador de vehículo antes descrito.
De forma similar, la figura 27 muestra una lámpara incandescente 2703 colocada en lugar de las baterías. La lámpara puede estar alimentada con la tensión de corriente continua necesaria a partir de un controlador de tensión 2704 para que corresponda a la tensión (corriente alterna) de la red local. De ahí que la salida pueda ajustarse a 230 V de corriente continua para Nueva Zelanda para utilizar los aparatos de alumbrado adaptados al suministro eléctrico local de 230 V de corriente alterna.
Se prefiere que la lámpara incandescente sea alimentada con corriente continua, para evitar los problemas que pudieran presentarse con la inductancia de la lámpara a la frecuencia de la fuente de alimentación. Desplazando el aparato de alumbrado hacia el primario o alejándolo de éste, puede variarse la cantidad de corriente acoplada a la bobina captadora.
La figura 28 muestra un aparato de alumbrado fluorescente 2803 alimentado por la corriente alterna de alta frecuencia recibida por la bobina captadora 2802.
Pueden introducirse diversas variaciones y modificaciones a lo que antecede sin salirse del ámbito de la presente invención, tal como se señala en las siguientes reivindicaciones.

Claims (50)

1. Un sistema inductor de distribución de energía que comprende:
una fuente de alimentación eléctrica (2402);
una trayectoria conductora primaria (2405) conectada a dicha fuente de alimentación eléctrica (2402);
uno o varios dispositivos eléctricos (2101, 2102, 2401) para su uso conjuntamente con dicha trayectoria conductora primaria (2405);
siendo el dispositivo o cada uno de ellos (2401) capaz de derivar al menos algo de energía a partir de un campo magnético asociado a dicha trayectoria conductora primaria (2405);
teniendo el dispositivo o cada uno de ellos (2401) al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) y al menos una carga de salida capaz de ser accionada por energía eléctrica inducida en el medio de captación inductor;
en donde:
dicho al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) comporta un componente resonante que tiene una frecuencia resonante captadora;
y se provienen medios de control de la energía aplicada a dicha carga de salida;
caracterizado porque existe un medio de desacoplamiento mecánico o eléctrico capaz de ser accionado por dichos medios de control para prevenir la transferencia de energía desde dicha trayectoria conductora primaria a dicho dispositivo durante la operación del mismo, impidiendo que la corriente resonante fluya en el medio de captación inductor mientras trayectoria conductora primaria está activa, para así separar de forma sustancialmente completa dicho al menos un medio de captación inductor de la trayectoria conductora primaria (2405).
2. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio de desacoplamiento incluye medios (23101, 24101) para desacoplar dicho al menos un medio de captación inductor (23103, 24104) de forma intermitente.
3. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 2, caracterizado porque cada período en el cual dicho al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) no está desacoplado, incluye muchos ciclos de la frecuencia resonante captadora.
4. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el o los dispositivos eléctricos (2101, 2102, 2401) son dispositivos móviles o portátiles.
5. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque la carga de salida comprende un cargador de batería que suministra energía a una o varias baterías 2603.
6. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (2405) comprende un circuito resonante primario (2403, 2405) que tiene una frecuencia resonante primaria sustancialmente igual que la frecuencia resonante captadora.
7. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de desacoplamiento está montado en el dispositivo (2401) o, donde haya más de un dispositivo (2401), un medio de desacoplamiento similar está montado sobre cada dispositivo (2101, 2102).
8. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de desacoplamiento comprende medios para desplazar físicamente el medio de captación inductor apartándolo de la trayectoria conductora (2405).
9. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio de captación inductor incluye asimismo un componente de captación inductor no resonante.
10. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio de desacoplamiento forma parte de dicho componente de captación inductor no resonante.
11. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio de desacoplamiento forma parte de dicho componente de captación inductor resonante.
12. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de desacoplamiento comprende una bobina aislante (1901), teniendo dicha bobina aislante un conmutador (19S) para conmutar la bobina entre un circuito abierto y un cortocircuito de modo que cuando el conmutador (19S) es conmutado de un estado a otro, cambie la energía acoplada entre la trayectoria conductora primaria (2405) y el medio de captación inductor (1901).
13. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 12, caracterizado porque la bobina aislante (1901) está montada en la trayectoria conductora primaria (2405) o muy cerca de ésta.
14. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 12, caracterizado porque una bobina aislante está montada en el dispositivo (2401) o en cada uno de ellos.
15. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente resonante de captación inductor (23102, 23103) comprende un condensador y un inductor, y el medio de desacoplamiento comprende un conmutador (24101) en serie con el condensador para conmutar el componente resonante de captación inductor (24102, 24103) entre un circuito resonante y un circuito abierto, de modo que cuando el conmutador está en circuito abierto, impide que la corriente resonante fluya en el medio de captación inductor (24103).
16. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio de desacoplamiento comprende un conmutador a través del medio de captación inductor (23103) para conmutar el medio de captación inductor entre un circuito resonante (23102, 23103) y un cortocircuito, de modo que, cuando el medio de captación inductor (23103) es cortocircuitado, se impide que la corriente resonante fluya en el medio de captación inductor (23103).
17. Un sistema inductor de distribución de corriente según la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente de energía (2102) es eléctricamente sintonizable.
18. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 6, caracterizado porque la fuente de alimentación (2102) en combinación con el circuito resonante primario (23102, 23103) está adaptado para producir una corriente alterna sinusoidal de una frecuencia sustancialmente igual a la de la frecuencia resonante primaria.
19. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 18, caracterizado porque la fuente de alimentación (2102) comprende un convertidor de conmutación que tiene al menos un conmutador, medios para detectar una fase de la energía en la trayectoria conductora primaria resonante (2405), y medios para controlar dicho conmutador conectado a dicho medio para detectar la fase en la trayectoria conductora primaria resonante (2405) con lo cual, en el uso, dicho al menos un conmutador es bloqueado en la fase de energía resonante en la trayectoria conductora primaria resonante (2405).
20. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 19, caracterizado porque la fuente de alimentación (2402) es una fuente de alimentación monofásica (2304) y dicho al menos un conmutador comprende al menos un par de conmutadores complementarios (2302).
21. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente resonante de captación inductor es un circuito resonante en serie que tiene al menos un condensador y al menos un inductor.
22. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el componente resonante de captación inductor (23102, 23103) es un circuito resonante paralelo que tiene al menos un condensador (23102) y al menos un inductor (23103).
23. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 22, caracterizado porque el inductor tiene un núcleo magnéticamente permeable (10102).
24. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 23, caracterizado porque el inductor es configurado de forma que casi rodee por completo una porción de la trayectoria conductora primaria.
25. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 24, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (1100) comprende un par de conductores espaciados, sustancialmente paralelos (1102), (1103), y el núcleo de dicho inductor tiene forma de E y cada uno de dicho par de conductores está posicionado en medio de dos patas adyacentes del núcleo en forma de E.
26. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (2401) es seleccionado del grupo que comprende vehículos, aparatos eléctricos, herramientas manuales eléctricas, maquinaria eléctrica, cargadores de batería o accesorios de alumbrado.
27. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo o cada uno de ellos es un vehículo.
28. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 27, caracterizado porque al menos una carga de salida comprende un aparato eléctrico montado en dicho vehículo (2401).
29. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 27, caracterizado porque la al menos una carga de salida comprende medios para levitar dicho vehículo con relación a dicha trayectoria conductora primaria (2405).
30. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 27, caracterizado porque al menos una carga de salida comprende al menos un motor eléctrico (2503) en dicho vehículo.
31. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1 o la reivindicación 27, caracterizado porque el componente resonante de captación inductor es un circuito resonante en serie que tiene al menos un condensador y al menos un inductor.
32. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1 o la reivindicación 27, caracterizado porque el componente resonante de captación inductor (23102, 23103) es un circuito resonante paralelo que tiene al menos un condensador (23102) y al menos un inductor (23103).
33. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 32, caracterizado porque el medio de desacoplamiento comprende una bobina aislante (1901) en el vehículo (2401), teniendo dicha bobina aislante un conmutador (19S) para conmutar la bobina aislante (1901) entre un circuito abierto y un cortocircuito de modo que cuando el conmutador (19S) es conmutado de un estado a otro, cambie la energía acoplada entre la trayectoria conductora primaria (2405) y el medio de captación inductor (1902).
34. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 33, caracterizado porque existen medios para controlar dicho conmutador (19S) y un medio (14117) para controlar la tensión a través del condensador (14112) y el inductor (14111), de modo que si (a) la tensión excede un valor predeterminado superior, el medio de control (14117) conmute el conmutador (19S) de un estado de circuito abierto a un estado de cortocircuito para permitir que la tensión caiga por debajo del valor predeterminado superior, o si (b) la tensión cae por debajo de un valor predeterminado inferior, el medio de control conmute el conmutador (19S) de un estado de cortocircuito a un estado de circuito abierto.
35. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 32, caracterizado porque el medio de desacoplamiento comprende un conmutador (23101, 24101) en el medio de captación inductor para conmutar el medio de captación inductor entre un estado resonante y un estado no resonante.
36. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 35, caracterizado porque existen medios para controlar dicho conmutador (14113) y un medio (14117) par controlar la tensión a través del condensador y el inductor, de modo que si (a) la tensión sobrepasa un valor predeterminado superior, el medio de control (14117) activa el conmutador, convirtiendo el circuito (14111), (14112) de un estado resonante a un estado no resonante para permitir que la tensión caiga por debajo del valor predeterminado superior, o si (b) la tensión cae por debajo de un valor predeterminado inferior, el medio de control (14117) conmuta el circuito (14111), (14112) de un estado no resonante a un estado resonante.
37. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 35, caracterizado porque el conmutador (24101) está en serie con dicho condensador (24102) y dicho inductor (24103).
38. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 35, caracterizado porque el conmutador (23101) está en paralelo con dicho condensador (23102) y dicho inductor (23103).
39. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1 ó la reivindicación 27, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (2405) comprende un solo conductor primario.
40. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1 ó la reivindicación 27, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (1100) comprende un par de conductores espaciados y sustancialmente paralelos (1102), (1103).
41. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 39 ó la reivindicación 40, caracterizado porque el conductor primario o cada uno de ellos comprende uno o varios cabos de material conductor alargado (9107) que tienen una superficie relativamente ancha disponible para el transporte de corriente de alta frecuencia.
42. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 41, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (2405) incluye una o varias zonas que tienen conductores primarios adicionales de modo que, en el uso, dichos zonas poseen campos magnéticos potenciados.
43. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 1 ó la reivindicación 27, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (2405) comprende un circuito resonante primario (23102, 23103) que tiene una frecuencia resonante primaria sustancialmente la misma que la frecuencia resonante captadora, comprendiendo dicho circuito resonante primario (23102, 23103) un par de conductores alargados, espaciados entre sí, y conectados al menos a un condensador para formar un devanado cerrado.
44. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 43, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (2105) finaliza en un condensador adicional (2107).
45. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 43, caracterizado porque la trayectoria conductora primaria (2305) finaliza en un elemento conductor.
46. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 43, caracterizado porque existen unos medios para sintonizar la frecuencia resonante primaria a una frecuencia particular, comprendiendo dichos medios de sintonización uno o varios cuerpos magnéticamente permeables (9105) que pueden ser desplazados muy cerca de la trayectoria conductora primaria (9107) o apartados de dicha posición, para cambiar la inductancia del circuito resonante primario (23102, 23103).
47. Un vehículo capaz de derivar parte de su energía de un campo magnético asociado a una trayectoria conductora primaria (2405) alimentado por una corriente eléctrica variable, teniendo dicho vehículo al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) y al menos una carga de salida (2503) capaz de ser accionada por energía eléctrica inducida en el medio de captación inductor (23103, 24103, 2501), en donde dicho al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) comprende un componente resonante que tiene una frecuencia resonante captadora,
y se provienen medios de control de la energía aplicada a dicha carga de salida;
caracterizado porque existe un medio de desacoplamiento mecánico o eléctrico capaz de ser accionado por dichos medios de control para prevenir la transferencia de energía desde dicha trayectoria conductora primaria a dicho dispositivo durante la operación del mismo impidiendo que la corriente resonante fluya en el medio de captación inductor mientras la trayectoria conductora primaria está activa, para así separar de forma sustancialmente completa dicho al menos un medio de captación inductor de la trayectoria conductora primaria (2405).
48. Un vehículo según la reivindicación 47, para su uso con una trayectoria conductora primaria que comprende un par de conductores (10110, 10111) que se extienden sustancialmente paralelos entre sí y conectados entre sí en el extremo terminal, caracterizado porque el núcleo (10102) de dicho medio de captación inductor (23103) tiene forma de E de modo que, en el uso, cada uno de dicho par de conductores (10110, 10111) está posicionado en medio de las dos patas adyacentes del núcleo con forma de E (10102).
49. Un sistema inductor de distribución de energía que comprende:
una fuente de alimentación eléctrica (2402);
una trayectoria conductora primaria (2405) conectada a dicha fuente de alimentación eléctrica (2402);
una pluralidad de dispositivos eléctricos (2101, 2102) para su uso conjuntamente con dicha trayectoria conductora primaria (2405);
siendo cada dispositivo (2101) capaz de derivar al menos algo de energía desde un campo magnético asociado a dicha trayectoria conductora primaria (2405);
teniendo cada dispositivo (2101) al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) y al menos una carga de salida capaz de ser accionada por energía eléctrica inducida en el medio de captación inductor (23103, 24103, 2501),
en donde dicho al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) comprende un componente resonante (23102, 23103) que tiene una frecuencia resonante captadora;
y se previenen medios de control de la energía aplicada a dicha carga de salida;
caracterizado porque cada dispositivo (2101) tiene un medio de desacoplamiento capaz de ser accionado por dichos medios de control para prevenir la transferencia de energía desde dicha trayectoria conductora primaria a dicho dispositivo durante la operación del mismo, impidiendo que la corriente resonante fluya en el medio de captación inductor mientras la trayectoria conductora primaria está activa, para así separar de forma sustancialmente completa dicho al menos un medio de captación inductor (23103, 24103, 2501) de la trayectoria conductora primaria (2405).
50. Un sistema inductor de distribución de energía según la reivindicación 41, caracterizado porque cada conductor de dicho par de conductores (10110, 10111) comprende hilo Litz.
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