ES2278417T3 - Metodo y aparato para suministrar energia sin contacto. - Google Patents

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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y UN APARATO QUE PERMITEN UNA ALIMENTACION DE ENERGIA SIN CONTACTO. LA ENERGIA ELECTRICA ES TRANSFERIDA DESDE UNA FUENTE DE ALIMENTACION (100) A UNA CARGA (500) A TRAVES DE UN CONVERTIDOR DE ENERGIA PRIMARIA QUE PUEDE CONECTARSE A LA FUENTE DE ENERGIA, A TRAVES DE UN PRIMER BUCLE DE INDUCCION MAGNETICAMENTE ACOPLADO AL BUCLE DE INDUCCION PRIMARIA (200) Y LUEGO A UN CONVERTIDOR DE ENERGIA SECUNDARIA. EL FACTOR DE POTENCIA, QUE CORRESPONDE A LA TRANSFERENCIA DE ENERGIA ELECTRICA, ES UNO. VARIAS CARGAS PUEDEN RECIBIR ENERGIA PROCEDENTE DE LA FUENTE Y, DONDE LAS CARGAS ESTAN SITUADAS EN ZONAS, PUEDEN EVITARSE LAS COLISIONES ENTRE LAS CARGAS.

Description

Método y aparato para suministrar energía sin contacto.
Campo técnico
La presente invención se refiere a sistemas de distribución de energía eléctrica, y más particularmente, a métodos y aparatos para transferencia sin contacto (especialmente transferencia magnética) de energía eléctrica desde conductores eléctricos primarios hasta bobinas captadoras secundarias.
Antecedentes de la invención
En muchas aplicaciones, los sistemas de transporte de pasajeros y mercancías tales como trenes o monocarriles llevan motores lineales o rotativos eléctricos para proporcionar la propulsión. Los motores para tales sistemas generalmente tienen escobillas para la correcta distribución de la energía eléctrica dentro de los motores. La energía eléctrica se produce mediante fuentes de alimentación de energía. Adicionalmente, las fuentes de alimentación de energía para estos sistemas de transporte habitualmente usan o bien baterías de a bordo o pantógrafos que llevan energía eléctrica al sistema de transporte desde conductores que son paralelos a la ruta de los sistemas de transporte. La energía eléctrica también puede suministrarse mediante barras ómnibus con tomas de corriente de tipo de contacto deslizante, sistemas de festón de cable flexible, o bobinas de cables, así como otros dispositivos de manipulación de
cables.
Muchas aplicaciones imponen condiciones operativas que son extraordinariamente arduas. Incluyen la necesidad de una mayor velocidad y/o aceleración, configuraciones de vía complejas, y condiciones medioambientales difíciles.
La vida de la batería limita la utilidad de los sistemas de transporte alimentados por batería. La formación de chispas, el ruido y los costes altos de instalación limitan la utilidad de los pantógrafos y/o de los motores. El desgaste y los costes de mantenimiento limitan la utilidad de todos los sistemas de transporte de pasajeros descritos anteriormente porque no son fiables y requieren mucho mantenimiento.
Las condiciones medioambientales difíciles hacen que los sistemas de transporte convencionales sean vulnerables al agua, viento, nieve y hielo, así como a una atmósfera explosiva, suciedad y otras posibles situaciones ambientales. Adicionalmente, los sistemas de transporte convencionales pueden ser peligrosos en funcionamiento, produciendo por ejemplo arcos y chispas, además de estar eléctricamente cargados, y por lo tanto no ser a prueba de tacto.
La transferencia de potencia inductiva sin contacto ofrece una alternativa atractiva a los sistemas de transporte descritos anteriormente porque no produce chispas, no se desgasta ni se rompe y no tiene un funcionamiento peligroso. La transferencia de potencia de este tipo también es segura, silenciosa y tiene una alta fiabilidad. Además, la transferencia de potencia inductiva sin contacto ofrece una velocidad y aceleración sin límites. Las propuestas de la técnica anterior de sistemas de transferencia de potencia inductiva sin contacto no han dado lugar a un uso extenso de la transferencia de potencia sin contacto porque la transferencia inductiva de energía eléctrica satisfactoria solamente puede conseguirse teniendo en cuenta factores adicionales.
En la técnica anterior, se han publicado numerosas patentes que describen la transferencia inductiva de energía eléctrica a dispositivos móviles. Generalmente todas estas patentes de la técnica anterior describen la transferencia de pequeñas cantidades de energía eléctrica ya que se requiere una cantidad relativamente alta de potencia aparente como consecuencia del entrehierro grande en tales sistemas de la técnica anterior.
También ha habido numerosas patentes que describen transferencia de energía cinética (por ejemplo, Tesla, en la patentes de los EE.UU. número 514,97). Sin embargo, la patente histórica que es la más relevante para la presente invención es la de Hutin et al. (patente de los EE.UU. número 527,857) que, en 1984, describió el uso de la inducción de corriente alterna, a aproximadamente 3 kHz. En 1974, Otto (en la patente de Nueva Zelanda número 167,422) sugirió una solución práctica para la transferencia de potencia inductiva usando un arrollamiento secundario resonante en serie que funciona en el intervalo de 4 a 10 KHz para la transferencia de potencia inductiva a un vehículo en movimiento.
En 1994, Boys y Green (patente de los EE.UU. número 5,293,308) sugirió otro sistema práctico para la transferencia de potencia inductiva unidireccional, usando los resultados de Otto en cuanto al arrollamiento secundario resonante y añadiendo algunos dispositivos para mejorar las características de la transferencia. El sistema de Boys-Green añade un condensador en paralelo al primario. Este método reduce la potencia aparente requerida pero tiene al menos dos inconvenientes. Un inconveniente es que el punto de compensación varía con la carga secundaria. El factor de potencia de este y otros sistemas de la técnica anterior depende de la carga y nunca es igual a la unidad. El otro inconveniente del sistema de Boys-Green es que una gran cantidad de potencia reactiva circula en el primario, resultando en pérdidas altas del primario y eficacias menores que desafortunadamente son casi independientes de la potencia transferida. Para reducir los efectos de estos inconvenientes, Boys et al. Sugieren sintonizar un condensador paralelo al primario a una frecuencia de sobreoscilación que depende de, y está perturbada por, las condiciones de carga secundaria. En consecuencia, solamente pueden transferirse cantidades limitadas de potencia real en estos sistemas de la técnica anterior, conduciendo a su utilidad marginal. Boys et al. también sugirieron usar cable Litz para el primario para reducir las pérdidas en el primario. Sugerencias adicionales reflejan la necesidad de un diseño especial de los componentes de control y de hardware para conseguir otras características menos importantes de la transferencia de potencia. Por ejemplo, se requiere un desacoplamiento magnético primario-secundario complejo para múltiples secundarios, y el diseño complejo de segmentación y sintonización de primario da lugar a restricciones del sistema.
En 1993, Nishino y Boys (solicitud de patente de Nueva Zelanda NZ93/00032) sugiere formar el primario a partir de un número de módulos que son segmentos primarios previamente sintonizados conectados en serie. La conexión de polos con la misma polaridad con un cable no inductivo tiende a restringir su sistema, limitando las frecuencias resonantes posibles.
Por el documento WO-A-940 9558 se conoce un sistema según el preámbulo de la reivindicación 1. Sin embargo, surgen algunos problemas específicos a partir del diseño tanto del lado primario como del lado secundario del sistema. Esto es particularmente cierto con respecto a los diversos bucles pequeños del conductor primario y la compensación paralela en el lado primario y el diseño de la bobina captadora secundaria y la compensación paralela de la misma en el lado secundario.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un sistema mejorado según la reivindicación 1 para la transferencia inductiva (magnética) de grandes cantidades de energía eléctrica debido a su alta eficacia, diseño sencillo y costes de instalación bajos, y un método correspondiente según la reivindicación 33. Esto se consigue en parte a través de su diseño novedoso de bobina captadora, compensación de factor de potencia única y circuitos de transferencia de potencia, y capacidad de flujo de potencia inversa. La invención puede aplicarse a sistemas que incluyen fuentes de CA o CC y una o más cargas secundarias activas y/o pasivas de CA y/o CC. El diseño simplificado de la invención aloja los componentes de uso y reduce así el coste de instalación para aplicaciones típicas.
El sistema de potencia sin contacto ("Contactless Power Supply", CPS) inventivo supera las siguientes limitaciones, entre otras: proporciona capacidad de transferencia de potencia directa e inversa; tiene un factor de potencia unitario bajo todas las condiciones de carga; sólo aplica potencia real al primario, conduciendo a una mayor eficacia y mayor capacidad de transferencia de potencia; la cantidad de potencia transferida solamente está limitada por la capacidad del primario; no se requiere el desacoplamiento magnético primario-secundario para múltiples secundarios; y tiene una geometría del primario sencilla sin ninguna restricción del sistema.
El sistema inventivo tiene un gran número de aspectos. Es un sistema de potencia sin contacto universal que transfiere magnéticamente grandes cantidades de energía eléctrica en fase (es decir, factor de potencia = 1) de manera bidireccional entre una fuente primaria de CA o CC y una o más cargas secundarias de CA y/o CC que son activas y/o pasivas.
El sistema inventivo presenta una bobina captadora de arrollamientos distribuidos que mejora el acoplamiento magnético primario-secundario, los que aumenta la eficacia y permite una mayor transferencia de potencia. La bobina captadora tiene compensación paralela, y consiste en o bien condensadores paralelos resonantes fijos o bien condensadores paralelos con compensación adaptiva adicional. Esta compensación adaptiva adicional transfiere potencia en fase a la carga, a una tensión constante, independientemente del estado magnético (es decir, consumo o generación) de la carga. A diferencia de la técnica anterior y como un aspecto adicional, la presente invención usa un diseño de bobina captadora que consiste en dos arrollamientos que están parcialmente acoplados magnéticamente y parcialmente no acoplados magnéticamente. Cada uno de los dos arrollamientos se distribuye en la culata media y en una diferenciada de las culatas laterales de un núcleo ferromagnético, conduciendo a un acoplamiento magnético y a una eficacia de transferencia de potencia, considerablemente mejorados entre el bucle inductivo primario y la bobina
captadora.
En otro aspecto de la invención, cada uno de los dos arrollamientos de la bobina captadora se conecta a un condensador resonante paralelo y se compensa al factor de potencia unitario.
En otro aspecto de la invención, los condensadores paralelos compensan parcialmente los arrollamientos y componentes adicionales compensan de manera adaptiva los arrollamientos colectivos al factor de potencia unitario y automáticamente suministran potencia en fase a la carga secundaria, a una tensión constante independientemente de la magnitud de la carga.
El sistema inventivo también ofrece compensación en serie del bucle primario, lo que resulta en un factor de potencia unitario constante bajo todas las condiciones de carga y aumenta la eficacia y permite una mayor transferencia de potencia. Esta compensación se consigue a través de condensadores en serie distribuidos o con condensadores acoplados por transformador concentrados.
A diferencia de la técnica anterior y como un aspecto adicional de esta invención, el bucle inductivo primario se compensa al factor de potencia unitario con uno o más condensadores en serie y, en consecuencia, la presente invención no requiere ninguna potencia reactiva que circule en el bucle primario; sino que la potencia aplicada al primario y transferida magnéticamente al secundario siempre está al factor de potencia unitario.
El control de potencia inversa que proporciona el sistema de la invención permite que la potencia inversa de una carga activa se transfiera de regreso a través de la bobina captadora al primario y se realimente a la línea o a otros consumidores intermedios.
Las bobinas captadoras del sistema de la invención pueden conectarse en paralelo a su salida de CC para una mayor transferencia de potencia.
El sistema inventivo también puede proporcionar un control de corriente constante primario, lo que permite la transferencia de potencia a múltiples secundarios sin necesidad de desacoplar magnéticamente los secundarios del primario. Esto puede conseguirse mediante regulación por impulso del inversor de salida primario.
El sistema inventivo puede proporcionar adicionalmente control de tensión constante primario, lo que permite que la corriente se eleve o caiga dentro de la magnitud de la carga secundaria, y caiga al nivel de imantación cuando la carga es cero. Esto aumenta la eficacia y permite una mayor transferencia de potencia.
Adicionalmente, el sistema inventivo puede tener conductores primarios paralelos, lo que aumenta los amperios-vuelta del bucle inductivo primario y proporciona así una mayor transferencia de potencia. Esto puede conseguirse a través de equilibrado de corriente, lo que minimiza las pérdidas y aumenta la eficacia.
El sistema inventivo también puede tener un bucle inductivo primario trifásico y una segunda bobina captadora para mayor transferencia de potencia. Esto puede conseguirse a través de un inversor de salida primario trifásico y un inversor de entrada secundario trifásico.
El sistema también ofrece una configuración secundaria derivada, en la que un sistema primario único puede alimentar aplicaciones que implican ejes de movimiento adicionales.
Adicionalmente, el sistema inventivo puede proporcionar múltiples zonas primarias, que pueden conmutarse entre magnéticamente activas y magnéticamente neutras. Esto permite la transferencia de potencia solamente cuando una zona está magnéticamente activa y, en consecuencia, aumenta la seguridad y eficacia del sistema. El control de zonas puede permitir solamente una carga por zona y en consecuencia, sitúa todos los secundarios en paralelo para que todos los secundarios tengan un fuente de tensión constante común y adicionalmente garantiza que un secundario cualquiera no puede estar físicamente en contacto con cualquier otro secundario. Esto es un sistema anticolisión.
El sistema inventivo también puede proporcionar múltiples inversores de salida primarios con conmutación de reparto de carga a múltiples bucles inductivos primarios, puentes de inversores primarios paralelos para una mayor transferencia de potencia, y un bucle inductivo primario hecho de cable industrial estándar que no es cable Litz.
En un aspecto y en su forma más general, la invención es un sistema sin contacto para transferir magnéticamente energía eléctrica en fase entre una fuente primaria y una carga secundaria. El sistema incluye un convertidor de energía primaria, una red de transferencia de energía primaria que está acoplada magnéticamente con una red de transferencia de energía secundaria, y un convertidor de energía secundario.
Según un aspecto, la invención es un sistema sin contacto para transferir magnéticamente energía eléctrica desde una fuente primaria hasta una carga secundaria. El sistema incluye un convertidor de energía primaria, un bucle inductivo primario, una bobina captadora secundaria, y un convertidor de energía secundario. El convertidor de energía primario puede conectarse a la fuente de potencia de entrada e incluye un inversor de entrada. El bucle inductivo primario se conecta al inversor de salida e incluye al menos una vuelta que se compensa al factor de potencia unitario. La bobina captadora secundaria está acoplada magnéticamente al bucle inductivo primario y se compensa al factor de potencia unitario. El convertidor de potencia secundario se conecta a la bobina captadora secundaria, incluye un inversor de entrada y puede conectarse a la carga secundaria.
En otro aspecto, la invención es un sistema magnético sin contacto para transferir energía eléctrica en fase a múltiples cargas secundarias.
En otro aspecto, la invención es un sistema magnético sin contacto para transferir energía eléctrica en fase de manera bidireccional entre una fuente primaria y una o más cargas secundarias activas.
En otro aspecto de la invención, una o más bobinas captadoras idénticas se conectan en paralelo a sus respectivas salidas de CC para aumentar la potencia de salida total.
En aspectos adicionales de la invención, la compensación en serie del bucle inductivo primario se consigue o bien mediante condensadores en serie distribuidos o mediante condensadores acoplados por transformador concentrados. Este último método elimina múltiples ubicaciones de compensación y facilita el ajuste de compensación.
A diferencia de la técnica anterior y como otro aspecto de esta invención, el controlador de potencia secundario incluye control de potencia inversa que detecta el estado de la carga activa y controla el flujo de potencia inversa cuando la carga está en un estado de generación. La potencia inversa se transfiere de vuelta al primario donde se realimenta en la línea o, alternativamente, a otros consumidores intermedios.
A diferencia de la técnica anterior y como un aspecto adicional de esta invención, el controlador de potencia primario incluye control de corriente constante que permite la transferencia de potencia a múltiples cargas secundarias sin necesidad de desacoplar las bobinas captadoras secundarias del bucle inductivo primario.
En otro aspecto de la invención, el control de corriente constante primario se consigue a través de la regulación por impulso variable del inversor de salida primario.
A diferencia de la técnica anterior y como otro aspecto de esta invención, se suministra potencia al bucle inductivo primario a una tensión constante y factor de potencia unitario. La magnitud de la corriente primaria se determina mediante la magnitud de la carga y cae al nivel de imantación cuando la carga es cero.
Como otro aspecto de la invención, el bucle primario inductivo está compuesto por múltiples vueltas paralelas que están equilibradas en corriente. Se aumentan los amperios-vuelta del primario y por tanto, la transferencia de potencia.
Como aspectos adicionales de la invención, el bucle inductivo primario y la bobina captadora secundaria acoplan magnéticamente la potencia trifásica, y el inversor de salida primario y el inversor de entrada secundario son puentes trifásicos.
En otro aspecto más de la invención, el convertidor de energía secundario alimenta un bucle inductivo primario que se acopla a una bobina captadora auxiliar y a un convertidor de energía. Esta disposición permite la transferencia de potencia a equipos que funcionen en múltiples ejes tal como el puente y el carro de un puente-grúa.
En otro aspecto de la invención, el bucle inductivo primario está configurado en múltiples zonas que pueden conmutarse entre magnéticamente activas y magnéticamente neutras de manera que la potencia pueda transferirse magnéticamente a un secundario solamente cuando la zona está magnéticamente activa. En otro aspecto más de la invención, se incluyen medios de control para permitir que solamente una carga pueda situarse en una zona cualquiera, situando así todas las cargas en paralelo y evitando la colisión física de una carga con otra.
En otro aspecto de la invención, se conectan múltiples convertidores de energía primarios a múltiples bucles inductivos primarios de una forma que permite que un convertidor de energía primario alimente más de un bucle primario a través de una disposición de conmutación. Mediante esta configuración, un convertidor de energía primario puede ponerse fuera de servicio sin interrumpir la transferencia de potencia al sistema global.
En otro aspecto de la invención, el convertidor de energía primario utiliza los puentes de convertidor de salida paralelos para aumentar la potencia primaria para una mayor transferencia de potencia.
En otro aspecto de la invención, el bucle de inductivo primario está hecho de cable industrial convencional (que no es cable Litz) lo que es posible debido a la alta eficacia de la invención.
La transferencia sin contacto de energía eléctrica descrita en la solicitud se produce por un entrehierro grande cuya separación se mide en el intervalo de centímetros. El principio físico de la invención descrita se basa en las leyes de Maxwell ya que se refieren a campos magnéticos alternos.
Aunque solamente se describen una o algunas aplicaciones específicas de esta invención en la solicitud, los campos de aplicación generalmente implican la transferencia de potencia a equipos en movimiento o estacionados tales como vehículos comerciales o industriales, grúas, ascensores, sistemas de manipulación de materiales, máquinas herramientas y otros equipos similares.
Según un aspecto, la invención es un sistema inductivo sin contacto para transferir energía eléctrica a una primera carga. El sistema incluye una primera bobina captadora, un primario, un primer inversor de CA, y un interruptor controlado por corriente constante. La primera bobina captadora se sintoniza a una frecuencia de resonancia. El primario se forma como un bucle. También se conecta con uno o más condensadores en serie, y se sintoniza a la frecuencia de resonancia.
El primer inversor de CA también se sintoniza a la frecuencia de resonancia. El primer inversor de CA alimenta el sistema primario con tensión constante o corriente constante y mantiene su factor de potencia igual a uno, independientemente de la primera carga.
El interruptor controlado por corriente constante alimenta al inversor de CA, de manera que la energía eléctrica transferida a la primera carga tiene un factor de potencia unitario.
Según un aspecto adicional, la invención es un sistema inductivo sin contacto para transferir energía eléctrica desde un sistema primario a una primera carga. El sistema inductivo sin contacto incluye una primera bobina captadora, un primario, un primer inversor de CA, y una alimentación de energía de corriente constante. La primera bobina captadora incluye dos arrollamientos que están parcialmente acoplados magnéticamente y parcialmente desacoplados magnéticamente. Cada uno de los dos arrollamientos se conecta con un condensador en paralelo, para que la bobina captadora se sintonice a una frecuencia de resonancia.
El primario se forma como un bucle y se conecta con uno o más condensadores en serie que se sintonizan a la frecuencia de resonancia.
El primer inversor de CA se sintoniza a la frecuencia de resonancia, y alimenta al sistema primario con tensión constante o corriente constante. El primer inversor de CA también mantiene su factor de potencia igual a uno, independientemente de la primera carga. La alimentación de energía de corriente constante alimenta el inversor de CA con energía eléctrica.
Según otro aspecto más, la invención es un sistema inductivo sin contacto para transferir energía eléctrica entre un primer sistema y un segundo sistema. El primer sistema puede funcionar alternativamente como una fuente de energía eléctrica y un consumidor de energía eléctrica. El sistema inductivo sin contacto incluye una primera bobina y una segunda bobina. Las primera y segunda bobinas se sintonizan a una frecuencia de resonancia.
El sistema también incluye un primer circuito de control conectado entre la primera bobina y el primer sistema, y un segundo circuito de control conectado entre la segunda bobina y el segundo sistema. El primer y segundo circuito de control pueden funcionar 1) para suministrar energía eléctrica al segundo sistema cuando el primer sistema puede funcionar como una fuente de energía eléctrica y 2) para suministrar energía eléctrica al primer sistema cuando el primer sistema puede funcionar como un consumidor de energía eléctrica.
A diferencia de la técnica anterior, la presente invención utiliza un diseño de bobina captadora nuevo que consiste en dos arrollamientos que están parcialmente acoplados magnéticamente y parcialmente desacoplados magnéticamente, estando cada arrollamiento conectado a un condensador resonante. Según esta invención, los dos lados del primario tienen una auto-simetría porque portan corrientes idénticas, pero también permiten tensiones distintas a lo largo de la bobina captadora. La potencia de salida total se genera mediante dos rectificadores en puente completos, cada uno de los cuales se asigna a uno diferenciado de los arrollamientos de la bobina captadora. Adicionalmente según la presente invención, también es posible aumentar la potencia de salida de CC sin conectar los dos arrollamientos de la bobina captadora directamente en paralelo. (Conectar los dos arrollamientos de la bobina captadora directamente en paralelo llevaría a un aumento inaceptable de pérdidas de captación debido a diferentes campos magnéticos de dispersión de los dos arrollamientos de la bobina captadora). El intento de aumentar la potencia de salida de CC usando un cable de sección transversal más grande tiene el inconveniente de mayores pérdidas de corrientes parásitas y limitaciones geométricas.
En un aspecto adicional de la invención, la salida de CC de una o más bobinas captadoras idénticas puede conectarse en paralelo para aumentar la potencia de salida.
En otro aspecto más de la invención, la distribución de cada uno de los dos arrollamientos de una bobina captadora de la invención tanto sobre la culata media como sobre una diferenciada de las dos culatas centrales conduce a un aumento del acoplamiento magnético entre la bobina primaria y la bobina captadora. Esto, a su vez, significa un aumento de la eficacia del acoplamiento.
La bobina primaria del sistema se alimenta con una corriente constante, desacoplando así las diversas cargas secundarias que generalmente constituyen un sistema de transporte. Como un aspecto nuevo de la invención, se genera un corriente CA constante en la bobina primaria mediante un circuito de control de corriente que está conectado a un inversor de salida de CA de alta frecuencia. Esta disposición mantiene el factor de potencia de la bobina captadora siempre a uno independientemente de la carga, y conduce a una tensión requerida mínima y a costes mínimos de instalación del inversor de salida de CA. Adicionalmente, se minimiza la corriente requerida en el primario con respecto a la técnica anterior conocida. Por lo tanto, se minimizan las pérdidas de corrientes parásitas de manera que no se requiere cable Litz trenzado fino sino que puede utilizarse cable Litz industrial estándar.
La transferencia sin contacto de energía eléctrica descrita en la presente solicitud se produce a través de un entrehierro grande cuya separación se mide en el intervalo de centímetros. El principio físico de la invención descrita se basa en las leyes de Maxwell que se refieren a campos magnéticos alternos. Aunque solamente se describen una o algunas aplicaciones específicas de esta invención en esta solicitud, los campos de aplicación son generalmente consumidores de potencia rotativos o móviles, tales como vehículos, grúas, ascensores, sistemas de manipulación de materiales y máquinas herramientas.
Según otro aspecto más, la invención comprende:
una o más bobinas captadoras que 1) se asignan a uno o más condensadores secundarios conectados en paralelo con los arrollamientos de las bobinas captadoras, 2) se sintonizan a la frecuencia de sobreoscilación de la bobina, y 3) se conectan a uno o más rectificadores en puente que se conectan en paralelo a la salida de CC;
un convertidor reductor que se asigna a cada consumidor de potencia secundario y se utiliza para mantener la tensión de salida constante en el caso de cargas distintas sobre el secundario;
un cable primario que se forma como un bucle y que incluye una o más vueltas;
uno o más condensadores en serie que se conectan en serie al primario y se sintonizan a la frecuencia de sobreoscilación;
un inversor de CA de alta frecuencia que alimenta el sistema primario con una tensión constante o una corriente constante; y
un controlador de corriente constante que se requiere como un dispositivo de desacoplamiento en el caso de múltiples consumidores de potencia secundarios.
La separación del arrollamiento de la bobina captadora en dos arrollamientos aislados individuales que están parcialmente acoplados magnéticamente sobre una culata media de un núcleo de hierro en forma de E y parcialmente desacoplados magnéticamente sobre las culatas laterales del núcleo, conduce a numerosas ventajas. Los efectos asimétricos debidos a campos de dispersión individuales no conducen a pérdidas adicionales ya que la simetría se auto-ajusta debido al acoplamiento magnético individual de cada arrollamiento de bobina captadora con un lado del primario.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un dibujo esquemático de los componentes y subsistemas de una realización preferida de la invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal de una bobina captadora según una realización preferida de la invención una realización preferida de la invención.
Las figuras 3A-C son comparaciones entre el sistema CPS inventivo y un sistema de la técnica anterior.
La figura 4 es un diagrama esquemático de una realización preferida de la invención.
La figura 5 es una gráfica de la respuesta de una realización preferida de la invención bajo una condición de ninguna carga.
La figura 6 es una gráfica de la respuesta de una realización preferida de la invención bajo una condición de carga.
La figura 7 es una gráfica de la respuesta de una realización mejorada de la invención bajo una condición de ninguna carga.
La figura 8 es una gráfica de la respuesta de una realización mejorada de la invención bajo una condición de carga.
La figura 9A es un diagrama que muestra las líneas de flujo alrededor de la parte de polo de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una primera condición de prueba.
La figura 9B es una gráfica de la densidad de flujo alrededor de de la parte de polo de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una primera condición de prueba.
La figura 10A es un diagrama que muestra las líneas de flujo alrededor de la parte de polo de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una segunda condición de prueba.
La figura 10B es una gráfica de la densidad de flujo alrededor de de la parte de polo de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una segunda condición de prueba.
La figura 11 es otro dibujo esquemático de una realización preferida de la invención.
Las figuras 12A-E son diagramas esquemáticos de una realización preferida de la invención que tiene una configuración primaria de múltiples zonas.
Las figuras 13A-C son diagramas de conmutación de una realización preferida de la invención que tiene una configuración primaria de múltiples zonas.
La figura 14 es un diagrama de temporización que muestra el principio de control de corriente de una alimentación de energía de múltiples vehículos según una realización preferida de la invención.
La figura 15 es un diagrama esquemático que muestra el principio de control de corriente de una alimentación de energía de múltiples vehículos según una realización preferida de la invención.
La figura 16A es un diagrama esquemático que explica el funcionamiento de un aspecto de la presente invención.
La figura 16B es un diagrama esquemático que explica el funcionamiento de una implementación práctica de la presente invención.
La figura 17A es una diagrama esquemático que explica la tensión real invariante y la corriente real de la presente invención.
La figura 17B es un diagrama de temporización que muestra las relaciones de fase de las diversas tensiones y corrientes en una realización preferida de la presente invención.
Las figuras 18A-B son diagramas esquemáticos que muestran la capacidad de la presente invención para funcionar tanto en modo de potencia directa como en modo de potencia inversa, tensión real invariante y corriente real de la presente invención.
La figura 19 es un diagrama esquemático que muestra una implementación práctica de una realización preferida de la presente invención.
La figura 20 es un diagrama esquemático del principio general de transferencia de potencia sin contacto entre una fuente de alimentación primaria y una carga de potencia secundaria.
La figura 21 es un diagrama esquemático de una primera forma específica de transferencia de potencia sin contacto entre una fuente de alimentación primaria y una carga de potencia secundaria.
La figura 22 es un diagrama esquemático de un circuito equivalente transformador para la transferencia de potencia sin contacto usando redes de transferencia de energía primarias y secundarias acopladas magnéticamente.
La figura 23 es un diagrama esquemático de un diagrama equivalente transformador de la transferencia de potencia sin contacto mostrado en la figura 22.
La figura 24 es un diagrama de circuito equivalente adicional de una parte de la presente invención.
La figura 25 es un diagrama esquemático de un aspecto de la presente invención, incluyendo convertidores de energía primarios y secundarios.
La figura 26 es un diagrama de bloques de la presente invención.
La figura 27 es un diagrama esquemático del bucle inductivo primario de la presente invención.
La figura 28 es un diagrama esquemático de una realización de la presente invención en la que las redes de transferencia de energía primarias y secundarias son sistemas trifásicos.
La figura 29 es un diagrama esquemático de una realización de la presente invención que muestra una primera bobina captadora acoplada magnéticamente a un bucle inductivo primario.
La figura 30 es un diagrama esquemático detallado de una realización preferida de la presente invención.
Las figuras 31A-B son diagramas esquemáticos de aspectos adicionales de la compensación en serie del bucle inductivo primario de la presente invención.
Descripciones detalladas de la realización preferida de la invención
La figura 20 es un diagrama esquemático del principio general de transferencia de potencia sin contacto entre una fuente de alimentación primaria y una carga de potencia secundaria. El sistema 2000 inventivo es un sistema sin contacto que transfiere magnéticamente energía eléctrica entre una fuente 2002 de alimentación primaria y una carga 2003 de potencia secundaria. El sistema 2000 incluye una red 2004 de transferencia de energía secundaria y una red 2006 de transferencia de energía secundaria que está acoplada magnéticamente a la red 2004 a través de acoplamiento magnético indicado por el número de referencia 2008.
La figura 21 es un diagrama esquemático de una forma específica de transferencia de potencia sin contacto entre una fuente de alimentación primaria y una carga de potencia secundaria. La figura 21 muestra que la red 2004 de transferencia de energía primaria del sistema 2000 incluye un bucle 2100 inductivo primario y circuitos 2102 de compensación de factor de potencia primaria. También muestra que la red 2006 de transferencia de energía secundaria incluye una segunda bobina 2104 captadora secundaria y circuitos 2106 de compensación de factor de potencia secundaria. Como un aspecto de la invención, la compensación primaria se consigue con un condensador 2108 en serie con el bucle 2100 inductivo primario y la compensación principal secundaria se consigue con la capacitancia 2110 en paralelo con la inductancia acoplada principal.
La figura 22 es un diagrama esquemático de un circuito equivalente transformador para la transferencia de potencia sin contacto usando redes de transferencia de energía primarias y secundarias. Los números de referencia identifican los elementos de las figuras 20 y 21 que tienen la misma función.
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La figura 23 es un diagrama esquemático de un diagrama equivalente de transformador de la transferencia de potencia sin contacto mostrado en la figura 22. La figura 23 muestra las resistencias 2300 y 2302 que están presentes tanto en el bucle inductivo primario como en la bobina captadora secundaria en cualquier aplicación física real.
La figura 4 es un diagrama esquemático de una realización preferida de una parte de la invención. Tal como se muestra en el diagrama esquemático, C_{k} es un condensador externo que está calculado para compensar las inductancias L_{sf} y L_{SK} del primario. R_{A} es la resistencia primaria, que afecta las pérdidas primarias, L_{h} es la inductancia principal de la bobina 400 captadora. L_{SS} es la inductancia de dispersión secundaria de la bobina captadora. Esta inductancia se produce por el diseño de bobina captadora y está compensada por el condensador C_{S1}, que está calculada para igual a L_{SS}. R_{S} es la resistencia de la bobina captadora, que conduce a pérdidas secundarias. C_{S2} es un condensador que está calculado para compensar la inductancia L_{h} (en otras palabras, genera la corriente de imantación para el campo magnético de la bobina captadora).
La figura 24 es un diagrama de circuito equivalente adicional de una parte de la presente invención. La parte de la presente invención funciona con una tensión V0 de entrada y corriente I0. V_{M} es la tensión inducida sobre la bobina captadora. V_{L} es la tensión a través de la carga, e i_{1}, i_{2} e i_{3} son corrientes de ramificación. C_{P} es la capacitancia en serie primaria que compensa la inductancia del bucle L_{P} inductivo primario. R_{P} es la resistencia del bucle inductivo primario. C_{S1} es la capacitancia en serie secundaria que compensa la inductancia de la bobina L_{S} captadora secundaria. R_{S} es la resistencia de la bobina captadora secundaria, L_{M} es la inducción acoplada principal del bucle inductivo primario con la bobina captadora secundaria, C_{S2} es la capacitancia paralela que compensa a L_{M}, y R_{1} es la resistencia de carga.
El circuito equivalente de la figura 24, que es equivalente al circuito de la figura 4, muestra otro aspecto de la invención, que es que la corriente primaria se elevará y caerá según la magnitud de la carga. Bajo una condición de carga cero, la corriente primaria cae a un nivel próximo a cero, reflejando solamente las pequeñas pérdidas resistivas en el bucle 2100 inductivo primario y la bobina 2104 captadora secundaria.
Las ventajas de la invención son el funcionamiento a factor de potencia unitario bajo todas las condiciones de carga, la alta eficacia y la capacidad para transferir grandes cantidades de potencia, y una frecuencia resonante estable que no está afectada por las condiciones de carga.
La figura 7 es una gráfica de la respuesta de una realización mejorada de la invención bajo una condición de ninguna carga. La tensión y corriente primarias están en fase. La forma 620 de onda de tensión primaria es sustancialmente rectangular, aunque podría ser sinusoidal si se desea. La forma 622 de corriente primaria tiene algunos de los mismos armónicos que la forma 620 de onda de tensión primaria. Tanto las formas 624 y 626 de tensión y corriente secundarias son sustancialmente sinusoidales.
La figura 8 es una gráfica de la respuesta de una realización mejorada de la invención bajo una condición de carga. La tensión y corriente primarias están en fase. La forma 630 de onda de tensión primaria es sustancialmente rectangular, aunque también podría ser sinusoidal si se desea. La forma 632 de onda de corriente primaria tiene algunos de los mismos armónicos que la forma 630 de onda de la tensión primaria. Tanto las formas 634 y 636 de tensión y corriente secundarias son sustancialmente sinusoidales.
La figura 5 es una gráfica de la respuesta de una realización preferida de la invención bajo una condición de ninguna carga. La tensión y corriente primarias están en fase. Muestra la forma 600 de onda de tensión primaria, la forma 602 de onda de corriente primaria, la forma 604 de onda de tensión secundaria y la forma 606 de onda de corriente secundaria. La forma de 600 de onda de tensión primaria es sustancialmente una onda cuadrada de 20 kHz que conmuta entre una tensión positiva de 200 voltios y una tensión negativa de -200 voltios. Sin embargo, la forma de 600 de onda de tensión primaria podría ser sinusoidal si se utiliza un inversor diseñado en propiedad. La forma 602 de onda de corriente primaria es bastante baja con respecto a la corriente secundaria (siendo inferior a aproximadamente 10 A), pero en fase con la forma 600 de onda de tensión primaria. La forma 604 de onda de tensión secundaria es sustancialmente sinusoidal y en fase con la forma 600 de onda de tensión primaria. La forma 606 de onda de corriente secundaria tiene un desplazamiento de fase de 180º con respecto a la forma 602 de onda de corriente primaria y es igual a la corriente de imantación de la bobina 400 captadora. La forma 606 de onda de corriente secundaria también tiene transitorios minoritarios (conmutaciones de cambio) en el momento en el que conmuta la forma 600 de onda de tensión primaria.
La figura 6 es una gráfica de la respuesta de una realización preferida de la invención bajo una condición de carga. La tensión y corriente primarias están en fase. Muestra la forma 610 de onda de tensión primaria, la forma 612 de onda de corriente primaria, la forma 614 de onda de tensión secundaria y la forma 616 de onda de corriente secundaria. La forma de 610 de onda de tensión primaria, al igual que la forma 600 de onda de tensión primaria, es sustancialmente una onda cuadrada aunque también podría ser sinusoidal si se utiliza un inversor diseñado correctamente. La forma 612 de onda de corriente primaria está en fase con la tensión primaria y tiene un valor igual a las condiciones de carga, de manera que el factor de potencia es igual a uno. La forma 614 de onda de tensión secundaria es sustancialmente sinusoidal. La forma 616 de onda de corriente secundaria tiene transitorios minoritarios tanto en el momento como después de que conmute la forma 600 de onda de tensión primaria.
La figura 25 es un diagrama esquemático de un aspecto de la presente invención, incluyendo convertidores de energía primarios y secundarios. El sistema 2000 que se muestra en la figura 25 incluye un convertidor 2502 de energía primario y un convertidor 2504 de energía secundario. Los convertidores 2502 y 2504 de energía hacen posible la aplicación universal de la presente invención a sistemas que tienen fuentes y cargas de CA, cargas activas y pasivas y cargas únicas y múltiples.
El convertidor de energía primario incluye un inversor 2506 de entrada primario, un controlador 2506 de potencia primario y un inversor 2510 de salida primario. El inversor 2506 de entrada primario solamente se requiere para fuentes de CA, convirtiendo de CA a CC para flujo de potencia directa y de CC a CA para flujo de potencia inversa, el controlador 2508 de potencia primario suministra potencia de CC al inversor 2510 de salida primario como una tensión constante para cargas únicas o como una corriente constante para cargas múltiples. El inversor 2510 de salida primario convierte la potencia de CC en una salida de CA de fase única a una frecuencia de funcionamiento seleccionada de hasta 30 kHz.
El convertidor 2504 de energía secundario incluye un inversor 2512 de entrada secundario, un controlador 2514 de potencia secundario, y un inversor 2516 de salida secundario. El inversor 2512 de entrada secundario convierte la tensión de alta frecuencia que se induce en la bobina captadora a CC. El controlador 2514 de potencia secundario suministra potencia de CC a una tensión constante al inversor 2516 de salida secundario para cargas únicas, y también controla el flujo de potencia inversa a través del inversor 2512 de entrada secundario. El inversor 2516 de salida secundario solamente se requiere para cargas de CA, convirtiendo de CC a CA para flujo de potencia directa y de CA a CC para flujo de potencia inversa.
La figura 26 es un diagrama de bloques de la presente invención.
Las figuras 3A-C son comparaciones entre el sistema CPS inventivo y un sistema de la técnica anterior. El sistema CPS inventivo es un sistema de suministro de potencia sin contacto (CPS) que se describe anteriormente y a continuación. El sistema de la técnica anterior se conoce como un sistema IPT. Tal como se muestra en la hoja de las figuras 3A-C; algunas de las características del sistema CPS inventivo son que el lado secundario del sistema CPS inventivo es equivalente a un circuito resonante en serie que incluye elementos secundarios resistivos, inductivos y capacitivos, en serie que están en serie con una carga variable. Tal como se muestra en la parte izquierda superior de la hoja de las figuras 3A-C y tal como entenderán los expertos en la técnica, en el sistema CPS inventivo, las impedancias de los elementos secundarios capacitivos e inductivos se anularán entre sí a la frecuencia de sobreoscilación, independientemente de si hay alguna carga o la carga nominal máxima. La corriente a través del sistema es constante (a 86,4 A para el sistema particular estudiado). No hay ningún requisito para la razón de la impedancia de la impedancia secundaria a la resistencia de carga. El ángulo de fase entre la tensión a través de la combinación en serie y la corriente a través de la combinación en serie es independiente de la carga. Finalmente, la potencia transferida al(a los) secundario(s) se limita al diseño del bloque de potencia.
En la comparación proporcionado por la figura 3, la carga secundaria se ha referido al primario y circuitos equivalentes con diagramas de vectores correspondientes para condiciones de ninguna carga y de carga máxima.
El convertidor de energía primario del diseño inventivo suministra una corriente constante y en consecuencia, puede transferirse potencia a cargas múltiples de magnitud variante sin que una carga afecte a las otras. Utilizando el método de compensación descrito anteriormente, el sistema funciona a factor de potencia unitario bajo todas las condiciones de carga y por tanto la eficacia es bastante alta. Además, la frecuencia resonante del sistema es estable y no está afectada por condiciones de carga variante.
A modo de contraste, el sistema IPT es un circuito resonante paralelo que funciona bajo condiciones de tensión constante. La impedancia del secundario es al menos 3 veces la resistencia de carga. La reactancia del sistema secundario desacopla la captación del sistema IPT. El ángulo de fase entre la tensión (constante) y la corriente a través del sistema IPT depende de la carga. Finalmente, la potencia transferida al secundario está limitada por el hecho de que la tensión del sistema está limitada y por la longitud de la zona en la funciona el secundario. En resumen, tal como se muestra en la figura 3A, la eficacia del presente sistema CPS inventivo es aproximadamente del 97 por ciento, mientras que la del sistema IPT es aproximadamente del 88 por ciento. Tal como se muestra en la figura 3B, la potencia transmitida por el presente sistema CPS inventivo (bajo condiciones predeterminadas) es aproximadamente 40 kW, mientras que la potencia transmitida por el sistema IPT (bajo las mismas condiciones predeterminadas) es 28 kW. Además, tal como se muestra en la figura 3C, las pérdidas de cable del presente sistema CPS inventivo (bajo condiciones predeterminadas) son aproximadamente 900 W, mientras que las pérdidas de cable del sistema IPS son superiores a aproximadamente 3,7 kW.
En contraste con la presente invención, la técnica anterior usa capacitancia paralela para compensar el bucle inductivo primario lo que resulta en una corriente circulatoria muy alta que es casi independiente de la magnitud de la carga. Se describe que este nivel alto de potencia reactiva es necesario para compensar parcialmente, pero no completamente, las consecuencias de la magnitud de carga variante, pero obliga al sistema a funcionar siempre a menos del factor de potencia unitario y así aumenta las pérdidas y reduce la transferencia de potencia. Adicionalmente, la técnica anterior describe la necesidad de desacoplar los secundarios para superar parcialmente, pero no completamente, el efecto de limitación de potencia de un secundario cargado ligeramente sobre otros secundarios. Finalmente, la técnica anterior describe como cargas variantes desplazan la frecuencia de resonancia y por tanto hacen necesario alguna forma de de ajuste de sintonización.
La figura 9A es un diagrama que muestra las líneas de flujo alrededor de la forma de núcleo secundaria de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una primera condición de prueba. La forma de núcleo secundaria tiene la culata 421 media, y las dos culatas 422 y 423 laterales. La forma de núcleo está hecha de un núcleo de hierro convencional y tiene un flujo de dispersión de aproximadamente el 48% (es decir, la razón del flujo secundario al flujo primario es de 1,48). La figura 9B es una gráfica de la densidad de flujo alrededor de la forma de núcleo secundaria de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una primera condición de prueba.
La figura 10A es un diagrama que muestra las líneas de flujo alrededor de la parte de polo descrita anteriormente de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una segunda condición de prueba. La forma de núcleo secundaria tiene la culata 421 media, y las dos culatas 422 y 423 laterales. La forma de núcleo está hecha de un nuevo núcleo de hierro y tiene un flujo de dispersión de aproximadamente el 8% (es decir, la razón del flujo secundario al flujo primario es de 1,08). La figura 10B es una gráfica de la densidad de flujo alrededor de de la parte de polo de la realización preferida del sistema CPS inventivo, donde el sistema CPS inventivo está bajo una segunda condición de prueba.
La figura 16A es un diagrama esquemático que explica el funcionamiento de un aspecto de la presente invención. La figura 16B es un diagrama esquemático que explica el funcionamiento de una implementación práctica de la presente invención. En ambas figuras, las bobinas 700A y 700B representan dos mitades de la inductancia distribuida del primario 200 (véase la figura 1 y su descripción). La bobina 702 es uno de los dos arrollamientos de una bobina captadora (tal como la primera captación 300 y la segunda captación 400). La bobina 704 es el otro de los dos arrollamientos de una bobina captadora (tal como la primera captación 300 y la segunda captación 400). La bobina 702 se acopla a la bobina 700A, y la bobina 704 se acopla a la bobina 700B. La bobina 700A tiene una impedancia inductiva de jX_{P1} y la bobina 700B tiene una impedancia inductiva de jX_{P2}, La frecuencia de sobreoscilación de la bobina 702 se establece mediante el condensador 710, que tiene una impedancia capacitiva de -jX_{P1}, y la frecuencia de sobreoscilación de la bobina 704 se establece mediante el condensador 712, que tiene una impedancia capacitiva de -jX_{P2}. En la figura 16A, la carga está representada por las dos resistencias 706 y 708. En la figura 16B, la carga está representada por la resistencia 806.
En el funcionamiento, el circuito representado por las figuras 16A y 16B se activa mediante una tensión V_{0} de CA, que induce una corriente I_{0}. El paso de la corriente I_{0} a través de las bobinas 700A y 700B genera las tensiones VP1 y VP2 respectivas, que a través del funcionamiento del circuito de las figuras 16A y 16B, provoca que las tensiones V_{L1} y V_{L2} se generan en las resistencias 706 y 708. El condensador 714 y el inductor 716 se seleccionan para que sus impedancias (-jX_{CS} y -jx_{LS}, respectivamente) se anulen entre sí a la frecuencia de sobreoscilación.
La figura 27 es un diagrama esquemático del bucle inductivo primario de la presente invención. El bucle 2100 inductivo primario incluye múltiples conductores 2700 conectados en paralelo. Para aumentar los amperios vuelta, el bucle 2100 inductivo primario puede configurarse con múltiples vueltas. El inconveniente es que la tensión del inversor de salida primario aumenta con cada vuelta, y esta tensión está limitada por el servicio nominal de los componentes. Mediante la conexión de múltiples conductores en paralelo, los amperios vuelta del bucle 2100 inductivo primario aumentan sin aumentar la tensión del inversor. Los conductores 2700 individuales se conectan a través de transformadores 2702 de equilibrado de corriente, tal como entenderán los expertos en la técnica relevante. Cada uno de los transformadores 2702 compara dos corrientes y añade una tensión al conductor 2700 con la corriente menor y resta una tensión del conductor 2700 con la corriente mayor, igualando así las corrientes en los conductores 2700. Esto minimiza las pérdidas y aumenta la eficacia.
La figura 28 es un diagrama esquemático de una realización de la presente invención en la que las redes de transferencia de energía primarias y secundarias son sistemas trifásicos. El inversor 2510 de salida primario se diseña como un inversor trifásico y el bucle 2100 inductivo primario incluye tres conductores 2800 paralelos en vez de dos. La bobina 2802 captadora tiene un núcleo ferromagnético de cuatro culatas y arrollamientos distribuidos que están acoplados magnéticamente al bucle 2100 inductivo primario. Esto permite mayor transferencia de potencia.
La figura 29 es un diagrama esquemático de una realización de la presente invención que muestra una primera bobina 2900 captadora acoplada magnéticamente a un bucle 2902 inductivo primario. El bucle 2902 inductivo primario se compensa a factor de potencia unitario con un condensador 2904 en serie. La primera bobina 2900 captadora se conecta a una primera carga 2906 a través de un primer inversor 2908 de entrada. La primera bobina 2900 captadora también se conecta a un bucle 2910 inductivo secundario que se compensa a factor de potencia unitario con la capacitancia 2912 en serie. Una segunda bobina 2914 captadora está acoplada magnéticamente al bucle 2910 inductivo secundario, se compensa a factor de potencia unitario con la capacitancia 2916 paralela y se conecta a una segunda carga 2918 a través de un segundo inversor 2918 de entrada. Puede conectarse magnéticamente más de una bobina captadora al bucle 2902 inductivo primario o al bucle 2910 inductivo secundario, y puede conectarse más de un inversor 2920 de entrada secundario a cada bobina 2914 captadora. Esto permite transferir potencia desde un primario a uno o más secundarios de múltiples cargas en los que las cargas funcionan en diferentes ejes de movimiento.
Un ejemplo de una aplicación de este tipo es una grúa-puente en la que el puente se mueve longitudinalmente, el carro se mueve lateralmente, y el elevador se mueve verticalmente. Más de una grúa puede estar moviéndose sobre el carril. Este aspecto de la invención permite transferir potencia sin contacto a todos los impulsores de la grúa desde un único primario.
La figuras 12A-E son diagramas esquemáticos de una realización preferida de la invención que tiene una configuración primaria de múltiples zonas. Tal como se muestra, cada zona es o bien activa (véase la figura 12B) o bien pasiva (véase la figura 12C), dependiendo de la posición del (de los) conmutador(es) 650, tal como muestran las flechas que indican la corriente a través de las diversas líneas.
Cuando una zona está inactiva, es magnéticamente neutra y no puede transmitir potencia al secundario. Esto permite el control de zonas para la anticolisión de múltiples vehículos. Como cada zona está restringida a una carga, todas las cargas se conectan en paralelo y ven la misma tensión. La conexión paralela de las cargas elimina el fenómeno de la reflexión de impedancia por las múltiples cargas en serie. Mediante la conmutación adecuada de las zonas, hay una configuración de conmutación que permite a los inversores alimentar múltiples zonas de potencia para compartir carga con una zona adyacente en el caso de un fallo de inversor.
La figura 12D es un circuito equivalente del circuito mostrado en la figura 12B, y la figura 12E es el circuito equivalente del circuito mostrado en la figura 12C.
El principio del control de corriente constante primario implica una corriente I_{prim} CA de alta frecuencia a la salida del inversor que fluye a través del primario. La corriente I_{prim} CA se forma en una corriente I_{0} CC de entrada que contiene ondulaciones a la entrada del inversor. La corriente I_{0} CC de entrada que contiene ondulaciones se forma en una corriente I_{4} CC filtrada sin ondulaciones de valor idéntico mediante un condensador de filtrado pequeño que da la tensión U_{41} de CC variable. La corriente I_{4} CC se mide mediante una sonda de corriente y se alimenta a un controlador de corriente. Este controlador de corriente da una señal al transistor sobre el primario (convertidor reductor), lo que varía la tensión U_{40} de CC siempre constante en una tensión U_{41} de CC variable dependiente de la carga secundaria total para que la amplitud de la corriente I_{prin} CA primaria permanezca constante. Debido al condensador de filtrado y la inductancia de filtrado sobre el secundario, el interruptor de CC (convertidor elevador) actúa como un "tampón" con respecto a la variación de potencia sobre el secundario. En consecuencia, solamente variaciones de potencia débiles (a una frecuencia inferior a 10 Hz) tienen que controlarse mediante el controlador de corriente primaria. Por tanto, los componentes de alta frecuencia (30 kHz) de I_{0} pueden separarse fácilmente mediante el condensador U_{41} paralelo.
En resumen, los secundarios pueden desacoplarse alimentando el primario con corriente constante en vez de tensión constante. Debido a la conexión eléctrica en serie de los secundarios (tal como puede observarse desde el lado primario), la corriente primaria no cambiará incluso si cambian las cargas individuales sobre el secundario porque la corriente primaria se controla mediante un controlador de corriente primaria. Además, un convertidor reductor (descrito en conexión con la figura 1) sobre cada secundario convierte la corriente primaria constante (que se transforma sobre cada lado secundario mediante la bobina captadora) en una tensión de salida constante sobre la salida del secundario.
Tal como muestran las Figuras 12D u 12E, la tensión U0 constante se alimenta al lado de entrada izquierdo de la sección activa. Esta tensión se transmitirá al lado derecho de la sección para suministrar la próxima sección (no mostrada) con la potencia U0 I0. La corriente de entrada sobre el lado de entrada izquierdo es igual a la corriente (10) de salida más la corriente (I1) de sección, que es el equivalente de la potencia del vehículo dentro de la sección activa. Los transformadores de salida de repuesto son pequeños debido a la alta frecuencia aplicada. Dentro de la caja 652 de distribución hay condensadores de compensación constante (no mostrados), transformadores de repuesto (hasta 20 kW), y un conmutador mecánico o semiconductor. Las ventajas de esta configuración son que: no se requiere ningún sintonizador que depende de cargas variables, hay una tensión constante para todas las secciones, hay unidades sencillas de potencia y control para alimentaciones de energía de tierra y vehículo, y no hay ningún acoplamiento entre vehículos diferentes que dependen de cargas variables. En contraste, en la técnica anterior para múltiples cargas secundarias, la bobina captadora debe desacoplarse para minimizar el efecto de una o más bobinas captadora cargadas ligeramente.
Las figuras 13A-C son diagramas de conmutación de una realización preferida de la invención que tiene una configuración primaria de múltiples zonas. La figura 13A muestra la condición por defecto, donde un primer inversor 660 impulsa una primera zona 662 según las posiciones del conmutador 663, y un segundo inversor 664 impulsa una segunda zona 666 según las posiciones del conmutador 668. La figura 13B muestra una primera condición de fallo, donde el primer inversor 660 falla y el segundo inversor 664 impulsa la primera zona 662 y la segunda zona 666. El primer inversor 660 se desconecta según el conmutador 663, que también conecta a la segunda zona 662 al primer inversor 664. La figura 13C muestra una segunda condición de fallo, donde el segundo inversor 664 falla y el primer inversor 660 impulsa la primera zona 662 y la segunda zona 666. El segundo inversor 664 se desconecta según el conmutador 668, que también conecta la segunda zona 666 al primer inversor 660.
La figura 1 es un dibujo esquemático de los componentes y subsistemas de una realización preferida de la invención. El sistema 90 de transferencia de potencia sin contacto incluye una alimentación 100 de energía, un primario 200, una primera captación 300, una segunda captación 400 y un elemento 500 de carga. Tal como entenderán los expertos en la técnica, las captaciones adicionales, idénticas a las primera y segunda captaciones 300 y 400, pueden añadirse al sistema 90 de transferencia de potencia sin contacto sin afectar a la siguiente descripción. La alimentación 100 de energía incluye un interruptor controlado por corriente constante que incluye un conmutador 104 de transistor, una inductancia 103, un sensor 102, un control 101 de corriente constante y un rectificador 106. El conmutador 104 de transistor controla la corriente que pasa a través de la inductancia 103 y el sensor 102 en respuesta a una señal de control producida por el control 101 de corriente constante. La señal de control producida por el control 101 se determina mediante una señal de sensor que se produce por el sensor 102. Un condensador 105 de entrada de CC filtra las reflexiones a la tensión de entrada de CC. Un condensador 107 filtra la salida de tensión del interruptor controlado por corriente constante. La alimentación 100 de energía también incluye un inversor de alta frecuencia que incluye los conmutadores 108, 109, 110 y 111 de transistor. Cada uno de los conmutadores 108-111 de transistor incluye la combinación paralela de un diodo con un transistor que se controla mediante un controlador convencional (no mostrado), El controlador conmuta los conmutadores 108-111 de transistor a la frecuencia de sobreoscilación del primario 200 y las primera y segunda captaciones 300 y 400, La frecuencia de sobreoscilación está habitualmente en el intervalo de 10 kHz a 20 kHz.
El primario 200 se forma como un bucle que tiene dos ramificaciones 200a y 200b, e incluye numerosas vueltas. El primario está acoplado inductivamente a una o más de las primera y segunda captaciones 200 y 300. El primario también se conecta a la alimentación 100 de energía a través de los condensadores 201 y 202 en serie. Los condensadores 201 y 22 en serie se sintonizan a la misma frecuencia de sobreoscilación que las primera y segunda captaciones 300 y 400. En consecuencia, el factor de potencia del sistema 90 de transferencia de potencia sin contacto siempre se ajusta a uno independientemente de la potencia de salida real.
Las primera y segunda captaciones 300 y 400 son idénticas. En consecuencia, solamente se describirá la segunda captación 400 a continuación. La segunda captación 400 también se muestra en la figura 2, que es una vista de sección transversal de una bobina de captación según una realización preferida de la invención. La segunda captación 400 incluye un núcleo 410 de hierro de ferrita en forma de E que tiene una culata 421 media y dos culatas 422 y 423 laterales. La segunda captación 400 también incluye un primer arrollamiento 412 y un segundo arrollamiento 414. El primer arrollamiento 412 incluye el arrollamiento 401 (que se enrolla alrededor de la primera culata 422 lateral) y el arrollamiento 402 (que se enrolla alrededor de la culata 421 media). El segundo arrollamiento 414 incluye el arrollamiento 404 (que se enrolla alrededor de la culata 423 lateral) y el arrollamiento 403 (que se enrolla alrededor de la culata 421 media). La ramificación 200a del primario 200 pasa entre la culata 421 media y la culata 422 lateral. La ramificación 200b del primario 200 pasa entre la culata 421 media y la culata 423 lateral. El primer arrollamiento 412 se conecta en paralelo con un condensador 405 para formar un primer circuito resonante. El segundo arrollamiento 414 se conecta en paralelo con un condensador 406 para formar un segundo circuito resonante. Cada uno del primer y segundo circuitos resonantes se sintoniza a la frecuencia de sobreoscilación. Los primer y segundo circuitos resonantes de conectan a partes de un rectificador 407 en puente conectado en paralelo a la salida de CC de las primera y segunda captaciones 300 y 400.
Las salidas de CC de las primera y segunda captaciones 300 y 400 se conectan juntas en paralelo sobre un bucle 490 secundario junto con el elemento 500 de carga. El elemento 500 de carga incluye una inductancia 501, un condensador 502 y una carga 503. El elemento 500 de carga también puede incluir un convertidor 504 elevador. La tensión de salida de CC de las primera y segunda captaciones 300 y 400 se filtran mediante la inductancia 501 y el condensador 502. En el caso de que haya varias captaciones tales como primeras captaciones 300 y 400 conectadas al secundario, el convertidor 504 elevador puede incluirse en el elemento 500 de carga para mantener una tensión de salida constante en la carga 503. Esto compensa el efecto de cargas individuales.
La figura 30 es un diagrama esquemático detallado de una realización preferida de la presente invención. En el lado primario, el convertidor de energía primario incluye el inversor de entrada controlado, el controlador de potencia intermedio y el inversor de salida controlado.
El inversor de entrada solamente se requiere si la fuente de alimentación primaria es CA. Rectifica la potencia entrante y a través del condensador y el inductor de filtrado establece un enlace de tensión de CC intermedio constante y filtrado. Dependiendo de si el sistema secundario tiene una o más cargas múltiples, el controlador de salida intermedio suministra al inversor de salida con tensión constante o corriente constante. El inversor de salida controlado convierte la potencia de CC intermedia a una salida de alta frecuencia hasta 30 kHz y la aplica al bucle inductivo primario.
El bucle primario se muestra como cuatro conductores paralelos con transformadores de equilibrado de corriente, tal como se describe en otra figura, el bucle se compensa a potencia unitaria, en este caso, mediante condensadores acoplados por transformador concentrados tal como se describió anteriormente.
El primer sistema secundario tiene una carga de CA activa para que el convertidor de energía secundario consista en un inversor de entrada controlado, un controlador de potencia intermedio y un inversor de salida. La bobina captadora se compensa de manera adaptiva a factor de potencia unitario y suministra potencia en fase de tensión constante al inversor de entrada donde se rectifica y filtra y se envía al inversor de salida para la entrega a la carga. Cuando la carga se hace activa, la sección del rectificador del inversor de salida convierte CA a CC y el control de potencia inversa del controlador de potencia intermedio logra el flujo de potencia inversa de vuelta al primario tal como se describió anteriormente.
El segundo sistema secundario tiene una carga de CC activa para que el convertidor de energía secundario no incluya un inversor de salida. Se muestra otro aspecto importante de la invención, es decir, dos bobinas captadoras se conectan en paralelo a la salida de CC para aumentar la transferencia de potencia. El control de potencia inversa es esencialmente igual que para la carga de CA.
La figura 11 es otro diagrama esquemático de una realización preferida de la invención. A los componentes se les da los mismos números de referencia que tiene en las figuras 1 y 2.
La figura 14 es un diagrama de temporización que muestra el principio de control de corriente de una alimentación de energía de múltiples vehículos según una realización preferida de la invención, tal como se muestra en las figuras 12A-E y las figuras 13A-C.
La figura 15 es un diagrama esquemático que muestra el principio de control de corriente de una alimentación de energía de múltiples vehículos según una realización preferida de la invención. En su caso, a los componentes de les da los mismos números de referencia que tiene en las figuras 1 y 2. Los transistores 104_{1}-104_{6} se impulsan mediante las formas de onda indicadas respectivamente como T_{1}-T_{6} en la figura 14. En otro caso, los expertos en la técnica entenderán los componentes mostrados en la figura 15.
La figura 17A es una diagrama esquemático que explica la tensión real invariante y la corriente real de la presente invención. La figura 17A muestra cuatro diagramas de vectores, que se refieren a cargas crecientes. La condición de ninguna carga se muestra en el lado izquierdo de la figura 17A mientras que se muestra una carga grande en el lado derecho de la figura 17A. Los niveles intermedios de carga se muestran en el medio de la figura 17A. Bajo las condiciones mostradas en el circuito de las figuras 16A y 16B, los vectores representan las tensiones y corrientes mostradas en las figuras 16A y 16B. El punto más significativo que muestra la figura 17A es que, aunque la tensión inducida a través de cualquiera de las bobinas 702 y 704 puede variar tanto en magnitud como en ángulo de fase, la componente real de esta tensión (es decir, su proyección sobre el eje vertical) es invariante. Del mismo modo, la componente real de las corrientes a través de las bobinas 702 y 704 (es decir, su proyección sobre el eje horizontal) es invariante.
La figura 17B es un diagrama de temporización que muestra las relaciones de fase de las diversas tensiones y corrientes en una realización preferida de la presente invención. La tensión VO y la corriente 10 están en fase, porque el circuito mostrado en las figuras 16A y 16B presentan una impedancia real (es decir, no inductiva y no capacitiva). Las tensiones V_{P1}, V_{P2}, V_{RL1}, V_{RL2} tienen varias fases.
Las figuras 31A-B son diagramas esquemáticos de aspectos adicionales de la compensación en serie del bucle inductivo primario de la presente invención. La figura 31A tiene un bucle primario de dos vueltas que se compensa con condensadores que se distribuyen a lo largo del bucle. La figura 31B muestra el mismo bucle primario de dos vueltas en que la compensación se logra mediante un grupo concentrado de condensadores paralelos que puede desconectarse y conectarse en el circuito para aumentar o disminuir la capacitancia total. El grupo de condensadores se acopla por transformador a cada una de las ramificaciones del bucle y la sintonización se facilita simplemente ajustando el número de arrollamientos de cada una de las bobinas del transformador.
Las figuras 18A-B son diagramas esquemáticas que muestran la capacidad de la presente invención para funcionar tanto en modo de potencia directa como en modo de potencia inversa. Los expertos en la técnica entenderán esto bien porque el control de un inversor 900 primario que incluye un fuente 902 de corriente y transistores 904 de control generan energía eléctrica que pasa a través de una bobina 906 primaria que se acopla a una bobina 908 captadora (secundaria). El campo magnético inducido en la bobina 906 primaria induce una tensión a través de la bobina 908 captadora que entonces se rectifica mediante el puente de diodos que incluye a los diodos 910, y la potencia de CC resultante de pasa a la carga 912. Por simetría, la potencia puede transferirse en la dirección inversa, ya que el circuito mostrado en la parte inferior de la figura 18 se configura para ser una imagen especular de la que se muestra en la parte superior de la figura 18. En la parte inferior de la figura 18, la fuente 902 de corriente se controla mediante los transistores 904 de control para generar energía eléctrica que pasa a través de la bobina 908 captadora a la bobina 906 primaria donde se rectifica mediante el puente de diodos que incluye a los diodos 910. La potencia de CC resultante se pasa a la carga 912 (que puede ser la línea, u otro consumidor, tal como una carga en otra zona).
La figura 19 es un diagrama esquemático que muestra una implementación práctica de una realización preferida de la presente invención. El circuito 1000 muestra una carga 1002 controlada que se está impulsando mediante el circuito mostrado en la figura 16B (que es equivalente al circuito mostrado en la figura 16A). Por otro lado, tal como entenderán los expertos en la técnica relevante, puede considerarse que la carga 1002 relevante incorpora ambos circuitos (es decir, potencia directa e inversa) mostrados en la figura 18. En otras palabras, dependiendo de cómo el circuito 1004 de control de potencia inversa activa a los transistores T1, T2, T3 y T4, existe una de dos situaciones posibles. En una situación, la potencia fluye desde la línea a la que se conecta el circuito 1006 de la bobina hasta la carga 1002 porque los diodos D1, D2, D3 y D4 rectifican la potencia recibida (es decir, los transistores T1, T2, T3 y T4 se apagan). En la otra situación, la potencia fluye desde la carga 1002 a la línea a la que se conecta el circuito 1006 porque los diodos D1, D2, D3 y D4 se cortocircuitan encendiendo los transistores T1, T2, T3 y T4. Si se conecta otra carga controlada como la carga 1002 controlada al circuito primario que porta la tensión V_{0}, esa carga controlada puede configurarse para recibir potencia del circuito 1000. En otro caso, la potencia que fluye desde el circuito 1000 se transfiere de vuelta a la alimentación de energía que suministra la tensión V_{0} y la corriente I_{0}.
Aunque lo anterior es una descripción detallada de la realización preferida de la invención, hay muchas realizaciones preferidas de la invención que pueden concebir los expertos en la técnica y que están dentro del alcance de la presente invención. En consecuencia, la presente invención debe determinarse por las siguientes reivindicaciones.

Claims (33)

1. Sistema sin contacto para transferir magnéticamente energía eléctrica desde una fuente (100, 2002) de alimentación de entrada hasta una carga (500, 2003) secundaria, que comprende:
un convertidor (2502) de energía primaria que puede conectarse a la fuente (100, 2002) de alimentación de entrada y que incluye un inversor (2520) de salida;
un bucle (200, 2100) inductivo primario por el inversor (2510) de salida, incluyendo el bucle al menos una vuelta;
una bobina (200, 300, 2104) captadora secundaria acoplada magnéticamente al bucle (200, 2100) inductivo primario; y
un convertidor (2504) de energía secundaria alimentado por la bobina (200, 300, 2104) captadora secundaria, incluyendo el convertidor (2504) de energía secundaria un inversor (2512) de entrada y pudiendo conectarse a la carga (500, 2003) secundaria,
caracterizado porque
un primer inversor (2510) que se ajusta a la frecuencia de funcionamiento deseada, alimentando el primer inversor a un sistema (2004, 2008) primario con tensión constante o corriente constante y manteniendo el factor de potencia del sistema inductivo sin contacto igual a uno, independientemente de la primera carga;
una unidad (2104) captadora de potencia secundaria que incluye un núcleo (410) ferromagnético y al menos dos arrollamientos (412, 414) que están cada uno distribuidos sobre el núcleo ferromagnético de manera que están parcialmente acoplados magnéticamente y parcialmente no acoplados magnéticamente, estando cada uno de los dos arrollamientos parcialmente compensados con un condensador paralelo, y
un sistema de circuitos de compensación que compensa automática y pasivamente los dos arrollamientos a un factor de potencia unitario y suministra pasivamente potencia en fase a una tensión constante a la primera carga secundaria independientemente de la magnitud de la primera carga secundaria.
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos arrollamientos (412, 414) están cada uno compensados a un factor de potencia unitario con uno o más condensadores (405, 406) conectados en paralelo con los arrollamientos.
3. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el bucle (200) inductivo primario se compensa a un factor de potencia unitario con uno o más condensadores (201, 202; C1-C4) conectados en serie con el bucle inductivo.
4. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque los condensadores (C1-C4) en serie se distribuyen a lo largo del bucle inductivo primario.
5. Sistema según la reivindicación 3, caracterizado porque los condensadores en serie se concentran y se acoplan por transformador al bucle inductivo primario (Figura 31B).
6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque una pluralidad de bobinas (300, 400) captadora se conectan en paralelo para aumentar la transferencia de potencia.
7. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el convertidor (2504) de energía secundario incluye un controlador (2514) de potencia inversa para que la potencia generada por una carga pueda transferirse de vuelta al primario a través de la bobina captadora.
8. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el convertidor (2502) de energía primaria incluye un control (101, 2506) de corriente constante de manera que la potencia suministrada al bucle (200, 300, 2100) inductivo primario siempre está a una corriente constante.
9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque el control de corriente constante se consigue por el control de impulso variable del inversor (2510) de salida.
10. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el convertidor (2502) de energía primaria suministra una tensión constante al inversor (2510) de salida.
11. Sistema según la reivindicación 10, caracterizado porque la magnitud de la corriente primaria depende de la carga y cae al nivel de imantación cuando la carga (500, 2003) secundaria es cero.
12. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el bucle (2700) inductivo primario incluye múltiples conductores conectados en paralelo para aumentar los amperios vuelta totales.
13. Sistema según la reivindicación 12, caracterizado porque los múltiples conductores del bucle (2700) inductivo primario están conectados a través de transformadores (2702) de equilibrado de corriente.
14. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el convertidor (2502) de energía primario incluye un inversor (2506) de entrada para acomodar una fuente de CA.
15. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el convertidor (2504) de energía secundario incluye un inversor (2516) de salida para acomodar una carga de CA.
16. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el bucle (2100) inductivo primario y la bobina (2802) captadora secundaria funcionan con potencia trifásica.
17. Sistema según la reivindicación 16, caracterizado porque el inversor (2510) de salida primario y el inversor (2512) de entrada primario funcionan como puentes trifásicos.
18. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque un bucle (2910) inductivo secundario se conecta a la primera bobina (2900) captadora secundaria a través de una serie de capacitancias (2912) de compensación, y en el que el bucle (2910) inductivo secundario está acoplado magnéticamente a una segunda bobina (2914) captadora secundaria, estando la segunda bobina (2914) captadora secundaria compensada con condensadores (2916) paralelos para que la segunda bobina (2914) captadora secundaria transfiera potencia a una segunda carga (2918) secundaria a través de un segundo convertidor (2920) de energía secundario.
19. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el bucle inductivo primario se divide en múltiples zonas (S1-S5) y en el que cada una de las múltiples zonas (S1-S5) puede conmutarse entre magnéticamente activas y magnéticamente neutras, pudiendo cada una de las múltiples zonas (S1-S5) transmitir potencia sólo cuando está magnéticamente activa, estando cada una de las múltiples zonas (S1-S5) conectadas en paralelo al inversor (2006) de salida primario.
20. Sistema según la reivindicación 19, caracterizado porque las múltiples zonas (S1-S5) están controladas de manera que sólo se permite que una carga secundaria ocupe una zona cualquiera (Figura 12A).
21. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 20, caracterizado porque el convertidor (2502) de energía primaria incluye una pluralidad de inversores (2510) de salida primarios, estando conectado cada inversor (2510) de salida primario a uno de una pluralidad de bucles (200, 300, 2100) inductivos primarios.
22. Sistema según la reivindicación 21, caracterizado porque uno cualquiera de los inversores (2510) de salida primarios suministra potencia dos o más de los bucles (200, 300, 2100) inductivos primarios.
23. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque el convertidor (2502) de energía primario incluye una pluralidad de puentes de inversor de salida conectados en paralelo.
24. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque el bucle (200, 300, 2100) inductivo primario se fabrica a partir de un cable industrial estándar de múltiples conductores.
25. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 24, caracterizado porque para un dispositivo móvil se proporcionan
una bobina (400) captadora que tiene dos arrollamientos (412, 414) que están parcialmente acoplados magnéticamente y parcialmente desacoplados magnéticamente, estando cada uno de ellos conectados con un condensador (405, 406) resonante en paralelo que se sintoniza a la frecuencia de resonancia;
estando un bucle inductivo primario conectado con uno o más condensadores en serie que están sintonizados a la misma frecuencia de resonancia que la bobina (400) captadora;
un inversor (108-111) de CA de alta frecuencia que se sintoniza a la frecuenta de resonancia y alimenta al sistema primario con tensión constante o corriente constante, ajustando siempre el factor de potencia a uno independiente de la carga real; y
un interruptor (101-106) controlado por corriente constante que alimenta al inversor (108-111) de CA.
26. Sistema según la reivindicación 25, caracterizado porque una bobina captadora está dotada de arrollamientos adicionales pero ningún condensador que esté conectado en paralelo.
27. Sistema de transferencia de potencia inductiva según la reivindicación 25, caracterizado porque numerosas bobinas (2700) captadoras se conectan en paralelo a la salida de CC.
28. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 27, caracterizado porque el primario porta una corriente primaria que está determinada por la primera carga.
29. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 28, caracterizado porque la corriente primaria cae a un nivel de imantación de la primera bobina captadora cuando la primera carga cae a cero.
30. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 29, caracterizado por un sistema de conmutación para permitir que un inversor de CA que alimenta a una zona de potencia comparta carga con una zona de potencia adyacente en el caso de que falle uno de los inversores de CA.
31. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 30, caracterizado porque al menos una de las cargas incluye un circuito de control de tensión para mantener una tensión constante en al menos una de las cargas.
32. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 31, caracterizado por primeros medios de bobina captadora para recibir energía magnética, estando los primeros medios de bobina captadora sintonizados a una frecuencia de resonancia;
medios primarios para portar la energía magnética a la frecuencia de resonancia, incluyendo los medios primarios un bucle, estando el bucle conectado con uno o más condensadores en serie;
primeros medios de convertidor de CA para alimentar los medios primarios con tensión constante o corriente constante, manteniendo los primeros medios de inversor de CA su factor de potencia igual a uno, independientemente de la primera carga; y
medios de corriente constante para producir energía eléctrica para el primer inversor de CA, en los que la energía eléctrica transferida a la primera carga tiene un factor de potencia unitario.
33. Método para transferir energía eléctrica desde un sistema primario hasta una primera carga (500, 2003) a través de un sistema inductivo sin contacto, comprendiendo el método las etapas de:
a)
suministrar una primera bobina (300, 400, 2104) captadora para recibir energía magnética, estando la primera bobina (300, 400, 2104) captadora sintonizada a una frecuencia de resonancia;
b)
suministrar un primario (200, 2100) para portar la energía magnética a la frecuencia de resonancia, incluyendo el primario (200, 2100) un bucle que está conectado con uno o más condensadores (201, 202) en serie;
c)
suministrar un primer inversor (108, 111) de CA para alimentar al primario (200, 2100) con tensión constante o corriente constante, manteniendo el primer inversor (108, 111) de CA su factor de potencia igual a uno, independientemente de la primera carga (500-2003); y
d)
suministrar un dispositivo (101-108) de corriente constante para producir energía eléctrica para el primer inversor (108-111) de CA, en el que la energía eléctrica transferida a la primera carga (500, 2003) tiene un factor de potencia unitario.
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