ES2283091T3 - Dispositivo para la transmision sin contacto y por induccion de energia. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la transmisión sin contacto y por inducción de energía a al menos un consumidor eléctrico (205), operante con tensión constante, comprendiendo un bucle conductor primario eléctrico (100) a través del cual circula una corriente alterna infundida, un sistema de bobinados secundarios (200) acoplado inductivamente con el bucle conductor primario (100) y provisto de bobinados secundarios (201, 202, 301, 302), y una disposición de conmutación constituida exclusivamente por componentes pasivos (203, 204, 303, 304) para la alimentación del consumidor con una tensión esencialmente constante, independiente de su estado de carga, presentando el dispositivo medios para el guiado del rumbo del consumidor, aptos para determinar la desviación de posición lateral del sistema de bobinados secundarios con respecto al bucle conductor primario, caracterizado porque los bobinados secundarios (201, 202, 301, 302) están previstos como medios para la determinación de la desviación de posición lateral.
Description
Dispositivo para la transmisión sin contacto y
por inducción de energía.
La presente invención se refiere a un
dispositivo del tipo indicado en el preámbulo de la reivindicación
1, particularmente para la transmisión sin contacto y por inducción
de energía a distintos consumidores conectados en serie, que deban
ser alimentados con una tensión constante.
Para la transmisión sin contacto de energía
eléctrica pueden emplearse en principio campos alternos eléctricos
o magnéticos. De cara a una puesta en práctica de una solución
técnica resultan de máxima importancia para ello el volumen
constructivo requerido globalmente, el dispendio en equipos, la
potencia susceptible de ser transmitida, la irradiación de los
campos al ambiente, así como el comportamiento en caso de
avería.
En la patente US No. 514.972 (TESLA) se describe
una solución para la transmisión capacitiva, sin contacto, de
energía.
La ley de inducción puede aprovecharse
ventajosamente para la transmisión de energía eléctrica, ya que a
medida que aumenta la frecuencia del campo alterno magnético
disminuye el volumen constructivo de los componentes. Repetidamente
se han descrito ya disposiciones en las que una fuente de energía
primaria alimenta con una corriente alterna un bucle conductor
primario, linealmente extenso, y los consumidores se desplazan a lo
largo de dicho bucle conductor primario.
HUTIN y LeBLANC describen en la Patente US No.
527.857 (1894) una propuesta en la que se emplea un campo alterno
magnético de 3 kHz para la transmisión de energía. OTTO describe en
la Patente NZ No. 167.422 (1974) el empleo de un circuito de
resonancia en serie primario, el cual es operado en la gama de
frecuencias comprendida entre 4 kHz y 10 kHz, para transmitir por
inducción energía a por ejemplo autobuses.
Concretamente, en todas las propuestas la
transmisión de energía se realiza por medio de un campo alterno
magnético generado por el bucle conductor primario a al menos un
sistema de bobinas dispuesto en un consumidor, en el cual es
inducida una tensión. En caso de existencia de varios consumidores
se tratará entonces, desde el punto de vista eléctrico, de una
conexión en serie de varios consumidores acoplados
transformativamente a un bobinado primario. El flujo de potencia de
los consumidores queda pues acoplado entre sí, por lo que es
preciso tomar medidas para el desacoplamiento.
Por consiguiente, se conocen ya numerosos
dispositivos del tipo arriba indicado (por ejemplo DE 44 46 779 A1)
para desacoplar con ellos consumidores conectados en serie, con
distintos consumos de potencia pero constante tensión de
alimentación.
En la Patente US No. 5.467.718 (21.11.1995) se
describe el empleo de la transmisión de energía por inducción y sin
contacto para un vehículo de levitación magnética. Para aumentar la
energía susceptible de ser transmitida se propone disponer, en
paralelo a la bobina secundaria, un condensador que se halle,
independientemente de la demanda de potencia secundaria, en
resonancia paralela con la bobina secundaria. Para la regulación
del flujo de potencia se emplea, entre la bobina secundaria por
parte del vehículo y los consumidores por parte del vehículo, un
conmutador activo, electrónico, conocido por la literatura
especializada, como regulador de corriente continua. Aparte de ello
se describe el aprovechamiento de la transmisión de energía por
inducción también para la generación de la fuerza de propulsión
para el vehículo.
En la Patente US No. 5.528.113 (18.06.1996) se
describe el empleo de varias bobinas secundarias por consumidor
para la transmisión de energía sin contacto. Las distintas bobinas
secundarias son también operadas en resonancia paralela con un
condensador. Un dispositivo de conmutación activo, dispuesto entre
la bobina secundaria por parte del vehículo y los consumidores por
parte del vehículo, realiza, por una parte, la selección de aquella
bobina secundaria que presente en cada momento el acoplamiento
magnético más favorable respecto a la disposición de conductor
primario y es aprovechado, por otra parte, también para la
regulación del flujo de potencia así como para la puesta a
disposición de una tensión de amplitud constante.
En la solicitud PCT WO 93/23908 (25.11.1993) se
describen disposiciones para garantizar, al bucle primario y con
flujo de potencia en el lado primario dependiente de la carga, el
funcionamiento del bucle conductor primario en resonancia. Como
soluciones se proponen condensadores adicionales conectables en el
lado primario o inductividades adicionales variables.
En la Patente US No. 5.293.308 (08.03.1994) se
propone regular el flujo de potencia ya sea mediante eliminación
espacial de la bobina secundaria del conductor primario o bien
mediante un bobinado adicional secundario conectable. Ulteriores
características de esta Patente son el funcionamiento de un
conmutador activo como conmutador en serie entre bobina secundaria y
consumidor secundario, como conmutador en paralelo a bobina
secundaria y consumidor secundario, o como conmutador para
desintonizar mediante condensadores en paralelo adicionales la
disposición secundaria configurada a modo de circuito oscilante en
paralelo, en función del flujo de potencia. Ulteriores
características de esta Patente se refieren al aumento local de la
potencia susceptible de ser transmitida por medio de conductores
adicionales primarios locales, así como a distintas disposiciones
de los condensadores en serie primarios.
En la solicitud PCT WO 93/23909 (23.11.1993) se
describe la subdivisión del bucle conductor primario en módulos,
los cuales están vinculados entre sí a través de un cable de cero
inductancia.
En la Patente US No. 5.341.280 (23.08.1993) se
describe la ejecución del bucle conductor primario y de la bobina
secundaria como disposición coaxial ya sea cerrada o parcialmente
abierta, a fin de mejorar el acoplamiento magnético mutuo.
En la Patente US No. 4.914.539 (03.04.1990) se
describe una ulterior forma de realización de un controlador
secundario electrónico activo para el desacoplamiento y para la
regulación del flujo de potencia.
En la solicitud PCT WO 9410003 (11.05.1994) se
describen diversas disposiciones de bobinados primarios y
secundarios dispuestas alternadamente entre sí. Con esta medida se
pretende conseguir que merced a esta disposición de polos alternos
con respecto a las hasta ahora descritas disposiciones de polos
equivalentes se produzca una menor propagación espacial del campo
magnético, con el fin de reducir las interacciones con el ambiente.
De acuerdo con una ulterior característica se propone, en el
también previsto circuito oscilante en paralelo secundario, una
subdivisión del condensador del circuito oscilante para también
compensar los efectos de la inductividad de dispersión secundaria.
Según una ulterior característica se ilustra el aprovechamiento de
un ondulador secundario activo para la regulación del flujo de
potencia y para el desacoplamiento de los consumidores secundarios
entre sí.
En la PCT WO 9425304 se describe una disposición
según el preámbulo de la reivindicación 1 para la transmisión sin
contacto de energía, en la que en el lado secundario está previsto
un condensador del circuito oscilante en conexión en serie. El
condensador en serie secundario debe servir para aumentar la
potencia de transmisión (factor 2 con respecto a una disposición sin
condensador). La adaptación de la tensión suministrada por la
disposición secundaria a la carga se realiza mediante un convertidor
CC/CC activo. En una primera conversión es convertida la corriente
alterna secundaria en una corriente continua, y en una segunda
conversión es convertida la corriente continua en una tensión
continua o bien en una corriente continua regulable. Además, esta
disposición permite un guiado del rumbo de un vehículo a lo largo
de un bucle conductor primario.
En la EP 253345 se describe una ulterior
disposición para la transmisión inductiva de potencia con la
característica de una tensión de salida constante. Una tensión de
salida constante (independiente del estado de carga) se consigue en
este caso mediante aprovechamiento del estado de saturación del
material ferrítico de la bobina receptora secundaria. A medida que
aumenta la tensión se produce un desplazamiento del punto de trabajo
magnético con el efecto de una limitación de tensión.
Finalmente, en la DE 44 29 656 se describe la
subdivisión del bucle conductor primario en varias secciones
conectables, en sí compensadas. Es esencial en este caso que las
secciones de conexión no activas (sin corriente y libres de campos
magnéticos) sirven de conducción para las secciones de conexión
activas, por lo que no es necesaria una conducción eléctrica
separada a las distintas secciones de conexión. Además, esta
disposición resulta ventajosa por el hecho de que la inductividad
de la conducción (sección no activa) es baja a causa de que en un
haz primario se hallan dos conductores que dan lugar a corrientes
eléctricas opuestas entre sí. De esta manera se mantiene baja la
demanda de potencia reactiva de la disposición primaria.
Las disposiciones arriba descritas requieren, en
tanto que estén configuradas a modo de circuito de resonancia
paralela secundario, dispositivos de regulación electrónicos
activos, a fin de permitir el desacoplamiento de varios consumidores
independientes entre sí con distinta demanda de potencia, y para
estabilizar la tensión de salida. El inconveniente de ello es que,
en caso de avería del dispositivo de regulación electrónico activo,
no existe protección alguna del consumidor secundario contra
sobretensiones.
El aprovechamiento de la saturación magnética de
un material ferrítico (curva característica de magnetización) es
también un inconveniente, ya que por regla general suele ser
relativamente inexacto y conlleva pérdidas que aparecen en el
material ferrítico.
Por consiguiente, la finalidad de la presente
invención consiste en evitar estos inconvenientes y en realizar el
dispositivo del tipo arriba indicado de tal modo que, aparte de una
alimentación de los consumidores con tensión constante sin un
regulador, sea también posible un guiado del rumbo de vehículos
provistos con el dispositivo a lo largo del bucle conductor. Además
se pretende conseguir que por ejemplo incluso en caso de marcha en
vacío de un consumidor la tensión aplicada al mismo no aumente a un
elevado valor que pueda dar lugar a una destrucción, y que para
ulteriores consumidores conectados en serie no se produzca un
bloqueo del flujo de potencia.
Para la consecución de esta finalidad sirven las
características de la reivindicación 1.
Mediante la invención se consigue la ventaja de
que los consumidores sean alimentados, sin elementos de conmutación
activos, siempre con una tensión constante, independiente de su
potencia. También para la marcha en vacío de un consumidor permanece
constante la tensión de alimentación, a fin de garantizar la
protección contra sobretensiones. Además de ello, en caso de marcha
en vacío de un consumidor no es bloqueado el flujo de potencia a
ulteriores consumidores conectados en serie. Estas exigencias
funcionales planteadas a la disposición de conmutación no se
cumplen por medio de elementos de conmutación activos con los
correspondientes dispositivos de regulación activos, sino únicamente
por medio de una disposición pasiva, la cual cumple los objetivos
planteados en virtud del principio operativo físico que se
describirá a continuación.
Para la realización de los medios según la
invención para la determinación de la desviación de posición
lateral el sistema de bobinado secundario consiste preferentemente
de al menos dos bobinas, las cuales están sólo parcialmente
acopladas magnéticamente y cuyos ejes de bobinas presentan una
distancia entre sí diferente a la distancia entre centros de los
conductores individuales paralelos del bucle conductor primario. La
diferencia entre las tensiones de bobina secundarias suministra una
señal proporcional a la desviación de posición lateral del sistema
de bobinado secundario con respecto al bucle conductor primario. De
esta manera es reproducida la desviación de posición espacial
lateral de los consumidores con respecto a un bucle de inducción
estacionario, que se extienda en el sentido de desplazamiento de
los consumidores, en forma de una señal eléctrica, es decir que en
combinación con la transmisión de energía es proporcionada una señal
para el guiado del rumbo de cada consumidor a lo largo del bucle
conductor primario estacionario.
Ulteriores características ventajosas de la
invención se desprenden de las subreivindicaciones.
Si en el caso de los consumidores se trata de
vehículos, entonces el dispositivo según la invención consiste por
ejemplo de un bucle conductor primario eléctrico portador de una
corriente alterna infundida, colocado estacionariamente en el
sentido de desplazamiento de los consumidores, de sendos sistemas de
bobinados secundarios asociados a los consumidores, los cuales están
acoplados inductivamente con el conductor primario, conectados en
serie, y de un condensador dispuesto a continuación del sistema de
bobinados secundarios. El sistema de bobinados secundarios, el
condensador, así como el consumidor eléctrico están dispuestos de
tal modo, conectados en serie, que los distintos consumidores sean
alimentados, independientemente del consumo de potencia
individualmente distinto, con una tensión de amplitud siempre
constante. En su conjunto, la disposición prevista por cada
consumidor constituye un cuadrípolo pasivo en el cual una corriente
alterna infundida en el lado de entrada es transformada en una
tensión de salida constante.
Merced a la adaptación de potencia automática se
consigue que incluso en la marcha en vacío permanezca constante la
tensión aplicada al consumidor y, por consiguiente, un consumidor
que se halle en marcha en vacío no constituya bloqueo alguno del
flujo de potencia para los ulteriores consumidores conectados en
serie. La disposición de conmutación opera, incluso en el caso de
marcha en vacío de diversos consumidores, con elevado rendimiento.
La alimentación del bucle conductor primario con una corriente
alterna infundida de alta frecuencia puede realizarse mediante
onduladores convencionales.
De acuerdo con una forma de realización
modificada, la transmisión de energía sin contacto puede también
aplicarse independientemente del guiado del rumbo en un plano.
A continuación se describirá la invención más
detalladamente con relación a los dibujos adjuntos, en los
cuales:
La Fig. 1 muestra un dispositivo según la
invención para la transmisión sin contacto de energía eléctrica a
varios consumidores distintos, conectados en serie;
la Fig. 2a ilustra el esquema sustitutivo
eléctrico simplificado de un consumidor del dispositivo según la
invención;
la Fig. 2b ilustra el esquema sustitutivo
eléctrico simplificado, recalculado al lado primario, de un
consumidor del dispositivo según la invención;
las Figs. 2c y 2d ilustran el diagrama de
flechas de las tensiones y corrientes en un estado de marcha en
vacío y en un estado de carga, respectivamente;
la Fig. 3a muestra esquemáticamente la
trayectoria de las líneas de campo magnético en la marcha en vacío
de un consumidor por parte del vehículo y con guiado del rumbo
centrado;
la Fig. 3b muestra esquemáticamente la
trayectoria de las líneas de campo magnético en carga del
consumidor por parte del vehículo según la Fig. 3a y con guiado del
rumbo centrado;
la Fig. 3c muestra esquemáticamente la
trayectoria de las líneas de campo magnético en marcha en vacío del
consumidor por parte del vehículo según la Fig. 3a y con guiado del
rumbo lateralmente desviado;
la Fig. 4a ilustra una forma de realización del
sistema de bobinados secundarios con cuatro bobinados;
la Fig. 4b ilustra el conexionado eléctrico del
sistema de bobinados secundarios con cuatro bobinados según la Fig.
4a;
la Fig. 5a muestra la disposición de un sistema
conductor primario con conductores primarios adyacentes entre
sí;
la Fig. 5b ilustra una disposición de
conmutación eléctrica de un sistema de bobinados secundarios para la
disposición según la Fig. 5a;
la Fig. 5c muestra una variante de la
disposición según la Fig. 5a; y
la Fig. 6 muestra una subdivisión del bucle
conductor primario en segmentos conectables.
La Fig. 1 muestra un dispositivo según la
invención para la transmisión sin contacto y por inducción de
energía a consumidores, los cuales están dispuestos en vehículos
200 y 300. Un bucle conductor primario 100, que se extiende en el
sentido de marcha de los vehículos 200 y 300 y eventualmente
ulteriores vehículos, es alimentado por un ondulador primario 107
con una corriente alterna infundida I0. Condensadores 101 y 102,
conectados en serie, compensan la reactancia global del bucle
conductor primario 100, la cual consiste esencialmente de
reactancias de dispersión 107, 108 de todo el bucle conductor
primario 100 así como, en una pequeña parte, de reactancias de
acoplamiento 103, 104 respecto a las bobinas secundarias por parte
del consumidor para el vehículo 200 y de reactancias de acoplamiento
105, 106 respecto a bobinas secundarias por parte del consumidor
para el vehículo 300, así como de eventualmente ulteriores
reactancias de acoplamiento respecto a ulteriores vehículos. A cada
vehículo 200, 300 está asociado un sistema de bobinados secundarios
o de bobinas que consiste de al menos dos bobinas individuales.
Para el vehículo 200 con un consumidor 205 se trata de las bobinas
201 y 202. Para el vehículo 300 con un consumidor 305 se trata de
las bobinas 301 y 302.
Por parte del campo magnético alterno generado
por el conductor primario 100 por el que circula corriente son
inducidas en las bobinas por parte del vehículo respectivas
tensiones alternas. En lo que respecta al vehículo 200 está pues
acoplado magnéticamente el bobinado 201 del vehículo con el
bobinado primario superior 104. El consumidor eléctrico 205 del
vehículo 200 está vinculado, a través de los condensadores 203 y
204 conectados en serie, con los bobinados secundarios 201 y 202
también conectados en serie. Los condensadores 203, 204 están
dimensionados de tal modo que su resistencia reactiva corresponda a
la de los bobinados secundarios 201, 202. Merced a esta disposición
de conmutación el consumidor 205 es alimentado, independientemente
de su estado de carga y también independientemente del estado de
carga de los otros consumidores conectados en serie, con la tensión
constante U2L. Por otra parte, esta disposición de conmutación da
también lugar a que el flujo de potencia a los distintos
consumidores secundarios no resulte interrumpido cuando uno o varios
de los consumidores secundarios se hallen en marcha en vacío y por
tanto no sea absorbida potencia alguna por ellos. El sistema de
bobinados secundarios está vinculado con una disposición de
conmutación (203, 204) constituida exclusivamente por elementos de
conmutación pasivos. Esta disposición de conmutación pasiva incluye
también una función de protección en el sentido de que, incluso en
el caso de marcha en vacío del consumidor 205, su tensión de
alimentación permanezca constante y no se produzca sobretensión
alguna.
Tal como se describirá más detalladamente a
continuación, en cada vehículo puede también crearse una señal
destinada al guiado del rumbo. Para ello constituyen, por ejemplo en
el vehículo 200, resistencias 206 y 207 de elevada resistencia
óhmica juntamente con los bobinados secundarios 201 y 202 un
circuito en puente en cuya diagonal en puente una tensión U2P crea,
como diferencia de las tensiones U21, U22, la señal de guiado del
rumbo. Si por ejemplo se elige la separación espacial entre
conductores de los conductores de ida y retorno del bucle conductor
primario 100 distinta a la de los ejes magnéticos de los bobinados
secundarios, al desviarse lateralmente los bobinados secundarios
con respecto a la disposición de conductor primario son inducidas en
los bobinados secundarios tensiones alternas con amplitudes
distintas, proporcionales a la desviación. Con respecto al vehículo
200 mostrará entonces la tensión en puente U2P una amplitud
creciente en función de la desviación, siendo determinado el signo
por la dirección de desviación. Lo propio vale para el vehículo 300
(306, 307, U3P).
La Fig. 2a ilustra el esquema sustitutivo
eléctrico de una disposición secundaria por parte del consumidor.
Se ilustra un fragmento del bucle conductor primario alimentado
con una corriente alterna infundida, así como una disposición
secundaria por parte del consumidor. En concreto se ilustran
inductividades 401 y 402 de los dos bobinados secundarios de un
vehículo, que con el bucle conductor primario presentan
acoplamientos magnéticos 403 y 404. Los bobinados secundarios 401 y
402 constituyen, juntamente con condensadores 403 y 404 así como una
carga 405, una conexión en serie.
En la Fig. 2b se ha simplificado el circuito
según la Fig. 2a en el sentido de que se han reunido los bobinados
secundarios y se han recalculado al lado primario. El acoplamiento
inductivo se ha tenido en cuenta en la inductividad principal Lh
504, la dispersión magnética en el lado primario en la inductividad
de dispersión Lsp 501 y la dispersión magnética en el lado
secundario en la inductividad de dispersión Lss 502. Los
condensadores conectados en serie están también reunidos en el
condensador secundario C 503. Si el condensador es dimensionado de
tal modo que su resistencia reactiva corresponda a la resistencia
reactiva constituida por la conexión en serie de la inductividad de
dispersión secundaria 502 y la inductividad principal 504, en el
consumidor resultará una tensión de amplitud constante,
independiente del estado de carga, U_{SL} = I_{0} \cdot
jwL_{h}. También la marcha en vacío está incluida en esta
consideración.
Tal como se ilustra en la Fig. 2c, la tensión
U2h efectiva en el bucle conductor primario corresponde, para la
marcha en vacío, a la tensión U2L aplicada al consumidor y
presenta, con respecto a la corriente primaria I0, una anticipación
de fase de 90°. Si aumenta la potencia absorbida en el consumo,
aumentará en correspondencia con la potencia activa transmitida la
tensión efectiva en el bucle conductor primario en una magnitud que
se halla en fase con la corriente primaria infundida I0.
Esta relación se ilustra en la Fig. 2d y permite
apreciar que durante la marcha en vacío del consumidor solamente es
preciso poner a disposición una reducida potencia reactiva por la
alimentación de energía en el lado primario. A medida que aumenta la
potencia activa de transmisión se produce una adaptación automática
del flujo de potencia por un creciente componente activo de la
tensión que deba alimentarse en el lado primario. Simultáneamente,
la corriente de carga IL suministra la parte de potencia reactiva
adicionalmente necesaria para la magnetización de la rendija de aire
entre el bucle conductor primario y los bobinados secundarios. Dado
que en esta disposición descrita no se requiere elemento de
conmutación activo alguno, queda excluida una destrucción del
circuito de carga por una tensión inadmisiblemente elevada.
Simultáneamente, esta disposición de conmutación da lugar a que la
fuente de energía en el lado primario deba poner a disposición una
potencia activa únicamente correspondiente al consumo de potencia en
el lado secundario.
La Fig. 3a, la Fig. 3b y la Fig. 3c muestran
sendas ilustraciones en las que los bobinados secundarios por parte
del vehículo, que se hallan sobre un núcleo de ferrita, se
desplazan fuera del plano de dibujo, así como los dos conductores
del bucle conductor primario, que también se extienden fuera del
plano de dibujo.
En la Fig. 3a se ilustra el estado de marcha en
vacío de la disposición. Los bobinados secundarios 601 y 603 no
llevan corriente. Para aumentar el acoplamiento magnético entre un
bucle conductor primario 604 y los bobinados secundarios 601 y 603,
éstos están dispuestos sobre un núcleo de ferrita 602. La
separación entre los conductores primarios 604 es distinta a la
separación entre centros de ranuras del núcleo de ferrita 602. En
caso de posición centrada del sistema secundario con respecto al
sistema primario resultarían inducidas en ambos bobinados
secundarios 601 y 603 tensiones con igual amplitud, resultando por
tanto la diferencia entre ambas igual a cero. La trayectoria del
campo magnético es generada por el bucle conductor primario 604 por
el que circula una corriente alterna infundida.
En la Fig. 3b se ilustra un estado de carga de
la disposición por parte del consumidor secundario. Bobinados
secundarios 611 y 613 conducen la corriente de carga. Para aumentar
el acoplamiento magnético entre un bucle conductor primario 614 y
los bobinados secundarios 611 y 613, éstos están dispuestos, tal
como se ha ilustrado también en la Fig. 3a, sobre un núcleo de
ferrita 612. La separación entre los conductores primarios 614 es
distinta a la separación entre centros de ranuras del núcleo de
ferrita 612. En caso de posición centrada del sistema secundario
con respecto al sistema primario resultarían inducidas en ambos
bobinados secundarios 611 y 613 tensiones de igual amplitud, con lo
que la diferencia entre las mismas sería igual a cero. La
trayectoria del campo magnético es generada por el bucle conductor
primario 614, por el que circula una corriente alterna, y por la
corriente de carga que fluye en los bobinados secundarios 611 y
613.
En la Fig. 3c se ilustra el estado de marcha en
vacío de la disposición por parte del consumidor secundario en caso
de desviación lateral de un sistema secundario 621, 622, 623 con
respecto a un sistema primario 624. Los bobinados secundarios 621 y
623 conducen la corriente de carga. Para aumentar el acoplamiento
magnético entre el bucle conductor primario 624 y los bobinados
secundarios 621 y 623, éstos están dispuestos, tal como se ha
ilustrado también en la Fig. 3a y en la Fig. 3b, sobre un núcleo de
ferrita 622. La separación entre los conductores primarios 624 es
distinta a la separación entre centros de ranuras del núcleo de
ferrita 622. En caso de una posición lateralmente desviada del
sistema secundario respecto al sistema primario resultan inducidas
en ambos bobinados secundarios 621 y 623 tensiones con distinta
amplitud, con lo que la diferencia entre las mismas se traduce en
un valor proporcional a la desviación lateral. La trayectoria del
campo magnético es generada por el bucle conductor primario 624,
por el que circula una corriente alterna. De esta manera es creado
un medio para la determinación o detección de la desviación lateral
de posición del sistema de bobinados secundarios respecto al bucle
conductor primario.
En la Fig. 4a se ilustra un sistema de bobinados
secundarios que consiste de en total cuatro bobinados 630a, 630b,
631a, 631b. En las ramas exteriores de un núcleo de ferrita 632 se
hallan los bobinados 630a, 631a. Las tensiones inducidas en estos
bobinados 630a, 631a por un sistema de conductor primario 633 son
aprovechadas tanto para la determinación de la señal de desviación
como también para la transmisión de energía. En la rama central del
núcleo de ferrita 632 están dispuestos dos ulteriores bobinados
630b, 631b, cuyas tensiones inducidas son aprovechadas
exclusivamente para la transmisión de energía, ya que no contienen
información alguna sobre la desviación lateral.
La Fig. 4b muestra que todos los bobinados están
conectados eléctricamente en serie entre sí. Los bobinados 630a y
631a están dispuestos en las ramas exteriores del núcleo de ferrita
632. La diferencia entre las tensiones U0a-U1a
inducidas en los bobinados 630a y 631a por el sistema de conductor
primario 633 proporciona una señal de posición proporcional a la
desviación lateral del sistema de bobinados secundarios con respecto
al sistema de conductor primario, mientras que la suma UL de todas
las tensiones inducidas se aprovecha para la transmisión de
energía.
Esta disposición resulta preferible con respecto
a las formas de realización ilustradas en la Fig. 3a, la Fig. 3b y
la Fig. 3c, ya que puede aprovecharse mejor el espacio para
bobinados disponible.
En la Fig. 5a se ilustra una disposición de
conductores primarios 654 que resulta apropiada, en combinación con
un también ilustrado sistema de conductores secundarios modificado,
para transmitir energía al sistema secundario incluso en caso de un
desplazamiento del sistema secundario transversalmente a la
extensión de los conductores primarios. Con ello resulta posible
una transmisión de energía incluso en caso de un movimiento
bidimensional del sistema secundario en el plano del sistema
primario. Ello se consigue por el hecho de que varios conductores
primarios 654 se disponen adyacentes entre sí, y respectivos
conductores primarios vecinos conducen una corriente alterna
infundida en distinto sentido. En sentido transversal a la
extensión de los conductores primarios se obtiene así un campo
magnético alterno 653 con sucesivamente distintas direcciones de
campo. A fin de que en cualquier posición deseada del sistema de
bobinados secundarios pueda transmitirse a éste energía, el sistema
de bobinados secundarios consiste de bobinados 650a y 650b, que
constituyen un grupo de bobinados, así como de bobinados 651a y
651b, que constituyen un ulterior grupo de bobinados. La separación
entre ambos grupos de bobinados corresponde a la mitad de la
separación entre conductores primarios, con lo que en cualquier
posición deseada del sistema secundario al menos uno de ambos
grupos de bobinados puede alimentar energía al consumidor.
En la Fig. 5b se ilustra la disposición de
conmutación eléctrica del sistema secundario de acuerdo con la Fig.
5a. El grupo de bobinados 650a y 650b alimenta, en conexión en
serie con un condensador 652 y un rectificador 654, un consumidor
común 656. El grupo de bobinados 651a y 651b alimenta, en conexión
en serie con un condensador 653 y un rectificador 655, dicho
consumidor común 656. Merced a los rectificadores 654 y 655 se
aprovecha automáticamente el grupo de bobinados más favorable en
cada caso, en función de la posición del sistema secundario, en lo
que respecta al acoplamiento de energía.
La Fig. 5c muestra un dispositivo en el cual un
sistema de bobinados secundarios 801 está también previsto de tal
modo que resulte acoplado inductivamente con la disposición de
conductores primarios 654 según la Fig. 5a para cualquier
desplazamiento deseado en el sentido de las X o Y, así como para
cualquier rotación deseada en un ángulo PHI. Por consiguiente, el
sistema de bobinados secundarios 801 puede ofrecer potencia
eléctrica con cualquier posicionamiento deseado con respecto a la
disposición de conductores primarios 654. Para ello el sistema de
bobinados 801 consiste, por ejemplo, de tres bobinas individuales
superpuestas 802, 803 y 804, siendo una de las bobinas una bobina
circular o rectangular 802 con un ancho que corresponda a la
separación A entre los conductores primarios 654. Una segunda
bobina 803 presenta la forma de un 8 y tiene un ancho que
corresponde a la mitad de la separación entre los conductores
primarios 654. Una tercera bobina 804, que también presenta la
forma de un 8 y está configurada como la bobina 803, está no
obstante girada en 90° en el espacio con respecto a la bobina 803.
Las tres bobinas 802, 803 y 804 están superpuestas entre sí, de
manera que al menos una de las tres bobinas resulta acoplada
inductivamente con la disposición de conductores primarios 654
según las Figs. 5a, b, para cualquier desplazamiento deseado en el
sentido de las X o Y i/o para cualquier rotación deseada en el
ángulo PHI, y ofrece por tanto potencia eléctrica con cualquier
posición deseada con respecto a la disposición de conductores
primarios 654.
La Fig. 6 muestra una subdivisión de todo el
bucle conductor primario en varios segmentos conectables 701, 711,
721. Un cortocircuito de segmentos individuales por medio de
respectivos conmutadores 703, 713, 723, dispuestos en paralelo
respecto a los segmentos, interrumpe la alimentación de corriente
al respectivo segmento, con lo que es posible un sencillo gobierno
de bloques a través de la alimentación de energía a los
consumidores. Para la compensación de la potencia reactiva en el
lado primario está asociado a cada segmento un condensador en serie
702, 712, 722.
La invención no queda limitada a los ejemplos de
realización descritos, los cuales permiten múltiples variantes y
cuyas características pueden aplicarse en combinaciones distintas a
las ilustradas y descritas. Además, los consumidores pueden estar
dispuestos de forma estacionaria a lo largo del bucle conductor
primario.
Claims (8)
1. Dispositivo para la transmisión sin contacto
y por inducción de energía a al menos un consumidor eléctrico
(205), operante con tensión constante, comprendiendo un bucle
conductor primario eléctrico (100) a través del cual circula una
corriente alterna infundida, un sistema de bobinados secundarios
(200) acoplado inductivamente con el bucle conductor primario (100)
y provisto de bobinados secundarios (201, 202, 301, 302), y una
disposición de conmutación constituida exclusivamente por
componentes pasivos (203, 204 6 303, 304) para la alimentación del
consumidor con una tensión esencialmente constante, independiente de
su estado de carga, presentando el dispositivo medios para el
guiado del rumbo del consumidor, aptos para determinar la
desviación de posición lateral del sistema de bobinados secundarios
con respecto al bucle conductor primario, caracterizado
porque los bobinados secundarios (201, 202, 301, 302) están
previstos como medios para la determinación de la desviación de
posición lateral.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque los ejes de bobinado espaciales de los
bobinados secundarios (201, 202) difieren de tal modo de la
separación espacial entre conductores del bucle conductor primario
(100) que la diferencia entre las tensiones eléctricas (U22, U21)
en los bobinados secundarios (201, 202) proporcione una señal (U2P)
apropiada para la determinación de la desviación de posición
lateral del sistema de bobinados secundarios con respecto al bucle
conductor primario (100).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el sistema de bobinados secundarios
consiste de en total cuatro bobinados individuales (630a, 630b,
631a, 631b) independientes entre sí, estando dispuestos dos
bobinados (630a, 631a) en las ramas exteriores y dos bobinados
(630b, 631b) en una rama central común de un núcleo de ferrita
(632), y presentando todos los bobinados un acoplamiento magnético
con el bucle conductor primario (633) y estando conectados
eléctricamente entre sí en serie.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, caracterizado porque comprende una disposición de
conductor primario (654) dispuesta esencialmente en un plano (X, Y)
y un sistema de bobinados secundarios (801), los cuales están
dispuestos y/o previstos ambos de tal modo que, en caso de una
desviación cualquiera del sistema de bobinados secundarios (801) en
el sentido de las X o Y y/o en caso de una rotación cualquiera del
sistema de bobinados secundarios en un ángulo PHI con respecto a la
disposición de conductor primario (654), al menos un bobinado
secundario esté acoplado inductivamente con la disposición de
conductor primario (654) y por tanto el sistema de bobinados
secundarios (801) ofrezca potencia eléctrica con cualquier
posicionamiento deseado respecto a la disposición de conductor
primario (654).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque una pluralidad de conductores primarios
(654) están dispuestos adyacentes entre sí y con separación en un
plano, transversalmente a su extensión, y cada dos conductores
primarios vecinos conducen una corriente alterna con distinto
sentido de corriente, de manera que transversalmente a la extensión
se crea un campo magnético alterno espacial (653) con sucesivas
direcciones de campo distintas, y porque los ejes de bobinado
espaciales de los bobinados secundarios (650a, 650b 6 651a, 651b)
están dispuestos con una separación equivalente a la mitad de la
separación espacial entre conductores de los conductores primarios,
constituyendo los bobinados secundarios dos grupos de bobinados
que, en conexión en serie con respectivos condensadores (652, 653) y
respectivos rectificadores (654, 655), alimentan un consumidor
común (656).
6. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque el sistema de bobinados secundarios
(801) consiste de tres bobinas individuales superpuestas entre sí
(802, 803, 804), siendo una de las bobinas 803 una bobina circular
o rectangular con un ancho (A) que corresponde a la separación (A)
de la disposición de conductor primario, presentando una segunda
bobina (803) la forma de un 8 y un ancho que corresponde a la mitad
de la separación de la disposición de conductor primario (654), y
estando una tercera bobina (804), que también presenta la forma de
un 8 y corresponde a la bobina (803), girada espacialmente en 90°
con respecto a la bobina (803), y estando dispuestas las tres
bobinas (802, 803, 804) superpuestas entre sí de tal modo que al
menos una de las tres bobinas esté acoplada inductivamente con la
disposición de conductor primario (654), para cualquier desviación
deseada en el sentido de las X o Y y/o para cualquier rotación
deseada en un ángulo PHI, y con ello el sistema de bobinados
secundarios (801) ofrezca potencia eléctrica con cualquier
posicionamiento deseado respecto a la disposición de conductor
primario (654).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque varias disposiciones de conexión
en serie secundarias alimentan, a través de respectivos
rectificadores asociados a las mismas en conexión en serie, un
consumidor común.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque el bucle conductor primario está
subdividido en secciones de bloques y contiene conmutadores (703,
713, 723) aptos para desconectar de la corriente segmentos
individuales (701, 711, 721) mediante puenteo de los puntos de
alimentación, comprendiendo los segmentos individuales (701, 711,
721) sendos condensadores en serie (702, 712, 722) para la
compensación de potencia reactiva.
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