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DISPOSITIVO PARA TRANSMITIR INDUCTIVAMENTE ENERGÍA ELÉCTRICA
La presente invención se refiere a un dispositivo para transmitir inductivamente energía eléctrica de conformidad con el concepto principal de la reivindicación 1. Un dispositivo de este tipo, como se conoce como por ejemplo a partir del documento WO 92/17929, tiene el propósito de transmitir energía eléctrica por lo menos a un consumidor móvil sin contacto mecánico ni eléctrico. Incluye una parte primaria y una parte secundaria que están conectadas electromagnéticamente de manera similar al principio del transformador. La parte primaria consiste de un aditamento electrónico de alimentación y un bucle conductor tendido a lo largo de un tramo. Una o varias tomas y los aditamentos electrónicos de toma correspondientes conforman el lado secundario. A diferencia del transformador, en el cual la parte primaria y la parte secundaria están conectadas de la manera más estrecha posible, se trata de un sistema acoplado de manera suelta. Esto es posible a través de una frecuencia de funcionamiento relativamente elevada del orden del kilohertz. De esta forma intersticios de aire grandes del orden de hasta varios centímetros pueden ser puenteados. Además, la frecuencia de funcionamiento del lado secundario se establece como la frecuencia de resonancia de un circuito oscilante en paralelo conformado mediante la conexión en paralelo de un condensador a la bobina de toma.
Entre las ventajas de este tipo de transmisión de la energía podemos mencionar la ausencia de desgaste y la ausencia de mantenimiento así como la seguridad del contacto y una alta disponibilidad. Se emplea típicamente en sistemas de transporte de materiales automáticos en el ámbito de la manufactura, pero también en sistemas de transporte de personas como por ejemplo autobuses y trenes eléctricos tales como los trenes suspendidos, por ejemplo. En muchas de estas aplicaciones existe la necesidad de poder variar la trayectoria. Por ejemplo puede ser necesario prolongar posteriormente un tramo instalado o bien ampliar una bifurcación. Debido a la frecuencia relativamente alta y para suprimir las fugas de corriente el cable para el bucle conductor primario es habitualmente un cable trenzado, es decir, se elabora a partir de múltiples hilos individuales aislados entre ellos. Este tipo de cable implica un costo importante para separar un cable colocado y conectar en dicho lugar de separación un segundo cable. La solución alternativa que es equipar el tramo adicional con una alimentación de energía eléctrica separada es igualmente costosa. Un problema relacionado adicional es la formación de agujas, es decir, bifurcaciones, en donde un vehículo puede tomar una de varias direcciones, en tramos para vehículos guiados en rieles. Para lograr una alimentación en energía eléctrica inductiva ininterrumpida en la aguja, se deben colocar ahí 3
tramos de conductores primarios móviles que pueden adecuarse al movimiento de la aguja. Están conectados habitualmente a través de cable de arrastre flexible con los conductores primarios tendidos en las secciones aledañas. Un ejemplo de una construcción de aguja de este tipo se presenta en el documento DE 100 14 954 Al. También aquí se observa la necesidad ya sea de separar cables trenzados de conductores primarios y unirlos con cables de arrastre o bien utilizar varias alimentaciones separadas. Tomando en cuenta este estado de la técnica, el objeto de la presente invención es revelar un dispositivo para transmitir inductivamente energía eléctrica que es sencillo y económico para adaptarse a una trayectoria variable. Este objeto se logra de conformidad con la presente invención a través de un dispositivo que presenta las características indicadas en la reivindicación 1. Modalidades preferidas de la presente invención se desprenden de las sub-reivíndicaciones . La invención utiliza el principio de la conexión inductiva contemplada en principio solamente para la transmisión de energía a un consumidor en movimiento también para transmitir energía entre conductores primarios diferentes. Para este propósito es conveniente que las secciones contempladas para la conexión de dos conductores primarios estén cada una bobinado alrededor de núcleos ferromagnéticos con el objeto 4
de concentrar el campo magnético y de lograr el factor de acoplamiento más elevado posible, es decir, se unen dos conductores primarios a través de un transformador cuyos bobinados se forman a través de los dos conductores primarios mismos, por lo que este transformador es bobinado alrededor de un núcleo ferromagnético dividido en dos partes. Es especialmente provechoso que el conductor primario secundario, es decir, el conductor primario al cual se alimenta energía a través del otro conductor, presente un número mayor de vueltas, de tal manera que al ocurrir la transmisión se eleve la tensión y se baje la corriente. Una corriente menor requiere por consiguiente de una 'sección transversal de conductor de menor tamaño de tal manera que en el caso del cable de lado secundario se puede evitar la utilización de un cable trenzado. Sin embargo, para proporcionar a las tomas del lado del consumidor la misma densidad de flujo magnético, se requiere que el conductor primario secundario sea llevado solamente en un número correspondiente de bucles por lo que estos bucles pueden ser realizados a través de un cable de varios hilos con una conexión adecuada. Una ventaja especial adicional de la baja de la corriente es la posibilidad de interr. 'pir el conductor primario secundario a través de un interruptor de corto circuito que tenga que presentar solamente una carga comparativamente pequeña inmediatamente atrás del transformador de conexión, lo que puede ser muy útil con relación a requisitos de seguridad. La presente invención es especialmente adecuada para su utilización en agujas en el caso de trenes guiados en rieles como por ejemplo en el caso de trenes suspendidos. En este caso a través de un movimiento de la aguja según la dirección contemplada de desplazamiento núcleos secundarios que se encuentran en un extremo del riel de acercamiento se acercan y de esta forma se obtiene siempre la alimentación correcta de energía eléctrica, es decir, se alimenta siempre con energía eléctrica la sección de aguja que lo requiere. Con relación a este aspecto, se ofrece también posibilidades provechosas para lograr zonas de seguridad delante de las agujas en donde se interrumpe la alimentación de energía de un vehículo que se está acercando fuera de las posiciones finales permitidas de la aguja. A continuación se presentan modalidades de la presente invención con relación a los dibujos. En estos dibujos: la Figura 1 es una representación esquemática de un dispositivo de conformidad con la presente invención, la Figura 2 es la prolongación de un bucle conductor primario a través de un dispositivo de conformidad con la presente invención, la Figura 3 es la conexión de una bifurcación a un bucle conductor primario a través de un dispositivo de conformidad con la presente invención, la Figura 4 es una representación esquemática del empleo de un dispositivo de conformidad con la presente invención para alimentar la aguja de un monorriel, la Figura 5 es una vista de arriba de una sección ampliada de una aguja de un monorriel con representación esquemática de la transmisión de energía eléctrica, la Figura 6 es una vista en corte transversal a lo largo de la línea A-B de la Figura 5, la Figura 7 es una vista en. perspectiva de una aguja alimentada con energía de un ferrocarril suspendido empleando la presente invención, la Figura 8 representa la aguja de la Figura 7 sin sus componentes mecánicos de soporte. En la Figura 1 se representa la conexión inductiva de conformidad con la presente invención de dos bucles conductores 1 y 2 separados galvánicamente; con relación al bucle conductor 1 en la Figura 1 se muestra solamente una pequeña parte y el bucle conductor 2 es representado de manera muy corta en comparación con su anchura. Ambos bucles conductores 1 y 2 conforman cada uno el lado primario de un sistema para la transmisión inductiva de energía eléctrica a un consumidor móvil, que toma la energía a través de una toma del campo magnético creado por la corriente en el bucle conductor 1 ó 2 correspondiente. De esta forma el bucle 7
conductor 1 está conectado a un aditamento electrónico de alimentación no ilustrado que alimenta una corriente al bucle conductor 1, mientras que la corriente en el bucle conductor 2 es inducida a través de la corriente en el bucle conductor 1, por lo que ambos bucles conductores 1 y 2 están conectados entre ellos a través de un transformador 3. Con relación a este transformador 3, el bucle conductor 1 se encuentra del lado primario y el bucle conductor 2 se encuentra del lado secundario por lo que a continuación el bucle conductor 1 se conocerá como primario y el bucle conductor 2 se conocerá como . secundario . La característica del transformador 3 es que no es una unidad cerrada sino que su bobinado primario 4 y su modulado secundario 5 son unidades separadas que se pueden acercar y alejar otra vez entre ellas de manera reversible. De forma análoga a una conexión enchufable tradicional que sirve para la creación de un contacto eléctrico reversible entre dos conductores, el transformador 3 puede también considerarse como un tipo de conexión enchufable que sin embargo solamente efectúa una conexión inductiva de los dos bucles conductores 1 y 2 en lugar de efectuar una conexión galvánica. Como se muestra en la Figura 1, el bobinado primario 4 del transformador 3 presenta un menor número de vueltas que el bobinado secundario 5. Por ejemplo, en la Figura 1 se muestra una relación de números de vueltas de 1:4, por lo que el 8
bobinado primario 4 tiene una sola vuelta y el bobinado secundario consiste de 4 vueltas. Esto tiene como consecuencia que la tensión en el lado secundario es 4 veces mayor, la corriente por consiguiente 4 veces menor. Se desprende de esto que en el caso del tendido del conductor de lado secundario 6 en un bucle sencillo de manera análoga al tendido del conductor de lado primario la toman del lado secundario se obtiene un campo magnético cuatro veces menor y por consiguiente se observa una disminución importante de la potencia eléctrica transmitida inductivamente a un consumidor . Con el objeto de equilibrar la disminución de la corriente, el conductor de lado secundario 6 se tiende en un bucle múltiple 2 cuya multiplicidad corresponde a la proporción de transformación del transformador 3. En el caso del ejemplo mostrado en la Figura 1 con una proporción de transformación de 1:4 se contempla por consiguiente un bucle secundario cuádruple 2. Mediante la cuadruplicación de las vueltas en el bucle 2 se obtiene aproximadamente el mismo campo magnético que se obtendría en el caso de una corriente cuatro veces mayor . De esta forma se puede evitar la cantidad importante de trabajo que se relacionaría con la colocación del conductor individual 6 en un bucle cuádruple, puesto que un solo cable 7 con cuatro hilos 8a a 8d se coloca en un solo bucle 2 y los 9
cuatro hilos individuales 8a a 8d están unidos entre ellos en pares en ambos extremos 7a y 7b del cable 7 al principio del bucle 2 de tal manera que se obtiene un bucle cuádruple. En el ejemplo mostrado, el hilo 8a está unido en el extremo 7a con el hilo 8b en el extremo 7b, además el hilo .8b está unido en el extremo 7a con el hilo 8c en el extremo 8b y finalmente el hilo 8c está unido en el extremo 7a con el hilo 8d en el extremo 7b. En el extremo 7b el hilo 8a es tomado del cable 7 y se conecta al conductor 6 del bobinado secundario 5. Una variante posible es el empleo de un cable 7 con un número de hilos que es un múltiplo del número de bucles necesarios con base en la proporción de transformación. Por ejemplo, para realizar un bucle cuádruple se puede utilizar también un cable con dieciséis hilos, los cuales están agrupados entre ellos en cuatro conjuntos de cuatro hilos cada uno conectados en paralelo, y estos cuatro conjuntos a su vez están conectados como los cuatro hilos 8a a 8b como se muestra en la Figura 1. En el bucle conductor secundario 2 se conectan de manera conocida condensadores de sintonización que forman con los inductores del bobinado secundario 5 y del bucle conductor 2 un circuito oscilante en serie. En la ¦''"figura 1 estos condensadores de sintonización se indican a través de un condensador 9 entre el conductor 6 que forma el bobinado secundario 5 y el hilo 8d en el extremo 7a del cable 7. Los 10
valores de los condensadores de sintonización se seleccionan de tal manera que por un lado dicho circuito oscilante se encuentre en resonancia a la frecuencia de funcionamiento del sistema y por otro lado de tal manera que la sintonización del bucle conductor primario 1 en resonancia a la frecuencia de funcionamiento que se logra de la misma manera a través de condensadores en serie sea lo menos afectada posible por la disponibilidad o no disponibilidad del bucle conductor secundario 2. Es decir, que el acercamiento o el alejamiento del bucle conductor secundario 2 a través del acercamiento o alejamiento del bobinado secundario 5 en el transformador 3 no modifica la impedancia de entrada del bucle conductor primario 1 del aditamento electrónico de alimentación, en la medida de lo posible, de tal manera que no se tiene que tomar medidas de adecuación en el bucle conductor primario 1 y en el aditamento de alimentación en el caso de un acercamiento o alejamiento del bucle conductor secundario 2. Entre las ventajas de la disminución de la corriente de lado secundario a través del transformador 2 podemos mencionar el ahorro de la forma de cable trenzado en el caso del cable 7 del bucle conductor secundario 2 asi como la mayor facilidad de desconexión del bucle conductor secundario 2. Para este propósito se contempla un interruptor 10 que pone en corto circuito el bobinado secundario 5 directamente en el transformador y de esta forma hace que el cable 7 11
esencialmente no tenga corriente. Es solamente necesario que este interruptor 10 pueda manejar una corriente de corto circuito muy menor correspondiente a la proporción de transformación del transformador 3 y puede por consiguiente realizarse a un costo relativamente pequeño. A través de la desconexión de la corriente un consumidor ya no puede obtener energía eléctrica en la sección de una trayectoria alimentada por el bucle conductor secundario 2. Esto puede ser interesante por razones de seguridad o bien puede ser hasta necesario, por ejemplo para cerrar una sección de tramo para trabajos de mantenimiento o bien con el objeto de asegurar distancias de seguridad entre varios vehículos en un tramo utilizado por varios vehículos a través de secciones no alimentadas con electricidad. Por ejemplo, en el caso de la técnica de transporte ferroviario, se divide un tramo en una serie de bloques cuya longitud es por lo menos igual a la distancia de frenado máxima de un vehículo, y por razón de seguridad entre dos bloques en donde se encuentran dos vehículos diferentes se deja siempre un bloque libre. En las Figuras 2 y 3 se muestra una modalidad posible del transformador 3. El transformador 3 se forma en cada caso a través de dos núcleos 11 y 12 ferromagnéticos en forma de E, cuyas partes verticales en estado acoplado están colocados frente a frente y alineados entre ellos de tal manera que el espacio entre los dos núcleos 11 y 12 es muy pequeño o bien 12
que de tal manera que dichos dos núcleos estén hasta en contacto mecánico entre ellos. La ilustración de los núcleos 11 y 12 en las Figuras 2 y 3 no es limitativa tampoco en cuanto a su distancia. Los bobinados 4 y 5 se encuentran cada uno en la parte media de la parte vertical. En el lado primario se contempla una sola vuelta mientras que en el lado secundario se contemplan cuatro vueltas. Evidentemente esta proporción de transformación asi como la forma en E de los núcleos 11 y 12 son solamente ejemplos. Otras proporciones de transformación pueden considerarse dentro del marco de la presente invención asi como otras formas de núcleo conocidas, como por ejemplo núcleos en forma de U o bien núcleos en forma de casco. Los demás componentes ilustrados son indicados en las Figuras 2 y 3 con los mismos números de referencia que en la Figura 1 y no requieren de explicaciones adicionales . La variante de conformidad con la Figura 2 muestra una prolongación de un primer bucle conductor 1 a través de un segundo bucle conductor 2. De manera correspondiente, la parte primaria del transformador 3 que consiste del núcleo 11 y del bobinado 4 se encuentra al final del bucle conductor 1, es decir, en el punto de inversión del conductor 1 que forma el bucle conductor 1. Esta variante es adecuada por ejemplo para prolongar posteriormente un tramo a lo largo del cual se debe desplazar un vehículo alimentado inductivamente con 13
energía eléctrica. En lugar de separar el bucle conductor 1 en el punto de inversión del conductor la y unir los dos extremos creados de esta forma del conductor la con los extremos del conductor 6 de un segundo bucle conductor 2 contemplado para dicha prolongación, el extremo de bucle conductor 1 es enrollado una vez alrededor de la parte vertical media del núcleo 11 en forma de E y el segundo bucle conductor de prolongación 2 está conectado inductivamente a través del bobinado 5 que consiste de cinco vueltas alrededor de la parte vertical media del núcleo 12 en forma de E al bucle conductor 1. De esta forma, no es necesario pero sí preferible que el bobinado primario 4 del transformador 3 consista solamente de una vuelta puesto que en este caso la longitud del bucle conductor primario 1 es solamente poco acortada. Más adelante con relación a las Figuras 4 y 6 se presentará otro ejemplo de aplicación de la variante de conformidad con la Figura 2. La variante de conformidad con la Figura 3 presenta la realización de una bifurcación lateral a partir de un primer bucle conductor a través de un segundo bucle conductor 2. Correspondientemente, la parte primaria del transformador 3 que consiste del núcleo 11 y del bobinado 4 se coloca en una convexidad lateral 13 del conductor la que conforma el bucle conductor 1 y no en su punto de inversión. La estructura del transformador 3 y de los componentes de su lado secundario corresponden con la variante de conformidad con la Figura 2. La variante de conformidad con la Figura 3 es adecuada, por ejemplo, para ampliar posteriormente con una bifurcación lateral un tramo a lo largo del cual debe desplazarse un vehículo alimentado inductivamente con energía eléctrica. Puesto que en este caso para la convexidad lateral 13 del conductor primario la se requiere de un tramo comparativamente largo de este conductor la, en este caso se toma en cuenta la opción de ampliación en el caso de la colocación del bucle conductor primario 1 y se contempla para el conductor la una reserva de una longitud apropiada. La posibilidad de desconectar un tramo bifurcado lateralmente a través del interruptor de corto circuito 10 cuando se requiere de suspender la alimentación en energía eléctrica es particularmente provechosa y de esta forma se puede bloquear de manera confiable la llegada de vehículos. En las Figuras 4 a 6 se presentan modalidades de la presente invención para proporcionar una aguja en el caso de un monorriel, por ejemplo en forma de un ferrocarril suspendido. Se muestra primero en la Figura 4 el esquema de una aguja 14, como se utilizan actualmente en los ferrocarriles para bifurcaciones. La aguja 14 conecta un riel ^.J que se acerca a ella opcionalmente con uno de dos rieles 16 y 17 que se alejan de ella, en donde la calificación de los rieles que se acercan o se alejan se considera con referencia a la 15
dirección de desplazamiento contemplada. Para este propósito, la aguja 14 tiene dos tramos de rieles 19 y 20 soportados en el soporte 18 ilustrado de manera sombreada en la Figura 4. El soporte 18 puede desplazarse transversalmente con relación a la dirección recta de los rieles alineados 15 y 16 entre dos posiciones de extremo, como se indica en la Figura 4 por medio de dos flechas. En la posición de extremo ilustrada, el tramo de riel curvo 19 conecta el riel de acercamiento 15 con el riel de alejamiento 17. En la otra posición de extremo no ilustrada del soporte 18 el tramo de riel recto 20 conecta el riel de acercamiento 15 con el riel de alejamiento 16. Como se mencionó al principio,, la alimentación en energía del vehículo debe también mantenerse en la zona de la aguja 14 por lo que en la técnica anterior se utilizan cables de arrastre flexibles . La presente invención ofrece para este propósito una alternativa elegante, en la cual se permite una transmisión inductiva de energía a través de bucles conductores que corren a lo largo de los rieles 15, 16 y 17, permitiendo la transmisión de energía inductivamente ya sea a partir del riel de acercamiento 15 o bien a partir de ambos rieles de alejamiento 16 y 17 hacia los tramos de rieles móviles 19 y 20. En la Figura 4 se muestra la variante mencionada en primera instancia para la cual se requiere de un bobinado primario 21 al final del riel 15 y se requieren respectivamente de un 16
bobinado secundario 22 ó 23 en los extremos de los tramos de rieles 19 y 20. De esta forma los bobinados 21, 22 y 23 están arreglados en los extremos de los rieles de tal manera que en cada una de las dos posiciones de extremo de la aguja 14 se obtenga la alineación mostrada en la Figura 2 con un transformador 3, en donde se colocan los bobinas 21 a 23 de manera correspondiente a la Figura 2, fabricados preferentemente de núcleos ferromagnéticos . En una de las posiciones de extremo de la aguja 14 el bobinado primario 21 forma un transformador con el bobinado secundario 22, en la otra posición de extremo con el devanado secundario 23 de tal manera que según la posición de la aguja 14 se logra siempre una alimentación de energía inductiva automática del tramo de riel correcto seleccionado entre los tramos de riel 19 y 20 a partir del riel de acercamiento 15. Para este propósito a lo largo de cada uno de los tramos de rieles 19 y 20 se coloca un bucle conector secundario corto, que proviene del bobinado secundario 22 o 23, de la técnica descrita arriba con detalles con relación a la Figura 1. Para facilitar la comprensión no se ilustran estos bucles conductores en la Figura 4. Básicamente, sería también posible alimentar inductivamente los tramos de rieles móviles 19 y 20 a partir de los rieles de alejamiento 17 ó 16. Para este propósito sin embargo, sería necesario que los dos rieles de alejamiento 17 y 17 tuvieran bobinados primarios, mientras que en el caso de una alimentación de los dos tramos de rieles móviles 19 y 20 a partir del riel de acercamiento 15 se requiere solamente de un bobinado primario de tal manera que tomando en cuenta los ahorros económicos se prefiere la alimentación descrita arriba a partir del riel de acercamiento 15. Además, se puede también contemplar, aparte de los bobinados 21 a 23 en los dos extremos de los tramos de rieles 19 y 20, dos bobinados primarios adicionales y en ambos extremos frente a la aguja 14 de los rieles de alejamiento 16 y 17 podrían colocarse dos bobinados secundarios adicionales, de tal manera que, en la posición de la aguja 14 ilustrada en la Figura 4, se alimente inductivamente con energía eléctrica a partir del riel de acercamiento 15 primero el tramo de riel 19 y de este hacia el riel de alejamiento 17. En la otra posición de la aguja 14, se alimenta inductivamente con energía eléctrica a partir del riel de acercamiento 15 pasando primero por el tramo de riel 20 y de ahí hacia el riel de alejamiento 16. En este caso, sin embargo, según la posición de la aguja 14 siempre uno de los rieles de alejamiento 16 ó 17 no está alimentado. Una alternativa puede contemplarse para proporcionar una alimentación propia a cada uno de los bucles conductores a lo largo de los rieles 16 y 17, o bien se puede dirigir el bucle conductor que corre a lo largo del riel de acercamiento 15 alrededor de la aguja 14 18
hacia uno de los rieles 16 ó 17 y tenderse a lo largo del mismo con el objeto de ahorrar una alimentación separada. En el caso de la aguja 14 de un monorriel es necesaria por razones de seguridad interrumpir la alimentación en energía en una zona de seguridad determinada 24 del riel de acercamiento 15 delante de la aguja 14, cuando la aguja 14 no se encuentra en una de las dos posiciones de extremo para que en este estado de la aguja 14 se impida la entrada de un vehículo en la aguja 14. Esto se logra habitualmente con ayuda de un mando digital que, a través del interruptor final colocado en el soporte 18, supervisa la posición de la aguja y fuera de las dos posiciones de extremo interrumpe la alimentación de energía al riel 15 en la zona de seguridad 24 a través de un contactor. La presente invención es también provechosa para esta tarea puesto que ofrece posibilidades de soluciones económicas. Una primera posibilidad se explicará a continuación con relación a las Figuras 5 y 6. En estas figuras se utilizan los mismos números de referencia que los números de referencia utilizados en las modalidades de las Figuras 1 a 4 para referirse a componentes correspondientes, mediante la adición de 100. Primero, la Figura 5 muestra un corte ampliado de una aguja de un monorriel con transmisión inductiva de energía a un vehículo en vista desde arriba, y especialmente la transición de un riel de acercamiento 115 a la aguja a un tramo de riel 19
móvil 119 así como a la zona de seguridad 124 al final del riel 115. Para este propósito la longitud de la zona de seguridad 124 no se representa a escala con relación a la anchura del riel 115. Como se muestra en la vista en corte transversal del riel 115 en la Figura 6 que se refiere a la línea A-B en la Figura 5, el riel 115 tiene un perfil en forma de I como se conoce en la técnica de los monorrieles. En el caso de un ferrocarril suspendido, las ruedas que soportan el peso del vehículo sobre el riel 115 se desplazan sobre la superficie superior del perfil. Ruedas adicionales que se desplazan a lo largo de superficies laterales externas soportan la fuerza transversal en las curvas. Los componentes mecánicos del vehículo sin embargo, no son de interés y por consiguiente no se muestran en las Figuras. Para la alimentación en energía inductiva del vehículo se coloca un bucle conductor 101 en un lado del riel 115, en una superficie lateral interna 125. La toma inductiva 126 del vehículo, que toma energía eléctrica del bucle conductor 101 para alimentar el vehículo, se encuentra lógicamente del mismo lado del riel 115 que el bucle alimentador 101 y a poca distancia de dicho bucle conductor. En un lugar 127, que representa el princip_l5 de la zona de seguridad 124, el bucle conductor 101 cambia por ejemplo a través de dos perforaciones transversales y pasa hacia el otro lado del riel 115 y corre desde ahí a lo largo de la 20
otra superficie lateral interna 128 del riel 115. Las superficies laterales internas 125 y 128 se ilustran de manera sombreada en la Figura 5. A través del alejamiento mayor de la toma 126 y a través del efecto protector del riel 115 ' que consiste habitualmente de metal, por ejemplo de aluminio, la conexión magnética entre el bucle conductor 101 y la toma 126 ya no puede transmitir inductivamente una potencia eléctrica de consideración. Al final del riel 115, el bucle conductor 101 forma un bobinado primario 121 que, en la posición final tomada por la aguja del lado del tramo de riel móvil 119 se encuentra frente a un bobinado secundario 122. Ambos bobinados 121 y 122 se elaboran preferentemente de núcleo ferromagnético como se muestra en las modalidades de ejemplo de las Figuras 2 y 3. La colocación precisa de los bobinados 121 y 122 es una cuestión de adaptación al espacio disponible. Se debe tomar en cuenta principalmente aquí el espacio entre las dos secciones perpendiculares del perfil de riel en forma de I, como se muestra en corte transversal en la Figura 6, o bien el lado inferior del riel. A través de la conexión magnética de los bobinados 121 y 122, se alimenta energía eléctrica a un bucle conductor secundario 102 que corre a lo largo de una superficie lateral interna 129 del tramo de riel 119, alineada con la superficie lateral interna 125 del riel 115. Este bucle conductor 102 es, como el bucle conductor 2 21
descrito con relación a la Figura 1, un bucle cuádruple. Está conectado a través de un conductor 106 con el bobinado secundario 122 por lo que este último no está colocado del lado del riel 119, en donde corre el bucle conductor 102, sino del otro lado. Con la estructura de bucles conductores 101 y 102 descrita hasta ahora sería siempre posible transmitir inductivamente energía eléctrica a la toma 126 a lo largo del riel 115 hasta el principio de la zona de seguridad 124 en la posición 127, así como en la posición final mostrada de la aguja también a lo largo del tramo de riel 119; sin embargo, no sería posible obtener esta transmisión inductiva dentro de la zona de seguridad 124 del riel 115. Para alimentar la zona de seguridad 124 en la posición final mostrada de la aguja y de ahí al final del tramo de riel 119 en el lado en donde corre el bucle alimentador 102, se coloca un bobinado primario adicional 130 y de manera correspondiente al final del riel 115 otro bobinado secundario 131 con el mismo número de vueltas, que conjuntamente forman un transformador con una proporción de transformación de 1:1. En el bobinado secundario 131 se conecta un bucle conductor adicional 132 que proviene del extremo del riel 115 y corre también como el bucle conductor 101 a lo largo de la superficie lateral interna 125 del riel 115. Este bucle conductor 132, cuyo punto de inversión se encuentra cerca del principio de la 22
zona de seguridad 124 en el lugar 127, como se puede ver claramente en la representación transversal de la Figura 5, es también un bucle cuádruple como el bucle conductor 102 que corre a lo largo ce la superficie lateral interna 129 del tramo de riel 119. Como se puede observar directamente a partir de la Figura 5, el bucle conductor 132. como el bucle conductor 102 es alimentado con corriente solamente cuando la aguja se encuentra en la posición final mostrada, en donde el extremo del riel 115 con el bobinado primario 121 y el bobinado secundario 131 está alineado con el extremo del tramo de riel móvil 119 con el bobinado secundario 122 y el bobinado primario 130. Asimismo, cuando este segundo tramo de riel móvil no ilustrado en la Figura 5, que pertenece necesariamente a la aguja, está equipado en su extremo con una combinación correspondiente de bobinado primario y bobinado secundario, entonces esto es también válido de la misma manera para la segunda posición final de la aguja. Durante el desplazamiento de la aguja entre las dos posiciones de extremo, el bucle conductor 132 en la zona de seguridad 124 es automáticamente desconectado y sin corriente a través de la suspensión de la conexión inductiva, sin que sea necesaria la presencia de sensores, o aditamentos electrónicos de mando, ni interruptores eléctricos. La colocación de los bobinados 130 y 131 en las Figuras 5 y 6 23
se desprende del hecho que la toma 126 como se ilustra en la Figura 5, se desplaza sobre la pequeña distancia entre el riel 115 y el tramo de riel 119. Para minimizar el volumen del núcleo de la toma 126 es sin embargo conveniente que la toma 126 tenga un núcleo ferromagnético en forma de E, como se muestra en las Figuras 2 y 3 y finalizar la toma de tal manera que las partes verticales externas del núcleo de ambos conductores abarquen el bucle conductor 101 y de tal manera que su parte vertical media sobresalga entre los dos conductores. En este caso los bobinados 130 y 131 no tienen que estar colocados como se muestra en las Figuras 5 y 6 puesto que quedan por lo menos en la trayectoria de la parte vertical media del núcleo. Una posible solución para este problema seria la colocación de los bobinados 130 y 131 del otro lado del riel 115 o del tramo de riel 119, en donde se encuentran los bobinados 121 y 122. Lo mismo aplica también para los puntos de inversión de los bucles conductores múltiples 102 y 132. - Una segunda solución alternativa para la formación de una zona de seguridad delante de una aguja de un monorriel con base en la presente invención se describirá a continuación con relación a las Figuras 7 y 8. En este caso se utilizan números de referencia correspondientes a los números de referencia utilizados en las modalidades de las Figuras 1 a 4, con adición de 200.
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La Figura 7 muestra una vista en perspectiva de una aguja 214 de un monorriel en forma de un ferrocarril suspendido. La estructura básica de esta aguja 214 corresponde a lo ilustrado esquemáticamente en la Figura 7. En la Figura 7, la aguja 214 se encuentra en una posición final en donde un primer tramo de riel móvil 220 conecta en linea recta los extremos alineados entre ellos de dos rieles fijos 215 y 216. Un segundo tramo de riel móvil 219, que tiene una forma curva, está también fijado como el primero en un marco de soporte 218, por lo que la conexión se efectúa en cada caso desde un ángulo 240 a partir del marco de soporte 218 hacia abajo, de tal manera que los tramos de rieles 219 y 220 debajo del marco de soporte 218 se encuentren a una cierta distancia de dicho marco. A su vez el marco de soporte 218 está colocado de manera móvil en un marco fijo 241 transversalmente con relación a los tramos de rieles 215 y 216. En la otra posición final no ilustrada de la aguja, el segundo tramo de riel móvil 219 conecta el tramo de riel fijo 215 con el otro tramo de riel fijo 217. De los tramos de rieles fijos 215, 216 y 217 se muestran solamente cortes de extremo cortos en la Figura 7. En la Figura 8 no se ilustra el extremo Jl tramo de riel 217. A lo largo del primer tramo de riel fijo 215 se coloca un bucle conductor 201 para la alimentación de un vehículo. Este 25
bucle conductor 201 corre a lo largo del marco fijo 241 hacia el tramo de riel fijo 217 y está tendido a lo largo de dicho tramo de riel. Alternativamente, el bucle conductor 201 puede también correr a lo largo del marco fijo 241 hacia el otro tramo de riel fijo 216 y a lo largo de dicho tramo de riel. La alimentación en energía de un vehículo a lo largo de los tramos de rieles móviles 219 y 220 se efectúa a través de un bucle conductor 202a o bien 202b, que pueden conectarse inductivamente con el bucle conductor 201 de manera cambiante según la posición de la aguja. Además, a lo largo de una zona de seguridad 224 del tramo de riel 215, antes de la aguja 214 en la dirección de desplazamiento, se coloca adicionalmente un bucle conductor de compensación 242, que puede ser alimentado en forma inductiva a partir del bucle conductor 201, y cuya función de aseguramiento de la seguridad se explicará con mayores detalles a continuación con base en la Figura 8. En esta última figura no se ilustran los marcos 218 y 241 para permitir una representación más clara de la trayectoria de los varios bucles conductores 201, 202a, 202b y 242 y las instalaciones para su conexión inductiva. Con base en la Figura 8, el bucle conductor 201 corre a lo largo del tramo de riel fijo 215 hacia la aguja 214 desde el extremo del tramo de riel fijo 215 primero en dirección vertical y después en un plano horizontal que se encuentra a 26
la altura del marco fijo 241 como se puede ver solamente en la Figura 7, alrededor de la aguja 214. Después de otra sección vertical, llega al final del tramo de riel fijo 217 y corre a lo largo de dicho tramo de riel. De esta forma se dirige uno de los conductores del bucle conductor 201 hacia una parte superior de núcleo en forma de casco 243 y crea ahí un bobinado 221. El bucle conductor 202a colocado a lo largo del primer tramo de riel móvil 220 corre también sobre una sección vertical hasta la altura del marco móvil 218 y es llevado ahí hacia una primera parte inferior 244 del núcleo en forma de casco, en donde forma un bobinado 222a. En la posición final de la aguja 214 como se muestra en las Figuras 7 y 8, los bobinados 221 y 222a forman conjuntamente con las partes de núcleo en forma de casco 243 y 244 un transformador en el cual el bucle conductor 202a está conectado inductivamente al bucle conductor 201 y de esta forma recibe una alimentación en energía eléctrica, cuando fluye la corriente en el bucle conductor 201. Para un vehículo que llega a la aguja 214 se suministra también en este caso energía eléctrica a lo largo del tramo de riel móvil 220. El bucle conductor 202b colocado a lo largo del segundo tramo de riel móvil 219 corre también sobre una sección vertical hasta la altura del marco móvil 218 y es llevado ahí hacia una segunda parte inferior de núcleo en forma de casco 245, 27
en donde se forma un bobinado 222b. En la otra posición final de la aguja 214, que no se muestra en las Figuras 7 y 8, los bobinados 221 y 222b forman un transformador juntos con las partes de núcleo en forma de caso 243 y 245, y a través de dicho transformador el bucle conductor 202b está conectado inductivamente con el bucle conductor 201 y de esta forma recibe una alimentación eléctrica cuando fluye la corriente eléctrica en el bucle conductor 201. En el caso de un vehículo que llega a la aguja 214, se suministra también energía eléctrica a lo largo del tramo de riel móvil 219.
Para suspender la alimentación en energía a los vehículos que se encuentran dentro de la zona de seguridad 224 ubicada en la dirección de desplazamiento antes de la aguja 214 durante el movimiento del marco 218 con los tramos de rieles móviles 219 y 220, se contempla un bucle conductor de compensación 242 que corre en la zona de seguridad 224 a lo largo del tramo de riel 215. El bucle conductor de compensación 242 corre desde el extremo del tramo de riel 215 como el bucle conductor 201 primero verticalmente hasta la altura del marco fijo 241 y después corre horizontalmente también hasta la parte superior del núcleo en forma de casco 243, en donde forma un bobinado 246. Este bobinado 246 es por consiguiente independiente de la posición de la parte móvil de la aguja 214 puesto que la parte superior del núcleo en forma de casco 243 está siempre conectada inductivamente con el bobinado 221 28
formado a partir del bucle conductor 201. El bucle conductor de compensación 242 se coloca de manera paralela al tramo de riel 215 e inmediatamente adyacente al bucle conductor 201, de tal manera que en el caso de corrientes de mismo valor pero de dirección opuesta en ambos bucles conductores 201 y 242 a lo largo de la zona de seguridad 224, los campos magnéticos de los dos bucles conductores 201 y 242 puedan compensarse aproximadamente, de tal suerte que en este caso la toma del lado del vehículo no pueda recibir una transmisión inductiva de energía eléctrica importante. El sentido del bobinado y los números de vueltas de- loe bobinados 221 y 226 en la parte superior del núcleo en forma de casco se ajustan de tal manera que por lo menos fuera de las posiciones finales de la aguja 214, es decir cuando ninguna de las partes inferiores del núcleo en forma de casco 244 o 245 está alineada con la parte superior en forma de casco 243, se induzca a partir de una corriente en el bucle conductor 201 una corriente de valor aproximadamente igual en el bucle conductor de compensación 242. De esta forma, por lo menos fuera de las dos posiciones finales de la aguja 214, se interrumpe la alimentación en energía en la zona de seguridad 224 de tal manera que en este caso ningún vehículo puede llegar a la aguja. Se debe observar además que la longitud de la zona de seguridad 224 en las Figuras 7 y 8 no se ilustra a escala sino que se acorta en forma 29
importante . A pesar de que, en el caso de una alineación de las partes de núcleo en forma de casco 243 y 244 o bien 243 y 245 en ambas posiciones de extremo de la aguja 214, se observe también una cierta modificación de la conexión inductiva entre los bobinados 221 y 246, se induce sin embargo también en estas posiciones de extremo una corriente importante y sin embargo no deseada en el bucle conductor de compensación 242 y la transmisión de energía a un vehículo dentro de la zona de seguridad 224 es prácticamente imposible. Para evitar esto es necesario interrumpir el circuito del bucle conductor de compensación 242 en dichas posiciones finales, por lo que en el bucle conductor de compensación se contempla la colocación de un interruptor 247. Este interruptor 247 ilustrado de manera esquemática en las Figuras 7 y 8 abre solamente en las posiciones finales de la aguja 214 y deja entonces el bucle conductor de compensación 242 sin energía. En los demás casos se encuentra en posición cerrada y permite que fluya la corriente de compensación necesaria. El interruptor 247 puede estar conectado por ejemplo mecánicamente forzosamente con la posición del marco móvil 218, pero esto sin embargo presenta el inconveniente que en el caso de una falla de funcionamiento del interruptor al cerrar, la función de seguridad del bucle conductor de compensación 242 se vuelve ineficiente. Se puede también 30
accionarse a través de uno o varios circuitos de alimentación auxiliares, que se cierran en las posiciones finales de la aguja 214 o bien se puede cerrar el circuito de alimentación auxiliar a través de un interruptor auxiliar, y después a través de un interruptor electrónico o electromecánico con mando eléctrico se puede interrumpir el circuito de alimentación del bucle conductor de compensación 242. Dispositivos correspondientes para llevar a cabo de manera segura procesos de interrupción eléctrica son conocidos en el estado de la técnica y han comprobado su efectividad en numerosas aplicaciones en las cuales los aspectos de seguridad son esenciales, de tal manera que se cuenta con una amplia gamma de dispositivos para este propósito. En comparación con las modalidades presentadas en las Figuras 5 y 6, la solución de conformidad con las Figuras 7 y 8 tiene la ventaja en el sentido que para la alimentación inductiva en energía eléctrica de dos tramos de rieles móviles 219 y 220 así como para lograr una zona de seguridad se requiere solamente de tres partes de núcleo de transformador 243, 244 y 245, mientras que en el caso de la solución de las Figuras 5 y 6 se requerían en total de 6 partes de núcleo de transformador. En la Figura 5 se ilustran 4 bobinados 121, 122, 130 y 131, que están enrollados convenientemente alrededor de una parte de núcleo. En el caso del segundo tramo de riel móvil no ilustrado en la Figura 5, se requieren 31
de dos bobinados adicionales y por consiguiente también de una parte de núcleo de transformador por lo que globalmente obtenemos seis partes de núcleo de transformador. Por otro lado en el caso de la solución de conformidad con las Figuras 5 y 6 se ahorra un interruptor adicional con una función de interrupción de seguridad puesto que en este caso existe una conexión mecánica forzosa entre la posición de la aguja y la alimentación en energía de la zona de seguridad 124. La prolongación del bucle conductor 201, que puede observarse en las Figuras 7 y 8r desde el primer tramo de riel fijo 215 hasta la aguja 214 y después hasta uno de los dos tramos de rieles fijos 217 (o bien alternativamente 216) y a lo largo de el puede también aplicarse a las modalidades de conformidad con las Figuras 4, 5 y 6, y por consiguiente no se relaciona con la realización especial de la zona de seguridad 224 a través del bucle conductor de compensación 242. Las modalidades de conformidad con las Figuras 5 a 8 representan desarrollos convenientes adicionales de la modalidad de conformidad con la Figura 4, sin embargo la modalidad de conformidad con la Figura 4 puede también funcionar independientemente, es decir, sin estos desarrollos adicionales, si no se requiere de una zona de seguridad 24 delante de la aguja 14 o bien si puede realizarse en forma habitual. Esto último significa que el bucle conductor que 32
corre a lo largo del riel 15 termina al principio de la zona de seguridad 24 y en esta última se coloca un bucle conductor separado que está conectado inductivamente al principio de la zona de seguridad 24 al bucle conductor que termina ahí, es decir que tiene su punto de inversión ahí, a través de un arreglo del tipo ilustrado en la Figura 2. La interrupción del bucle conductor separado en la zona de seguridad 24 se efectúa en este caso por necesidad a través de un interruptor de corto circuito 10 presentado en la Figura 2. Como ya se mencionó, zonas de seguridad que pueden desconectarse son interesantes no solamente con relación a agujas. Además se debe observar en las modalidades de las Figuras 4 a 8 que la aplicación de la presente invención para la alimentación de zonas de aguja no se limita a monorrieles sino que por un lado se pueden utilizar también en el caso de ferrocarriles de dos rieles y por otra parte se pueden utilizar también en el caso de vías sin rieles con vehículos dirigibles. También en este último caso es conveniente o bien hasta necesario, por ejemplo por razones de seguridad, poder desconectar una alimentación en energía en la zona de bifurcación. Con ayuda de la presente invención, como se explicó arriba, esto se puede lograr a través de una trayectoria de corto circuito interrumpible paralela al bobinado secundario o bien a través de un desplazamiento relativo de ambas partes de un transformador de dos partes o bien a través de un bucle conductor de compensación que puede ser interrumpido. La explicación más precisa que se ofreció con base en el ejemplo de un monorriel no pretende limitar la presente invención. De la misma manera, el tipo de aguja que se ilustró en los ejemplos de modalidades, específicamente una aguja de tipo Y para la bifurcación de un tramo de dos direcciones no debe considerarse como limitativo. Evidentemente la invención puede también utilizarse en el caos de agujas con un mayor número de vías, como por ejemplo agujas de tipo X o también en el caso de un torniquete, en donde un tramo de riel móvil junto con un vehículo que se encuentra arriba o abajo es girado en otra dirección. Aún cuando se presentó la invención utilizando preferentemente transformadores especiales con núcleos ferromagnéticos para la conexión inductiva de dos bucles conductores, se puede también contemplar evitar la utilización de un bobinado de transformador en el lado del bucle conductor primario y conectar el bucle conector secundario simplemente a través de una toma inductiva como se utiliza normalmente en el lado del usuario móvil para tomar energía a partir de un bucle conductor. La conexión en este caso es menor que en el caso de un transformador especial pero esta solución es también más económica y el bucle conductor secundario se puede colocar en cualquier lugar del bucle conductor primario sin que se requiera de preparación 34
de dicho bucle conductor primario y se puede desplazar posteriormente sin requerimientos adicionales.