PT1011187E

PT1011187E - Dispositivo para a transferência de energia por indução e sem contacto.

Info

Publication number: PT1011187E
Application number: PT99124030T
Authority: PT
Inventors: Juergen Prof Dr-Ing Meins
Original assignee: Vahle Paul Kg
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2007-05-31
Also published as: ATE354197T1; DE59914192D1; DE19856937A1; ES2283091T3; EP1011187B1; EP1011187A1

Description

DESCRIÇÃO

DISPOSITIVO PARA A TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA POR INDUÇÃO E SEM

CONTACTO A invenção refere-se a um dispositivo do género indicado no conceito principal da reivindicação 1 que se destina, nomeadamente, à transferência de energia por indução e sem contacto a diversos consumidores ligados em série que se pretendem alimentar com uma tensão constante.

Para a transferência de energia sem contacto podem ser usados, basicamente, campos eléctricos ou magnéticos alternados. Tendo em vista a transposição para uma solução técnica, são de importância máxima o volume construtivo total necessário, a quantidade de equipamentos técnicos necessária, a electricidade que é possível transferir, a radiação dos campos para o ambiente bem como o comportamento em caso de avaria.

Na patente U.S 514,972 (TESLA) é descrita uma solução para a transferência de energia capacitiva sem contacto. A lei da indução pode ser usada, vantajosamente, para a transferência da energia eléctrica, uma vez que com o aumento da frequência do campo magnético alternado diminui o volume construtivo dos componentes. Há muitas descrições de sistemas em que uma fonte de energia primária alimenta um anel condutor primário linear com energia alternada e os consumidores se movimentam ao longo deste anel condutor primário. 1

Na patente U.S. 527,857 (1894) HUTIN e LeBLANC descrevem uma proposta em que um campo magnético alternado de 3 kHz é usado para a transferência de energia. OTTO descreve na patente NZ 167,422 (1974) a utilização de um circuito de ressonância serial primário que é operado na faixa de frequências entre os 4 kHz e os 10 kHz, para transferir energia, por exemplo, a autocarros por indução.

Em todas as propostas a transferência da energia realiza-se através de um campo magnético alternado criado pelo anel condutor primário, a pelo menos um sistema de bobinas colocado junto de um consumidor e no qual é induzida uma tensão. Havendo vários consumidores trata-se, do ponto de vista eléctrico, de um circuito de vários consumidores ligados em série e acoplados por meio de transformadores a uma bobina primária. Os fluxos de electricidade dos consumidores estão acoplados entre si, para conseguir o desacoplamento é necessário tomar determinadas medidas.

Por isso, já se tornaram conhecidos muitos sistemas do género acima indicado (por exemplo, DE 44 46 779 Al) que podem ser usados para desacoplar consumidores operados em série e que apresentam um consumo de potência diferente mas uma tensão de alimentação constante.

Na patente U.S. 546,467,718 (21.11.1995) é descrita a utilização da transferência de energia por indução e sem contacto em relação a um veiculo com sustentação magnética. Para aumentar a energia transferível propõe-se instalar, paralelamente à bobina secundária, um condensador que, independentemente do consumo de electricidade secundário, se encontra em ressonância paralela com a bobina secundária. Para regular o fluxo de electricidade, é usado entre a bobina 2 secundária do lado do veículo e os consumidores do lado do veículo um interruptor electrónico activo, conhecido da literatura correspondente como regulador de corrente contínua. Para além disso, há uma descrição da utilização da transferência de energia por indução também para a produção da força de avanço do veículo.

Na patente U.S. 5,528,113 (18.06.1996) é descrita a utilização de várias bobinas secundárias por consumidor para a transferência de energia sem contacto. As várias bobinas secundárias também são operadas em ressonância paralela com um condensador. Um dispositivo de comutação activo montado entre a bobina secundária do lado do veículo e os consumidores do lado do veículo selecciona, por um lado, a bobina secundária com o acoplamento magnético mais favorável ao sistema de condutores primários e, por outro, é utilizado para a regulação do fluxo de electricidade e para a disponibilização de uma tensão com amplitude constante.

No pedido de patente PCT WO 93/23908 (25.11.1993) são descritos sistemas que, para o anel primário e com um fluxo de electricidade do lado primário em função da carga, pretendem garantir a operação do anel condutor primário em ressonância. A título de solução são propostos condensadores adicionais comutáveis do lado primário ou indutâncias adicionais variáveis.

Na patente U.S. 5,293,308 (08.03.1994) propõe-se regular o fluxo de electricidade através do afastamento da bobina secundária do condutor primário ou através de uma bobina adicional secundária comutável. Outras características desta patente são a operação de um interruptor activo como interruptor serial entre a bobina secundária e o consumidor 3 secundário, como interruptor paralelo à bobina secundária e ao consumidor secundário ou como interruptor que com condensadores paralelos adicionais dessintoniza o arranjo secundário em forma de um circuito oscilante paralelo, em função do fluxo de electricidade. Outras caracteristicas desta patente referem-se ao aumento local da electricidade transferível por condutores adicionais primários e a arranjos diferentes de condensadores seriais primários.

No pedido de patente PCT WO 93/23909 (23.11.1993) é descrita a divisão do anel condutor primário em módulos ligados entre si através de um cabo de indutância zero.

Na patente U.S. 5,341,280 (23.08.1993) é descrita a execução do anel condutor primário e da bobina secundária como arranjo coaxial fechado ou parcialmente aberto, a fim de melhorar o acoplamento magnético recíproco.

Na patente U.S. 4,914,539 (03.04.1990) é descrita uma outra forma de execução de um controlador secundário electrónico activo para o desacoplamento e para a regulação do fluxo de electricidade.

No pedido de patente PCT WO 94/10003 (11.06.1994) são descritos vários arranjos de enrolamentos primários e secundários desfasados entre si. Esta medida pretende conseguir que devido a um arranjo polar alternado em comparação com os arranjos polares idênticos anteriormente descritos se verifique uma expansão física mais reduzida do campo magnético, a fim de serem reduzidos os efeitos recíprocos entre este e o ambiente. Numa outra característica propõe-se uma divisão do circuito oscilatório formado por um condensador, dentro do circuito oscilatório paralelo 4 secundário previsto, para compensar também os efeitos da indutância de dispersão secundária. Numa outra caracteristica é apresentada a utilização de um conversor secundário activo para a regulação do fluxo de electricidade e para o desacoplamento dos consumidores secundários entre si.

Na PCT WO 94/25304 é descrito um sistema em conformidade com o conceito principal da reivindicação 1 para a transferência de energia sem contacto, em que no lado secundário está previsto um circuito oscilatório constituído por um condensador ligado em série. O circuito oscilatório constituído por um condensador serve para aumentar a potência de transferência (factor 2 em comparação com um arranjo sem condensador). A adaptação da tensão fornecida pelo sistema secundário à carga é feita por um conversor DC/DC. Numa primeira conversão a corrente alternada secundária é convertida em corrente contínua e numa segunda conversão a corrente contínua é convertida em tensão contínua ou numa corrente contínua regulável. Além disso, este arranjo permite guiar um veículo ao longo de um anel condutor primário.

Na ep 253345 é descrito um outro sistema de transferência de electricidade por indução com a caracteristica de uma tensão de saída constante. Uma tensão de saída constante (independentemente do estado de carga) é conseguida pelo aproveitamento do estado de saturação do material de ferrite da bobina receptora secundária. Com o aumento da tensão verifica-se uma deslocação do ponto de trabalho magnético, o que tem o efeito de uma limitação da tensão.

Finalmente, a DE 44 29 656 descreve a divisão do anel condutor primário em várias secções comutáveis, compensadas entre si. Essencial é aqui que as secções de comutação não 5 activas (sem corrente e isentos de campo magnético) servem de alimentação para as secções de comutação activas, não havendo necessidade de uma alimentação eléctrica em separado para as várias secções de comutação. Além disso, este sistema é favorável devido ao facto de a indutância da alimentação (secção não activa) ser baixa, uma vez que num feixe primário se encontram dois condutores com correntes eléctricas opostas entre si. Desta forma, a necessidade de potência reactiva do arranjo primário é mantida num nivel reduzido.

Desde que sejam executados como circuito de ressonância paralelo secundário, os arranjos acima descritos necessitam de dispositivos de regulação electrónicos activos, a fim de conseguir o desacoplamento de vários consumidores independentes entre si e com um consumo diferente ou para estabilizar a tensão de saída. Uma desvantagem é aqui que em caso de falha do dispositivo de regulação electrónico activo o consumidor secundário não está protegido contra sobretensões. A utilização da saturação magnética de um material de ferrite (linha característica de magnetização) também não é vantajosa, uma vez que, de modo geral, é relativamente imprecisa e está relacionada com as perdas que surgem no material de ferrite.

Assim, a invenção baseia-se no problema de evitar estas desvantagens e de conceber o dispositivo do género acima indicado de modo que para além de uma alimentação dos consumidores com tensão constante sem a utilização de um regulador, seja possível também um guiamento dos veículos equipados com o dispositivo ao longo do anel condutor. Além disso, pretende-se conseguir que, por exemplo, mesmo aquando 6 do trabalho em vazio de um dos consumidores a tensão com a qual está a ser alimentado não suba para um valor elevado, o que poderia provocar a destruição, e que para os outros consumidores operados em série não haja um bloqueio do fluxo de electricidade.

Para atingir este objectivo servem as caracteristicas da reivindicação 1.

Através da invenção é conseguida a vantagem de os consumidores sem elementos de comutação activos serem alimentados com uma tensão constante independentemente da sua potência. Também para o trabalho em vazio de um dos consumidores, a tensão de alimentação mantém-se constante, a fim de garantir a protecção contra sobretensões. Para além disso, em caso de trabalho em vazio de um dos consumidores, o fluxo de electricidade para os outros consumidores operados em série não é bloqueado. Estes requisitos de funcionamento colocados ao arranjo de circuito não são preenchidos por elementos de comutação activos com os respectivos dispositivos de regulação activos mas apenas por um arranjo passivo que cumpre as suas funções devido ao principio de actuação fisico que a seguir se descreve.

Para a realização dos meios em conformidade com a invenção, com o propósito de determinar o desvio de posição lateral, o sistema de enrolamento secundário é constituído, de preferência, por pelo menos duas bobinas acopladas magneticamente apenas em parte, sendo que a distância entre os eixos das bobinas difere da distância central dos condutores individuais paralelos do anel condutor primário. A diferença das tensões secundárias das bobinas fornece um sinal proporcional ao desvio de posição lateral do sistema de 7 enrolamento secundário do anel condutor primário. Desta forma, o desvio de posição espacial lateral dos consumidores em relação a um anel indutivo fixo que se estende no sentido de movimento dos consumidores é representado num sinal eléctrico, isto e, em combinação com a transferência da energia é fornecido um sinal para o guiamento de cada um dos consumidores ao longo do anel condutor primário fixo.

Outras caracteristicas vantajosas da invenção resultam das reivindicações secundárias.

Se os consumidores forem veículos, o dispositivo em conformidade com a invenção é constituído, por exemplo, por um anel condutor eléctrico primário com tensão alternada predefinida, instalado fixamente no sentido de movimento dos consumidores, por um sistema de enrolamento secundário atribuído aos consumidores que num circuito em série é acoplado indutivamente ao condutor primário, e por um condensador a jusante do sistema de enrolamento secundário. 0 sistema de enrolamento secundário, o condensador e o consumidor eléctrico são ligados em série e arranjados de modo que os vários consumidores são alimentados com uma tensão com amplitude constante, independentemente do consumo individualmente diferente. De uma maneira geral o arranjo previsto para cada consumidor forma um quadripolo passivo dentro do qual uma corrente alternada predefinida do lado da entrada é transformada numa tensão de saída constante.

Através da adaptação automática da potência é conseguido que também no caso do trabalho em vazio a tensão existente se mantém constante e, assim, um consumidor que trabalha em vazio não bloqueia o fluxo de electricidade para os outros consumidores ligados em série. 0 circuito trabalha também com um elevado nível de eficácia quando alguns dos consumidores trabalham em vazio. A alimentação do anel condutor primário com uma corrente alternada predefinida de alta frequência pode ser feita pelos conversores habituais.

Numa forma modificada a transferência de energia sem contacto pode ser usada também separadamente do guiamento num único nível. A seguir, a invenção é explicada mais pormenorizadamente com a ajuda de desenhos. Estes mostram:

Fig. 1 um dispositivo em conformidade com a invenção, destinado à transferência de energia eléctrica sem contacto a vários consumidores diferentes operados em série;

Fig. 2a o esquema eléctrico equivalente simplificado de um consumidor do dispositivo em conformidade com a invenção;

Fig. 2b o esquema eléctrico equivalente simplificado convertido para o lado primário de um consumidor do dispositivo em conformidade com a invenção;

Fig. 2c o diagrama vectorial das tensões e das correntes no estado de carga;

Fig. 3a o esquema do decurso das linhas do campo magnético com funcionamento em vazio de um consumidor do lado do veículo e com um guiamento central; 9

Fig. 3b o esquema do decurso das linhas do campo magnético em caso de carga do consumidor do lado do veículo, em conformidade com a Fig. 3a e com um guiamento central;

Fig. 3c o esquema do decurso das linhas do campo magnético com funcionamento em vazio do consumidor do lado do veiculo, em conformidade com a Fig. 3a e com um desvio lateral do guiamento;

Fig. 4a uma forma de execução do sistema de enrolamento secundário com quatro enrolamentos;

Fig. 4b a ligação eléctrica do sistema de enrolamento secundário com quatro enrolamentos de acordo com a Fig. 4a;

Fig. 5a o arranjo de um sistema condutor primário com condutores primários colocados uns ao lado dos outros;

Fig. 5b o circuito eléctrico de um sistema de enrolamento secundário para o arranjo constante na Fig. 5a;

Fig. 5c uma variante da forma de execução constante na Fig. 5a; e

Fig. 6 uma divisão do anel condutor primário em segmentos comutáveis. A Fig. 1 mostra um dispositivo em conformidade com a invenção, destinado à transferência de energia por indução e sem contacto ao consumidores que se encontram nos veículos 10 200 e 300. Um anel condutor primário 100 que se estende no sentido de andamento dos veículos 200 e 300 e, eventualmente, outros veículos é alimentado por um conversor primário 107 com corrente alternada predefinida 10. Os condensadores 101 e 102 ligados em série compensam a reactância total do anel condutor primário 100 que é constituído, essencialmente, pelas reactâncias de dispersão 107, 108 de todo o anel condutor primário 100 e, em parte pequena, pelas reactâncias de acoplamento 103, 104 às bobinas secundárias do lado do consumidor para o veículo 200 e pelas reactâncias de acoplamento 105, 106 às bobinas secundárias do lado do consumidor para o veículo 300 e ainda por outras reactâncias de acoplamento a outros veículos. A cada veículo 200, 300 é atribuído um sistema de enrolamento/bobinas secundário, constituído por pelo menos duas bobinas individuais. Em relação ao veículo 200 com um consumidor 205 são as bobinas 201 e 202, e em relação ao veículo 300 com um consumidor 305 são as bobinas 301 e 302.

Através do campo magnético alternado criado pelo condutor primário 100 percorrido pela corrente é induzida nas bobinas do lado do veículo uma tensão alternada. No veículo 200 o enrolamento 201 do veículo está acoplado magneticamente ao enrolamento primário superior 104. Através dos condensadores 203 e 204 ligados em série, o consumidor eléctrico 205 do veículo 300 está ligado aos enrolamentos secundários 201 e 202 que também estão ligados em série. Os condensadores 203, 204 estão dimensionados de forma que a sua reactância corresponda à reactância dos enrolamentos secundários 201, 202. Devido a este arranjo de circuito o consumidor 205 é alimentado com tensão constante U2L, independentemente do seu estado de carga e também independentemente do estado de carga dos outros consumidores ligados em série. Por outro lado, 11 este arranjo de circuito também faz com que o fluxo de electricidade aos vários consumidores secundários não seja interrompido quando um ou vários dos consumidores secundários trabalham em vazio e não consomem electricidade. 0 sistema de enrolamento secundário está liqado, exclusivamente, a um circuito (203, 204) formado por elementos passivos. Este circuito passivo tem também uma função de protecção, de modo que mesmo quando o consumidor 205 trabalha em vazio a sua tensão de alimentação se mantém constante, não se verificando qualquer sobretensão.

Como explicado mais pormenorizadamente mais adiante, em cada veiculo pode ser formado um sinal que também se destina ao guiamento. Para esse efeito, por exemplo, no veiculo 200, as resistências 206 e 207 de alta impedância formam juntamente com os enrolamentos secundários 201 e 202 um circuito em ponte em cuja diagonal uma tensão U2P produz o sinal de guiamento que resulta da diferença entre as tensões U21 e U22. Se, por exemplo, a distância espacial entre o condutor de avanço e o condutor de retorno do anel condutor primário 100 for escolhido com uma determinada diferença em relação aos eixos magnéticos dos enrolamentos secundários, num desvio lateral dos enrolamentos secundários em relação ao arranjo dos condutores primários são induzidas nos enrolamentos secundários tensões alternadas cujas amplitudes diferem na proporção do desvio. No veículo 200 a tensão de ponte U2P mostra então uma amplitude que aumenta conforme o desvio, sendo o sinal determinado pela direcção do desvio. O mesmo aplica-se, analogamente, ao veiculo 300 (306, 307, U3P) . A Fig. 2a mostra o esquema eléctrico equivalente de um arranjo secundário do lado do consumidor. Trata-se do recorte de um anel condutor primário alimentado com corrente 12 alternada predefinida e de um arranjo secundário do lado do consumidor. Individualmente representadas são as indutâncias 401 e 402 dos dois enrolamentos secundários de um veiculo que com o anel condutor primário apresentam os acoplamentos magnéticos 403 e 404. Os enrolamentos secundários 401 e 402 estão ligados em série juntamente com os condensadores 403 e 404 e uma carga 405.

Na Fig. 2b o circuito correspondente à Fig. 2a é simplificado na medida em que os enrolamentos secundários são agrupados e convertidos para o lado primário. O acoplamento indutivo é considerado na indutância principal Lh 504, a dispersão magnética no lado primário na indutância de dispersão Lsp 501 e a dispersão magnética no lado secundário na indutância de dispersão Lss 502. Os condensadores operados em série também são agrupados no condensador C 503. Se o condensador for dimensionado de forma que a sua reactância corresponda à reactância formada pela ligação em série da indutância de dispersão secundária 502 e da indutância principal 504, resulta no consumidor uma tensão com amplitude constante Ust = I0-jwLh, independentemente do estado de carga. Também o funcionamento em vazio está incluído nesta consideração.

Como representado na Fig. 2c, a tensão efectiva U2h no anel condutor primário para o trabalho em vazio corresponde à tensão U2L existente no consumidor e apresenta em relação à corrente primária IO um avanço de fase de 90°. Se aumentar a potência convertida em consumo, aumenta, conforme a potência efectiva transferida, a tensão efectiva no anel condutor primário por um termo na fase com a corrente primária IO predefinida. 13

Esta relação é representada na Fig. 2d e permite compreender que quando o consumidor trabalha em vazio, apenas é preciso disponibilizar uma potência reactiva reduzida por parte da alimentação de energia no lado primário. Conforme aumenta a potência efectiva da transferência realiza-se uma adaptação automática do fluxo de electricidade devido ao facto de aumentar a percentagem efectiva da tensão de alimentação do lado primário. Simultaneamente, a corrente de carga IL fornece a percentagem de reactância necessária adicionalmente para a magnetização do entreferro entre o anel condutor primário e os enrolamentos secundários. Uma vez que neste arranjo descrito não são necessários elementos de comutação activos, a destruição do circuito de carga por uma tensão inadmissivelmente elevada é impossível. Ao mesmo tempo, este arranjo de circuito faz com que a fonte de energia primária tenha de disponibilizar apenas uma potência efectiva correspondente à necessidade de potência do lado secundário.

As Figs. 3a, 3b e 3c mostram situações nas quais os enrolamentos secundários do lado do veículo que se encontram num núcleo de ferrite se deslocam para fora do plano de desenho bem como os dois condutores do anel condutor primário que também se expandem de modo a saírem do plano de desenho.

Na Fig. 3a encontra-se representado o estado de trabalho em vazio do arranjo. Os enrolamentos secundários 601 e 603 não são percorridos por corrente. Para aumentar o acoplamento magnético entre o anel condutor primário 604 e os enrolamentos secundários 601 e 603 estes encontram-se num núcleo de ferrite. A distância entre os condutores primários 604 diverge da distância central da ranhura do núcleo de ferrite 602. Com uma posição central do sistema secundário em relação ao sistema primário seriam induzidas nos dois 14 enrolamentos secundários 601 e 503 tensões com amplitude idêntica, de modo que a sua diferença seria zero. O decurso do campo magnético é gerado pelo anel condutor primário 604 percorrido pela corrente alternada predefinida.

Na Fig. 3b é representado um estado de carga do arranjo, criado pelo consumidor secundário. Os enrolamentos secundários 611 e 613 são percorridos pela corrente de carga. Para aumentar o acoplamento magnético entre o anel condutor primário 614 e os enrolamentos secundários 611 e 613 estes encontram-se, como mostra também a Fig. 3a, num núcleo de ferrite 612. A distância entre os condutores primários 614 diverge da distância central da ranhura do núcleo de ferrite 612. Com uma posição central do sistema secundário em relação ao sistema primário seriam induzidas nos dois enrolamentos secundários 611 e 613 tensões com a mesma amplitude, de modo que a sua diferença seria zero. O decurso do campo magnético é gerado pelo anel condutor primário 614 percorrido por corrente alternada e pela corrente de carga existente nos enrolamentos secundários 611 e 613.

Na Fig. 3c é representado o estado de funcionamento em vazio do arranjo, criado pelo consumidor secundário em caso de desvio lateral de um dos sistemas secundários 621, 622, 623 em relação a um sistema primário 624. Os enrolamentos secundários 621 e 623 são percorridos pela corrente de carga. Para aumentar o acoplamento magnético entre o anel condutor primário 624 e os enrolamentos secundários 621 e 623 estes encontram-se, como se mostra também nas Figs. 3a e 3b, num núcleo de ferrite. A distância entre os condutores primários 624 diverge da distância central da ranhura do núcleo de ferrite 622. Com uma posição lateralmente desviada do sistema secundário em relação ao sistema primário, são induzidas nos 15 dois enrolamentos secundários 621 e 623 tensões com amplitudes diferentes, de modo que da sua diferença resulta um valor proporcional ao desvio lateral. 0 decurso do campo magnético é gerado pelo anel condutor primário 624 percorrido por corrente alternada. Desta forma, é criado um meio para a determinação ou detecção do desvio lateral da posição do sistema de enrolamento secundário em relação ao anel condutor primário.

Na Fig. 4a é representado um sistema de enrolamento secundário, constituído por um total de quatro enrolamentos 630a, 630b, 631a, 631b. Nos braços exteriores do núcleo de ferrite 632 encontram-se os enrolamentos 630a, 631a. As tensões induzidas nestes enrolamentos 630a, 631a por um sistema primário 633 são utilizadas tanto para a determinação do sinal de desvio como também para a transferência da energia. No braço central do núcleo de ferrite 632 encontram-se outros dois enrolamentos 630b, 631b cujas tensões induzidas são utilizadas exclusivamente para a transferência da energia, uma vez que não contêm informações sobre o desvio lateral. A Fig. 4b mostra que, a nivel eléctrico, todos os enrolamentos estão ligados em série. Os enrolamentos 630a e 631a encontram-se nos braços exteriores do núcleo de ferrite 632. A diferença entre as tensões UOa-Ula induzidas nos enrolamentos 630a, 631a pelo sistema condutor primário 633 fornece um sinal proporcional ao desvio lateral do sistema de enrolamento secundário em relação ao sistema condutor primário, enquanto a soma UL de todas as tensões induzidas é utilizada para a transferência da energia. 16

Em comparação com as formas de execução representadas nas Figs. 3a, 3b e 3c, dá-se a preferência a este arranjo, uma vez que o espaço de enrolamento disponível permite um aproveitamento melhor.

Na Fig. 5a é representado um arranjo de condutores primários 654 que juntamente com um sistema de condutores secundários modificado, também representado, é adequado para transferir energia ao sistema secundário mesmo quando o sistema secundário se movimenta transversalmente à extensão dos condutores primários. Desta forma, é possível transferir energia mesmo em caso de movimento bidimensional do sistema secundário no plano do sistema primário, o que é conseguido pelo facto de vários condutores primários 654 serem colocados lado a lado e por os respectivos condutores primários adjacentes serem percorridos por uma corrente alternada em direcções diferentes. Transversalmente em relação à extensão do condutor primário, resulta assim o campo magnético alternado 653 com direcções de campo sucessivamente diferentes. Para que em qualquer posição do sistema de enrolamento secundário poder ser transferida energia para este, o sistema de enrolamento secundário é constituído pelos enrolamentos 650a e 650b que formam um grupo de enrolamentos, e pelos enrolamentos 651a e 651b que formam outro grupo de enrolamentos. A distância entre os dois grupos de enrolamentos corresponde à metade da distância entre os condutores primários, de modo que em qualquer posição do sistema secundário pelo menos um dos dois grupos de enrolamentos possa transferir energia ao consumidor.

Na Fig. 5b é representado o arranjo de circuito do sistema secundário em conformidade com a Fig. 5a. Os grupos de enrolamentos 650a e 650b, ligados em série com um condensador 17 652 e um rectificador 654, alimentam um consumidor comum 656. Os grupos de enrolamentos 651a e 651b ligados em série com um condensador 653 e um rectificador 654 alimentam um consumidor comum 656. Através dos rectificadores 654 e 655 é utilizado automaticamente, em função da posição do sistema secundário, o respectivo grupo de enrolamentos mais favorável para o acoplamento da energia. A Fig. 5c mostra um dispositivo em que um sistema de enrolamento secundário 801 é executado também de modo que em caso de qualquer deslocação na direcção X ou Y ou em caso de qualquer rotação descrevendo um ângulo PHI possa ser acoplado indutivamente ao arranjo de condutores primários 654 em conformidade com a Fig. 5a. Desta forma, o sistema de enrolamento secundário 801 pode fornecer potência eléctrica em qualquer posição em relação ao arranjo de condutores primários 654. Para esse efeito, o sistema de enrolamento 801 é constituído, por exemplo, por três bobinas individuais sobrepostas 802, 803 e 804, sendo que uma das bobinas é uma bobina 804 redonda ou rectangular e tem uma largura que corresponde à distância A entre os condutores primários 654. Uma segunda bobina 803 apresenta a forma de um 8 e tem uma largura que corresponde à metade da distância entre os condutores primários 654. Uma terceira bobina 804 que também tem a forma de um 8 e que tem a mesma forma da bobina 803 encontra-se rodada 90° em relação à bobina 803. As três bobinas 802, 803 e 804 estão sobrepostas uma à outra, de modo que, com qualquer deslocação na direcção X ou Y e/ou qualquer rotação em torno do ângulo PHI, pelo menos uma das três bobinas seja acoplada indutivamente ao arranjo de condutores primários 654 correspondente às Figs. 5a e 5b, disponibilizando potência eléctrica em qualquer posição em relação ao arranjo de condutores primários 654. 18 A Fig. 6 mostra uma divisão de todo o anel condutor primário em vários segmentos comutáveis 701, 711, 721. Um curto-circuito de alguns segmentos provocado pelos interruptores 703, 713, 723 colocados paralelamente aos segmentos interrompe a alimentação eléctrica do respectivo segmento, permitindo um simples comando de blocos através da alimentação de energia dos consumidores. Para a compensação da potência reactiva do lado primário é atribuído a cada segmento um condensador série 702, 712, 722. A invenção não se limita aos exemplos de execução descritos. Estes podem ser variados de muitas formas e suas características podem ser usadas em outras combinações e não apenas nas combinações representadas e descritas. Além disso, os consumidores podem ser colocados de forma fixa ao longo do anel condutor primário. 20-04-2007 19

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo destinado à transferência de energia por indução e sem contacto a pelo menos um consumidor eléctrico (205) operado com tensão constante, equipado com um anel condutor primário (100) percorrido por uma corrente alternada predefinida, um sistema de enrolamento secundário (200) com enrolamentos secundários (201, 202, 301, 302) e acoplado indutivamente ao anel condutor primário (100) e um arranjo de circuito construído exclusivamente com elementos passivos (203, 204 ou 303, 304) para a alimentação do consumidor com uma tensão essencialmente constante e independente do seu estado de carga, sendo que o dispositivo apresenta meios para o guiamento do consumidor que determinam o desvio de posição lateral do sistema de enrolamento secundário em relação ao anel condutor primário, caracterizado por os enrolamentos secundários (201, 202, 301, 302) constituírem meios para a determinação do desvio de posição lateral.
2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os eixos de enrolamento espaciais dos enrolamentos secundários (201, 202) divergirem de tal modo da distância espacial entre os condutores do anel condutor primário (100) que a diferença das tensões eléctricas (U22, U21) existente nos enrolamentos secundários (201, 202) fornece um sinal (U2P) adequado para a determinação do desvio de posição lateral do sistema de enrolamento secundário em relação ao anel condutor primário (100) .
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o sistema de enrolamento secundário ser constituído por um total de quatro enrolamentos individuais independentes entre si (630a, 630b, 631a, 631b), sendo que 1 dois enrolamentos (630a, 631a) se encontram nos braços exteriores e dois enrolamentos (630b, 631b) num braço central comum de um núcleo de ferrite (632) e sendo que todos os enrolamentos apresentam um acoplamento magnético ao anel condutor primário (633) e estão ligados electricamente entre si em série.
4. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por apresentar um arranjo de condutor primário (654) essencialmente no mesmo nivel (X, Y) e um sistema de enrolamento secundário (801), ambos concebidos e/ou arranjados de modo que com uma qualquer deslocação do sistema de enrolamento secundário (801) na direcção X ou Y e/ou com uma qualquer rotação do sistema de enrolamento secundário em torno de um ângulo PHI em relação ao arranjo de condutor primário (654) pelo menos um dos enrolamentos secundários seja acoplado indutivamente ao arranjo de condutor primário (654) e, por conseguinte, o sistema de enrolamento secundário (801) forneça electricidade em qualquer posição relativa ao arranjo de condutor primário (654) .
5. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por um número múltiplo de condutores primários (654) serem dispostos no mesmo plano, transversalmente à sua extensão, lado a lado mas a uma determinada distância entre si, sendo que uma corrente alternada percorre sempre dois condutores primários adjacentes em direcções diferentes, de modo que transversalmente à extensão se forme um campo magnético alternado (653) espacial com direcções de campo sucessivamente diferentes, e por os eixos de enrolamento espaciais dos enrolamentos secundários (650a, 650b ou 651a, 651b) serem colocados a metade da distância espacial que se 2 verifica entre os condutores do condutor primário, sendo que os enrolamentos secundários formam dois grupos de enrolamento que, estando ligados em série cada um com um condensador (652, 653) e um rectificador (654, 655), alimentam um consumidor comum (656).
6. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o sistema de enrolamento secundário (801) ser constituído por três bobinas individuais sobrepostas (802, 803, 804), sendo que uma das bobinas (803) é uma bobina redonda ou rectangular e tem uma largura (A) que corresponde à distância (A) entre os condutores primários, uma segunda bobina (803) apresenta a forma de um 8 e tem uma largura que corresponde à metade da distância entre os condutores primários (654) e uma terceira bobina (804) que também tem a forma de um 8 e que corresponde à bobina (803) se encontra rodada 90° em relação à bobina (803) e sendo que as três bobinas (802, 803, 804) estão sobrepostas umas às outras, de modo que, com qualquer deslocação na direcção X ou Y e/ou qualquer rotação em torno do ângulo PHI, pelo menos uma das três bobinas seja acoplada indutivamente ao arranjo de condutores primários (654), disponibilizando assim o sistema de enrolamento secundário (801) potência eléctrica em qualquer posição em relação ao arranjo de condutores primários (654).
7. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por vários arranjos de circuitos secundários ligados em série alimentarem um consumidor comum, através de um rectificador ligado em série que lhes é atribuído.
8. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado por o anel condutor primário ser dividido em 3 secções de bloco e conter interruptores (703, 713, 723) que podem desligar os vários segmentos (701, 711, 721) da corrente curto-circuitando os pontos de alimentação, sendo que os vários segmentos (701, 711, 721) contêm condensadores ligados em série (702, 712, 722) para a compensação da potência reactiva. 20-04-2007 4