WO2000061400A1 - Vorrichtung zur induktiven übertragung elektrischer energie - Google Patents

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WO2000061400A1
WO2000061400A1 PCT/EP2000/002647 EP0002647W WO0061400A1 WO 2000061400 A1 WO2000061400 A1 WO 2000061400A1 EP 0002647 W EP0002647 W EP 0002647W WO 0061400 A1 WO0061400 A1 WO 0061400A1
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ferrite core
rail element
return line
line
recesses
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PCT/EP2000/002647
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English (en)
French (fr)
Inventor
Aktiengesellschaft Wampfler
Original Assignee
Vonhof, Eberhard
Richter, Ulrich
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/005—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles without mechanical contact between the collector and the power supply line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to a device for inductive transmission of electrical energy according to the preamble of claim 1, in particular for use in the transmission of energy to mobile consumers.
  • EP 818 868 describes an inductive energy transmission system for mobile consumers.
  • a system essentially consists of a primary circuit, which is designed as an elongated, essentially parallel conductor arrangement, and a pantograph attached to the movable consumer.
  • the primary circuit comprises an outgoing line and a return line, each of which is connected at one end to the power supply source and is connected to one another at its other end.
  • the power supply source applies an alternating current to the primary conductor.
  • the current collector is formed from a ferrite core and a secondary winding comprising this ferrite core. By electrical induction, the secondary windings absorb energy from the magnetic field generated by the current-carrying primary conductor.
  • the current inductively generated in the secondary coil is then processed within the moving consumer by an electronic circuit and can then be supplied to the consumer, for. B. for drive, lighting or other use.
  • the outgoing and return lines are arranged parallel to one another along the travel path of the movable consumers.
  • An E-shaped ferrite core engages in the double line formed in this way, the middle leg of the E-shaped ferrite core protruding into the space between the feed line and the return line.
  • the secondary coil is realized by a pair of conductor loops which are wound around the middle leg of the ferrite core.
  • No. 4,833,337 describes a generic device in which the primary conductor is designed as a double conductor loop with two outgoing lines and two return lines, each of which is guided parallel to one another over a substantial part of its length.
  • the two forward and return lines are arranged in a rail with an E-shaped cross section.
  • the two return lines are located in the middle leg of the E-shaped rail directly next to each other and the two outgoing lines each run in an outer leg.
  • the inductive coupling is realized by a ferrite core with a U-shaped cross section, around the cross bar of which the secondary coil is wound.
  • the two side webs of the U-shaped ferrite core are arranged so that they each engage between the middle leg and an outer leg of the E-shaped rail.
  • Figure 1 A perspective view of an inventive
  • FIG. 2 diagram of the course of the magnetic field lines around the primary conductor in the presence of a flat current collector
  • Figure 3 Diagram of the course of the magnetic field lines of the primary conductor in
  • Figure 4 Perspective view of a rail element for inductive
  • FIG. 1 shows a perspective illustration of a current collector 3 according to the invention for inductively receiving electrical energy from a current-carrying primary conductor.
  • the current collector 3 consists of a T-shaped ferrite core 5 and two secondary coils 4 wound around the two side webs 6 of the ferrite core.
  • the ferrite core 5 is made from “standard power ferrites” which have a suitable magnetic permeability.
  • the secondary coil 4 is through Conductive wires are formed, which are wound in the longitudinal direction around the two side webs 6 of the ferrite core 5.
  • the two secondary windings formed in this way can also be connected to one another serves to rectify the current originating from the pantograph, to transform it or to transform it in another way and depending on the later use. These details known per se are not shown here.
  • FIG. 2 schematically shows the course of the magnetic field lines around the primary conductor, consisting of an outgoing line 1 and a return line 2, in the presence of a flat current collector 5 '.
  • the local course of the magnetic field lines is calculated by “finite element simulations”.
  • FIG. 3 shows the course of the magnetic field lines around the primary conductor 1, 2 in the presence of a T-shaped current collector 5 according to the invention.
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of an arrangement according to the invention for the inductive transmission of electrical energy to floor transport systems.
  • the arrangement essentially consists of a rail element 9, which leads the outward and return lines 1, 2 of the primary conductor, and a pantograph 3 according to the invention.
  • the current collector 3 comprises the T-shaped ferrite core 5 shown in FIG. 1, around whose side webs 6 the secondary coil 4 is wound, and a flat, essentially cuboid housing 8.
  • the housing 8 has a protruding guide boat 7 'on its underside.
  • the T-shaped ferrite core 5 is here in arranged the housing 8 that its central web 7 protrudes into the guide boat 7 '.
  • the housing 8 On its underside, the housing 8 has a coating 20 which has good sliding properties.
  • This coating 20 can be, for example, a ceramic coating or a plastic doped with carbon.
  • the coating 20 advantageously also extends over the guide boat 7 '.
  • the housing 8 can also be mounted on rollers or wheels instead of sliding on the rail.
  • the rail element 9 when viewed in cross section, has a smooth underside 11 and two side surfaces 13 perpendicular thereto and a surface 12. In the middle of the surface there is a channel 10, which runs along the rail element 9 and is rectangular in cross section, with a base surface 14 and two side surfaces 15, which are designed as guide surfaces.
  • the rail element 9 is made of electrically non-conductive and non-magnetic material, for example of plastic or ceramic, and advantageously has good sliding properties on its upper side 12.
  • both side surfaces 13 of the rail 9 each have a recess 16 running in the longitudinal direction.
  • these recesses are initially of constant width B and then widen in the shape of a circular arc, the circular arc formed extending over more than 180 degrees and having a diameter D which is greater than the width of the recesses 16
  • Both recesses 16, the feed line 1 and the return line 2 of the primary conductor are clamped in such a way that the circular outer diameter of the primary conductors 1, 2 contacts the circular-arc-shaped base 17 of the recesses 16.
  • the outgoing line 1 and the return line 2 are formed from stranded wires which are circular in cross section. The outside of the stranded wires can be covered with an insulating material.
  • the forward line 1 and the return line 2 are each connected at one end, while at the other end they are connected to the power source - not shown here - from which they are supplied with an alternating current. Typical AC frequencies are in the range of 15 kHz, typical current and voltage values are 200 A and 600 V.
  • the rail element 9 is shown in the installed state with a pantograph guided therein.
  • the rail element 9 is firmly attached to the floor, in which it is laterally grouted with mortar or concrete 18.
  • the floor is, for example, the floor of a warehouse or production hall, which is regularly made of concrete or reinforced concrete.
  • the top 12 of the rail 9 is flush with the top 19 of the bottom.
  • the outward and return lines 1, 2 guided in the rail 9 are pressed into the recesses 16 of the rail 9 by the lateral potting 18.
  • the forward and return lines 1, 2 therefore run parallel to one another along the rail 9 at a selected distance.
  • the distance is chosen so that an efficient inductive energy transfer to the pantograph 3 is achieved. Distances in the range of approx. 60 mm have proven to be particularly advantageous.
  • FIGS. 4 and 5 The arrangement of a rail element 9 shown in FIGS. 4 and 5 can be expanded to the extent that a rail arrangement is built up from a large number of these rail elements 9, which in addition to straight pieces and curved pieces can also contain switches and other branches known from rail construction.
  • individual rail elements 9 can also be produced in a curved embodiment.
  • the current collector 3 is guided in the rail element 9 so that it can be moved in the longitudinal direction.
  • the current collector 3 engages with the guide boat 7 'of the housing 8 in the channel 10, so that the central web 7 of the ferrite core 5 arranged in the housing is located centrally between the primary conductors 1, 2.
  • the outgoing line 1 and the return line 2 are supplied with alternating current from the current source, not shown.
  • a magnetic field is generated around the current conductor, the field lines of which are particularly densely concentrated, particularly in the area between the outgoing line 1 and the return line 2, as shown in FIG. 3. It is precisely in this area that one can extract energy from the magnetic field as effectively as possible by induction via a coil and thus transfer energy with high efficiency.
  • the channel 10 is incorporated in the middle of the rail 9 between the two current conductors from the top 12.
  • the current collector 3 engages with the boat 7 'of the housing 8 in this channel 10, so that the central web 7 of the ferrite core 5 arranged in the housing 8 is located exactly in the middle between the primary conductors 1, 2, where there is a particularly high energy density of the magnetic field .
  • a current is again generated in the coils 4, which is then further treated as described above.
  • the conditions do not change since the distance between the central web 7 of the ferrite core 5 and the primary conductors 1, 2 is the same, due to the fixed insertion of the primary conductors 1, 2 into the rail element 9 and guiding the current collector 3 in the rail element 9.
  • the shuttle 7 'of the current collector 3 with the central web 7 of the ferrite core 5 arranged therein is therefore used both for lateral guidance of the current collector 3 in the rail 9 and for shaping and receiving the primary conductor 1,2 generated magnetic flux.
  • the effective area of the current collector 3 has to be in a region of high magnetic energy density along its travel path, that is, if possible located in the middle between the two primary conductors 1, 2.
  • the lateral guidance realized here by the guide boat 7 'of the pantograph 3 is necessary.
  • the T-shaped configuration of the ferrite core 5 according to the invention thus enables efficient absorption of the magnetic energy, and at the same time realizes a lateral guidance of the current collector 3 along its travel path. With a correspondingly stable design of the guide boat 7 ', this can also take over the function of a guide for the entire floor transport vehicle which can be moved along the rail arrangement 9.
  • the pantograph 3 according to the invention proves to be very efficient, in particular if the forward and return lines 1, 2 are closely guided.
  • the T-shaped configuration of the ferrite core 5 leads to a high energy density with a compact design, since the magnetic fields of the conductors through which current flows directly next to one another cannot cancel each other out in the long range, because the magnetic field propagation is interrupted by the middle leg of the T-shaped ferrite core 5.
  • the rail element 1 does not consist of plastic, but instead, for example, of ceramic material.
  • the guide boat 7 ' can be made of metal.
  • the recesses 16 can also be designed in a different way.
  • the circular arc-shaped area can only extend over an angle of 180 °, as a result of which the diameter D corresponds exactly to the width B of the recesses 16 in the area of the side faces 13.
  • the primary conductors 1 and 2 do not snap in, but can suitable dimensions are still clamped elastically against the bottom 17 of the recesses 16.
  • the total width thereof in the area above the recesses 16 may be less than in the area below the recesses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit einem eine Hinleitung (1) und eine Rückleitung (2) aufweisenden stromdurchflossenen Primärleiter und einem Stromabnehmer (3) mit einem von mindestens einer Spule (4) umwickelten Ferritkern (5). Bekannte derartige Vorrichtungen erweisen sich insbesondere bei bodengebundenen Flurtransportanlagen als nachteilig, da hier nur ein Schlitz im Boden vorgesehen werden kann. Die Aufgabe, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie so weiterzubilden, dass eine berührungslose Energieübertragung auf bodengebundene Flurtransportanlagen mit hoher Effizienz ermöglicht wird, wird dadurch gelöst, dass der Ferritkern (5) einen T-förmigen Querschnitt aufweist und die oder jede Spule (4) auf den Seitenstegen (6) des T-förmigen Ferritkerns (5) angeordnet ist, wobei der Mittelsteg (7) des T-förmigen Ferritkerns (5) zwischen Hinleitung (1) und Rückleitung (2) des Primärleiters (1, 2) eingreift.

Description

Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, insbesondere zur Anwendung in der Energieübertragung an bewegliche Verbraucher.
In der EP 818 868 wird ein induktives Energieübertragungssystem für bewegliche Verbraucher beschrieben. Ein derartiges System besteht im wesentlichen aus einem Primärstromkreis, der als langgestreckte, im wesentlichen parallele Leiteranordnung ausgebildet ist, und einem am beweglichen Verbraucher angebrachten Stromabnehmer. Der Primärkreis umfaßt eine Hinleitung und eine Rückleitung, welche jeweils an ihrem einen Ende mit der Strom Versorgungsquelle verbunden sind und an ihrem jeweils anderen Ende miteinander verbunden sind. Die Stromversorgungsquelle beaufschlagt den Primärleiter mit einem Wechselstrom. Der Stromabnehmer ist aus einem Ferritkern und einer diesen Ferritkern umfassenden Sekundärwicklung gebildet. Durch elektrische Induktion nehmen die Sekundärwicklungen Energie aus dem von dem stromdurchflossenen Primärleiter erzeugten Magnetfeld auf. Der in der Sekundärspule induktiv erzeugte Strom wird dann innerhalb des beweglichen Verbrauchers durch eine elektronische Schaltung aufbereitet und kann anschließend dem Verbraucher zugeführt werden, z. B. zum Antrieb, zu Beleuchtungszwecken oder anderweitiger Benutzung.
Bei dem in der EP 818 868 beschriebenen System sind die Hin- und Rückleitung entlang des Verfahrweges der beweglichen Verbraucher parallel zueinander angeordnet. In die so gebildete Doppelleitung greift ein E-förmiger Ferritkern ein, wobei der Mittelschenkel des E-fÖrmigen Ferritkerns in den Raum zwischen der Hinleitung und der Rückleitung hineinragt. Die Sekundärspule ist durch ein Paar von Leiterschleifen verwirklicht, welche um den Mittelschenkel des Ferritkerns gewickelt sind.
Aus der WO 96/20526 ist weiterhin bekannt, die Primärleitung in der Art eines Koaxialkabels auszubilden, mit einem Innenleiter als Hinleitung und einem Außenleiter als Rückleitung. Der Innenleiter wird hierbei von einem U-förmigen Ferritkern umfaßt, der die Sekundärwicklung trägt.
In der US 4,833,337 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung beschrieben, in welcher der Primärleiter als Doppel-Leiterschleife ausgebildet ist mit zwei Hinleitungen und zwei Rückleitungen, die jeweils über einen wesentlichen Teil ihrer Länge parallel zueinander geführt sind. Die beiden Hin- und Rückleitungen sind hierbei in einer im Querschnitt E- förmigen Schiene angeordnet. Die beiden Rückleitungen befinden sich hierbei im Mittelschenkel der E-förmigen Schiene direkt nebeneinander und die beiden Hinleitungen verlaufen jeweils in einem Außenschenkel. Die induktive Kopplung ist durch einen im Querschnitt U-förmigen Ferritkern verwirklicht, um dessen Quersteg die Sekundärspule gewickelt ist. Die beiden Seitenstege des U-förmigen Ferritkerns sind hierbei so angeordnet, daß sie jeweils zwischen dem Mittelschenkel und einem Außenschenkel der E-förmigen Schiene eingreifen.
Derartige induktive Energieübertragungssysteme haben weitreichende Anwendungen gefunden, bei denen herkömmliche Schleifleitungen oder Schleppkabel vorteilhaft ersetzt werden konnten, beispielsweise bei Elektrohängebahnen. Sie wurden jedoch noch nicht zur Energieübertragung an bodengebundenen Flurtransportanlagen verwendet.
Bei der Anwendung der induktiven Energieübertragung an bodengebundenen Flurtransportanlagen erweist sich bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen insbesondere als nachteilig, daß alle bekannten Stromabnehmer E-förmig oder U-förmig ausgebildet sind. Damit wären mindestens zwei Schlitze in den Boden einzubringen, in welche die Schenkel des Stromabnehmers eingreifen. Dies erweist sich insbesondere bei häufigen Biegungen offensichtlich als zu umständlich und macht darüberhinaus den Boden schlecht begehbar oder befahrbar. Weiterhin ist zu beachten, daß bei gängigen Flurtransportanlagen eine hohe Leistungsübertragung notwendig ist, um den Antrieb der oftmals schweren Transporteinheiten zu ermöglichen. Dies erfordert bei der induktiven Energieübertragung eine entsprechend hohe Effizienz. Diesbezüglich hat sich außerdem herausgestellt, daß insbesondere bei gängigen Industrieböden eine effiziente Energieübertragung auf induktivem Wege schwer zu verwirklichen ist, da derartige Böden oftmals einen hohen Gehalt an ferromagnetischem Material aufweisen, was zu hohen Streuverlusten bei dem vom Primärleiter erzeugten Magnetfeld führt.
Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie so weiterzubilden, daß eine berührungslose Energieübertragung auf bodengebundene Flurtransportanlagen mit hoher Effizienz ermöglicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:
Figur 1 : Eine perspektivische Darstellung eines erfmdungsgemäßen
Stromabnehmers,
Figur 2: Diagramm des Verlaufs der magnetischen Feldlinien um den Primärleiter in Anwesenheit eines Flachstromabnehmers,
Figur 3: Diagramm des Verlaufs der magnetischen Feldlinien des Primärleiters in
Anwesenheit eines erfindungsgemäßen T-förmigen Stromabnehmers,
Figur 4: Perspektivische Darstellung eines Schienenelements zur induktiven
Energieübertragung an Flurtransportfahrzeuge, zusammen mit einem Stromabnehmer gemäß Figur 1 ,
Figur 5: Einen Querschnitt der Anordnung von Figur 4. Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stromabnehmers 3 zur induktiven Aufnahme von elektrischer Energie aus einem stromdurchflossenen Primärleiter. Der Stromabnehmer 3 besteht aus einem T-förmigen Ferritkern 5, sowie aus zwei um die beiden Seitenstege 6 des Ferritkerns gewickelte Sekundärspulen 4. Der Ferritkern 5 ist aus „Standard Power Ferrites" gefertigt, welche eine zweckmäßige magnetische Permeabilität aufweisen. Die Sekundärspule 4 ist durch leitfähige Drähte gebildet, welche in Längsrichtung um die beiden Seitenstege 6 des Ferritkern 5 gewickelt sind. Die beiden so gebildeten Sekundärwicklungen können auch miteinander verbunden sein. Die Enden der stromleitenden Drähte sind an eine nicht dargestellte Elektrik angeschlossen, die häufig als Konditionierelektrik bezeichnet wird und dazu dient, den vom Stromabnehmer stammenden Strom gleichzurichten, umzuspannen oder in anderer Weise und je nach späterer Verwendung umzuformen. Diese an sich bekannten Einzelheiten sind hier nicht dargestellt.
In Figur 2 ist schematisch der Verlauf der magnetischen Feldlinien um den Primärleiter, bestehend aus einer Hinleitung 1 und einer Rückleitung 2, in Anwesenheit eines Flachstromabnehmers 5 ' dargestellt. Der örtliche Verlauf der magnetischen Feldlinien ist durch „Finite-Elemente-Simulationen" berechnet. Analog hierzu ist in Figur 3 der Verlauf der magnetischen Feldlinien um den Primärleiter 1,2 in Anwesenheit eines eirfmdungsgemäßen T-förmigen Stromabnehmers 5 dargestellt.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfmdungsgemäßen Anordnung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie auf Flurtransportsysteme. Die Anordnung besteht im wesentlichen aus einem Schienenelement 9, welches die Hin- und Rückleitung 1,2 des Primärleiters führt, sowie einem erfindungsgemäßen Stromabnehmer 3.
Der Stromabnehmer 3 umfaßt den in Fig. 1 dargestellten T-förmigen Ferritkern 5, um dessen Seitenstege 6 die Sekundärspule 4 gewickelt ist, sowie ein flaches im wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 8. Das Gehäuse 8 weist an seiner Unterseite ein hervorstehendes Führungsschiffchen 7' auf. Der T-formige Ferritkern 5 ist hierbei so in dem Gehäuse 8 angeordnet, daß sein Mittelsteg 7 in das Führungsschiffchen 7' hineinragt. An seiner Unterseite weist das Gehäuse 8 eine Beschichtung 20 auf, welche gute Gleiteigenschaften aufweist. Bei dieser Beschichtung 20 kann es sich beispielsweise um eine Keramikbeschichtung handeln, oder um einen mit Kohlenstoff dotierten Kunststoff. Die Beschichtung 20 erstreckt sich vorteilhafterweise auch über das Führungsschiffchen 7'. In einer alternativen und nicht dargestellten Ausführungsform kann das Gehäuse 8 auch auf Rollen oder Rädern gelagert sein, anstelle auf der Schiene zu gleiten.
Wie in Figur 5 gezeigt, weist das Schienenelement 9 im Querschnitt betrachtet eine glatte Unterseite 11 und zwei hierzu senkrechte Seitenflächen 13 sowie eine Oberfläche 12 auf. In der Mitte der Oberfläche befindet sich ein längs des Schienenelements 9 verlaufender, im Querschnitt rechteckiger Kanal 10 mit einer Grundfläche 14 und zwei Seitenflächen 15, die als Führungsflächen ausgebildet sind. Das Schienenelement 9 ist aus elektrisch nichtleitendem und nichtmagnetischem Material, beispielsweise aus Kunststoff oder Keramik gefertigt, und weist vorteilhafterweise an seiner Oberseite 12 gute Gleiteigenschaften auf.
In ihrem oberen, also der Oberfläche 12 zugewandten Bereich weisen beide Seitenflächen 13 der Schiene 9 jeweils eine in Längsrichtung verlaufende Ausnehmung 16 auf. Diese Ausnehmungen sind - ausgehend von den Seitenflächen 13 - zunächst von konstanter Breite B und erweitern sich anschließend kreisbogenförmig, wobei der gebildete Kreisbogen sich über mehr als 180 Grad erstreckt und einen Durchmesser D aufweist, der größer ist als die Breite der Ausnehmungen 16. In diese beiden Ausnehmungen 16 ist die Hinleitung 1 und die Rückleitung 2 des Primärleiters eingeklemmt, derart daß der kreisrunde Außendurchmesser der Primärleiter 1 ,2 mit dem kreisbogenförmigen Grund 17 der Ausnehmungen 16 kontaktiert.
Die Hinleitung 1 und die Rückleitung 2 sind aus im Querschnitt kreisrunden Litzendrähten gebildet. Die Litzendrähte können an ihrer Außenseite mit einem isolierendem Material ummantelt sein. Die Hinleitung 1 und die Rückleitung 2 sind jeweils am einen Ende miteinander verbunden, während sie am anderen Ende an die Stromquelle - hier nicht dargestellt - angeschlossen sind, von der sie mit einem Wechselstrom beaufschlagt werden. Typische Wechselstromfrequenzen liegen im Bereich von 15 kHz, typische Strom- und Spannungswerte liegen bei 200 A und 600 V.
In Figur 5 ist das Schienenelement 9 im eingebauten Zustand mit einem darin geführten Stromabnehmer dargestellt. Das Schienenelement 9 ist hierbei fest im Boden angebracht, in dem es seitlich mit Mörtel oder Beton 18 vergossen ist. Bei dem Boden handelt es sich beispielsweise um den Boden einer Lager- oder Produktionshalle, der regelmäßig aus Beton oder Stahlbeton besteht. Die Oberseite 12 der Schiene 9 schließt hierbei bündig mit der Oberseite 19 des Bodens ab.
Durch den seitlichen Verguß 18 werden die in der Schiene 9 geführten Hin- und Rückleitungen 1,2 in die Ausnehmungen 16 der Schiene 9 eingedrückt. Die Hin- und Rückleitung 1,2 verlaufen daher längs der Schiene 9 parallel in einem gewählten Abstand zueinander. Der Abstand wird dabei so gewählt, daß eine effiziente induktive Energieübertragung auf den Stromabnehmer 3 erreicht wird. Abstände im Bereich von ca. 60 mm haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Anordnung eines Schienenelements 9 ist gedanklich dahingehend zu erweitern, daß aus einer Vielzahl dieser Schienenelemente 9 eine Schienenanordnung aufgebaut ist, die neben geraden Stücken und gekrümmten Stücken auch Weichen und andere aus dem Schienenbau bekannte Verzweigungen enthalten kann. Hierzu können auch einzelne Schienenelemente 9 in gekrümmter Ausführungsform hergestellt werden.
Wie aus gemeinsamer Betrachtung der Figuren 4 und 5 zu sehen ist, ist der Stromabnehmer 3 in dem Schienenelement 9 geführt, so daß er in Längsrichtung verfahrbar ist. Dazu greift der Stromabnehmer 3 mit dem Führungschiffchen 7' des Gehäuses 8 in den Kanal 10 ein, so daß sich der Mittelsteg 7 des in dem Gehäuse angeordneten Ferritkerns 5 sich mittig zwischen den Primärleitern 1 ,2 befindet. Die beschriebene Anordnung funktioniert wie folgt:
Von der nicht dargestellten Stromquelle werden die Hinleitung 1 und die Rückleitung 2 mit Wechselstrom versorgt. Hierdurch wird um die Stromleiter ein Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien vor allem im Bereich zwischen der Hinleitung 1 und der Rückleitung 2 besonders dicht konzentriert sind, wie in Fig. 3 gezeigt. Genau in diesem Bereich kann man also möglichst effektiv auf induktivem Wege über eine Spule Energie aus dem Magnetfeld entziehen und somit mit hohem Wirkungsgrad Energie übertragen.
Aus diesem Grunde ist in der Schiene 9 mittig zwischen den beiden Stromleitern von der Oberseite 12 her der Kanal 10 eingearbeitet. Der Stromabnehmer 3 greift mit dem Schiffchen 7' des Gehäuses 8 in diesen Kanal 10 ein, so daß sich der Mittelsteg 7 des in dem Gehäuse 8 angeordneten Ferritkerns 5 exakt mittig zwischen den Primärleitern 1,2 befindet, wo eine besonders hohe Energiedichte des Magnetfeldes vorliegt. Aufgrund des Induktionsgesetzes wird in den Spulen 4 wiederum ein Strom erzeugt, der dann wie oben beschrieben weiter behandelt wird.
Wird der Stromabnehmer 3 entlang des Schienenelements 9 verfahren, ändern sich die Bedingungen nicht, da der Abstand zwischen dem Mittelsteg 7 des Ferritkerns 5 und den Primärleitern 1,2 gleich ist, bedingt durch die feste Einfügung der Primärleiter 1,2 in das Schienenelement 9 und die Führung des Stromabnehmers 3 in dem Schienenelement 9. Das Schiffchen 7' des Stromabnehmers 3 mit dem darin angeordneten Mittelsteg 7 des Ferritkerns 5 dient demzufolge sowohl zur seitlichen Führung des Stromabnehmers 3 in der Schiene 9, als auch zur Formung und zur Aufhahme des vom Primärleiter 1,2 erzeugten magnetischen Flusses.
Um eine induktive Übertragung der magnetischen Energie mit hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten, muß sich der wirksame Bereich des Stromabnehmer 3 entlang seines Verfahrweges in einem Bereich hoher magnetischer Energiedichte, also möglichst mittig zwischen den beiden Primärleitern 1,2, befinden. Um die hierfür erforderlichen engen Toleranzgrenzen einzuhalten, ist die hier verwirklichte seitliche Führung durch das Führungsschiffchen 7' des Stromabnehmers 3 notwendig. Mit der hier beschriebenen erfmdungsgemäßen Anordnung konnten Wirkungsgrade für die induktive Energieübertragung von mehr als 80 % erzielt werden.
Durch die erfmdungsgemäße T-förmige Ausgestaltung des Ferritkerns 5 wird also eine effiziente Aufhahme der magnetischen Energie ermöglicht, und gleichzeitig eine seitliche Führung des Stromabnehmers 3 entlang seines Verfahrweges verwirklicht. Bei entsprechend stabiler Ausgestaltung des Führungsschiffchens 7' kann dieses außerdem die Funktion einer Führung für das gesamte, entlang der Schienenanordnung 9 verfahrbaren, Flurtransportfahrzeug übernehemen. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten E-förmigen bzw. U-förmigen Stromabnehmern ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur ein einziger Kanal im Boden vorhanden, was die Befahrbarkeit und Begehbarkeit des Bodensverbessert. Darüberhinaus erweist sich der erfindungsgemäße Stromabnehmer 3 als sehr effizient, insbesondere bei enger Führung der Hin- und Rückleitung 1,2. Die T-förmige Ausgestaltung des Ferritkerns 5 fuhrt zu einer hohen Energiedichte bei kompakter Bauweise, da die Magnetfelder der unmittelbar nebeneinanderliegenden stromdurchflossenen Leiter sich im Fernbereich nicht gegenseitig auslöschen können, weil die Magnetfeldausbreitung durch den Mittelschenkel des T-förmigen Ferritkerns 5 unterbrochen wird.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform des Schienenelements 1 besteht dieses nicht aus Kunststoff, sondern beispielsweise aus keramischem Material. Diese Ausführungsform weist insbesondere wegen der Temperaturbeständigkeit und der Formstabilität von keramischen Werkstoffen Vorteile auf. Bei dieser Ausführungsform kann das Führungsschiffchen 7' aus Metall gefertigt sein. Auch können die Ausnehmungen 16 in anderer Weise ausgeführt sein. Beispielsweise kann der kreisbogenförmige Bereich sich nur über einen Winkel von 180° erstrecken, wodurch der Durchmesser D genau gleich der Breite B der Ausnehmungen 16 im Bereich der Seitenflächen 13 entspricht. Hierdurch schnappen zwar die Primärleiter 1 und 2 nicht ein, können aber durch geeignete Dimensionierung noch immer elastisch gegen den Grund 17 der Ausnehmungen 16 verklemmt werden.
Schließlich kann in einer alternativen Ausführungsform des Schienenelements 9 dessen Gesamtbreite im Bereich über den Ausnehmungen 16 geringer sein als im Bereich unter den Ausnehmungen. Diese Ausführungsform hat beim Einbau des Schienenelements 9 in den Boden den Vorteil, daß nur ein sehr enger Montagekanal in den Boden eingearbeitet werden muss und trotzdem ein vollständiges Ausgießen der Ausnehmungen 16 mit dem Beton 18 ermöglicht wird, da der Beton auch von oben in die Ausnehmungen 16 einfließen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie mit einem eine Hinleitung (1) und eine Rückleitung (2) aufweisenden stromdurchflossenen Primärleiter und einem Stromabnehmer (3) mit einem von mindestens einer Spule (4) umwickelten Ferritkern (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (5) einen T-förmigen Querschnitt aufweist und die oder jede Spule (4) auf den Seitenstegen (6) des T-förmigen Ferritkerns (5) angeordnet ist wobei der Mittelsteg (7) des T-förmigen Ferritkerns (5) zwischen Hinleitung (1) und Rückleitung (2) des Primärleiters (1,2) eingreift.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinleitung (1) und die Rückleitung (2) in einem Schienenelement (9) nebeneinander in Längsrichtung verlaufend im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Hinleitung (1) und der Rückleitung (2) längs des Schienenelements (9) im Bereich von 10 mm bis 300 mm ist, vorzugsweise 60 mm.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schienenelement (9) zwischen der Hinleitung (1) und der Rückleitung (2) einen in Längsrichtung verlaufenden, im Querschnitt rechteckigen Kanal (10) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelsteg (7) des Ferritkerns (5) in den Kanal (10) eingreift.
6. Vorrichtung nach einem Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromabnehmer (3) in dem Schienenelement (9) in Längsrichtung verfahrbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ferritkern (5) in einem Gehäuse (8) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) an seiner Unterseite ein Führungsschiffchen (7') aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelsteg (7) des Ferritkerns (5) in das Führungsschiffchen (7') eingreift.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) an seiner Unterseite eine gleitfähige Beschichtung (20) aufweist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsschiffchen (7') an seiner Außenseite eine gleitfähige Beschichtung aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsschiffchen (7') in den Kanal (10) eingreift.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schienenelement (9) an den beiden Seitenflächen (13) Ausnehmungen (16) eingearbeitet sind, in welchen die Hinleitung (1) und die Rückleitung (2) festklemmbar sind.
14. Vomchtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (16) im Bereich ihres Grundes (17) zur Aufnahme der im Querschnitt runden Primärleiter (1, 2) etwa halbrund ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Primärleiter (1,2) genauso groß oder geringfügig größer ist wie der Durchmesser der Vertieftingen (16) im Bereich ihres halbrunden Grundes (17).
16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Vertiefungen (16), ausgehend von den zugehörigen Seitenflächen (13) im Querschnitt gesehen zunächst eine konstante Breite B aufweisen und sich anschließend unter Bildung eines Kreisbogens von über 180° und mit einem Durchmesser D > B erweitert.
17. Verwendung der Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche zur induktiven Übertragung elektrischer Energie an Flurtransportfahrzeuge.
18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der längs verlaufende Kanal (10) des Schienenelements (9) vertikal verlaufende, ebene Seitenführungsflächen (15) zur Führung von Führungselementen der Flurtransportfahrzeuge und/oder Stromabnehmer (3) aufweist.
19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schienenelement (9) aus einem abriebresistenten, verschleißarmen Kunststoff wie kohlenstoffdotiertem Polyethylen besteht.
20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Schienenelement (9) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
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