WO2001067468A1 - Wicklung und system zur erzeugung eines magnetischen feldes - Google Patents

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WO2001067468A1
WO2001067468A1 PCT/EP2001/001864 EP0101864W WO0167468A1 WO 2001067468 A1 WO2001067468 A1 WO 2001067468A1 EP 0101864 W EP0101864 W EP 0101864W WO 0167468 A1 WO0167468 A1 WO 0167468A1
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oscillator
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Guntram Scheible
Bernd Smailus
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Abb Research Ltd.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures

Definitions

  • the invention relates to a winding and to a system for generating an electric field.
  • a magnetic field can be generated by means of a winding which is subjected to an alternating variable. If a winding is arranged within a space of a predetermined shape, there is a relatively inhomogeneous distribution of the magnetic field generated by the winding within the space.
  • the invention has for its object to provide a winding with which a magnetic field of relatively homogeneous distribution can be generated within a space of a given shape.
  • a winding for emitting a magnetic field consisting of a single turn, which is composed of several individual winding section surfaces of predetermined lengths and widths, which are electrically connected to one another and enclose a space of a predetermined shape.
  • a system for generating a magnetic field with a winding which consists of a single turn, which is composed of a plurality of individual winding section surfaces of predetermined lengths and widths which are electrically connected to one another and one Enclose space of a given shape, the single turn being connected to a generator / oscillator via connecting lines.
  • the proposed winding is particularly suitable for an arrangement proposed in DE 19926 799 A1 for the wireless supply of a plurality of sensors with electrical energy using at least one primary winding fed by a medium-frequency oscillator, each sensor having at least one secondary winding suitable for energy absorption from a medium-frequency magnetic field ,
  • the primary winding required there can be implemented very well by the proposed winding, in that two side walls, the ceiling and the floor of a machine hall equipped with a large number of machines (production machines) are used as winding section surfaces and are designed accordingly or an integration of the winding section is direct -Faces in the floor, side walls and ceiling of the machine hall. In the area of the side walls and the ceiling, it is sufficient if the winding section surfaces of the winding are attached to the surface.
  • the winding can also comprise / enclose a single machine, for example an automatic manufacturing machine or a high-bay warehouse.
  • Fig. 6 is a winding with a local additional turn.
  • the winding 1 shows a winding for generating and emitting a magnetic field according to the first embodiment.
  • the winding 1 consists of a single turn, which is composed of a plurality of winding section surfaces of predetermined lengths and widths which delimit or enclose a space of a predetermined shape and which are electrically connected to one another in such a way that the desired single turn results.
  • Three winding sections 2, 3, 4 and a base plate 5 serve as winding section surfaces.
  • the three winding sections 2, 3, 4 are each formed by a plurality of conductors which run parallel next to one another at a predetermined distance and are electrically connected to one another at their ends.
  • the base plate 5, which is connected to the winding section 4 and is designed as a full-surface plate, consists of an electrically conductive material or metal, for example steel.
  • An oscillator / generator 8 feeds the winding 1 via connecting lines 6, 7 with a medium-frequency oscillation in the range from approximately 15 kHz to approximately 15 MHz.
  • the connecting lines 6, 7 are preferably connected symmetrically (in the middle) to the open ends of plate 5 and winding section 2.
  • 2 shows a winding in accordance with the second embodiment.
  • the winding 9 shown is composed of a first side plate 10, a cover plate 11, a second side plate 12 and the base plate 5, side plate 10, cover plate 11, side plate 12 and base plate 5 being connected to one another to form the desired single turn.
  • the open end faces of side plate 10 and base plate 5 are connected to the generator / oscillator 8 via connecting lines 7, 13.
  • the side plates 10, 12 and the cover plate 11 are in the form of a coarse or fine-mesh fabric or mesh made of an electrically conductive material, preferably a metal. Such a lattice structure is sketched for the side plate 12. Likewise, it is possible to form at least individual winding section surfaces by means of the steel reinforcement of a concrete slab.
  • FIG. 3 shows a winding according to the third embodiment.
  • the two side surfaces, the bottom surface and the ceiling are designed in the form of winding sections 2, 3, 4, 15, in each of which several (in the exemplary embodiment three) conductors run parallel next to one another at a predetermined distance and are electrically connected in parallel.
  • the generator / oscillator 8 is connected via connecting lines 6, 16.
  • a resonance capacitor 17 is connected in the connecting line 16 between the generator / oscillator 8 and the end of the winding section 2.
  • a separate resonance capacitor 18, 19, 20 is connected in series with each of the conductors running parallel next to one another and electrically connected in parallel.
  • resonance circuits can also be implemented in the further embodiments of the winding section surfaces (as a full-surface plate with a lattice structure), which is preferably done in the manner shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 shows a winding with a local additional turn.
  • This is a winding 14 in the embodiment shown in FIG. 5, with a local Additional winding 21 is arranged within the space enclosed by the winding section surfaces or winding sections 2, 3, 4, 15 and is electrically connected to the winding 14.
  • a resonance capacitor 22 is expediently connected between generator / oscillator 8 and additional winding 21.
  • the additional winding 21, which preferably consists of several turns, generates locally higher field densities of the magnetic field.
  • the proposed winding or the system can be operated as a strip conductor, as a result of which a uniform field distribution can be achieved even at high frequencies.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Es wird eine Wicklung (1, 9, 14) zur Abstrahlung eines magnetischen Feldes vorgeschlagen, bestehend aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen (2, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 15) vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbunden sind und einen Raum vorgegebener Form umschließen. Des weiteren wird ein System zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer derartigen Wicklung (1, 9, 14) vorgeschlagen, bei dem die einzige Windung über Verbindungsleitungen (6, 7, 13, 16) an einen Generator/Oszillator (8) angeschlossen ist.

Description

Wicklung und System zur Erzeugung eines magnetischen Feldes
Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wicklung und auf ein System zur Erzeugung eines elektrischen Feldes.
Aus den Grundlagen der Physik (Elektrizitätslehre, Elektrodynamik) ist es allgemein bekannt, daß mittels einer mit einer Wechselgröße beaufschlagten Wicklung ein magnetisches Feld erzeugt werden kann. Wird eine Wicklung innerhalb eines Raumes vorgegebener Form angeordnet, so ergibt sich eine relativ inhomogene Verteilung des von der Wicklung erzeugten Magnetfeldes innerhalb des Raumes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wicklung anzugeben, mit der ein magnetisches Feld relativ homogener Verteilung innerhalb eines Raumes vorgegebener Form erzeugt werden kann.
Des weiteren soll ein System zur Erzeugung eines magnetischen Feldes relativ homogener Verteilung angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wicklung zur Abstrahlung eines magnetischen Feldes gelöst, bestehend aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbundenen sind und einen Raum vorgegebener Form umschließen.
Die Aufgabe wird bezüglich des Systems durch ein System zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer Wicklung gelöst, die aus einer einzigen Windung besteht, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbundenen sind und einen Raum vorgegebener Form umschließen, wobei die einzige Windung über Verbindungsleitungen an einen Generator/Oszillator angeschlossen ist.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß innerhalb des von den Wicklungsabschnitt-Flächen begrenzten Raumes eine relativ homogene Verteilung des erzeugten Magnetfeldes herrscht. Bestehende Einrichtungen des Raumes vorgegebener Form, wie Seitenwände, Decken, Fußböden oder auch Tragkonstruktionen, wie Maschinengestelle und Schutzgitter können direkt zur Bildung der Wicklungsabschnitt-Flächen herangezogen werden, wenn sie aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Wenn diese bestehenden Einrichtungen nicht aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, können sie dennoch in einfacher Weise zur Befestigung derartiger Wicklungsabschnitt-Flächen verwendet werden, was vorteilhaft auch nachträglich erfolgen kann.
Die vorgeschlagene Wicklung ist insbesondere geeignet für eine in der DE 19926 799 A1 vorgeschlagene Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Sensoren mit elektrischer Energie unter Einsatz mindestens einer von einem mittelfrequenten Oszillator gespeisten Primärwicklung, wobei jeder Sensor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfrequenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist. Die dort erforderliche Primärwicklung kann sehr gut durch die vorgeschlagene Wicklung realisiert werden, indem zwei Seitenwände, die Decke und der Fußboden einer mit einer Vielzahl von Maschinen (Fertigungsautomaten) bestückten Maschinenhalle als Wicklungsabschnitt-Flächen herangezogen und dementsprechend ausgebildet sind bzw. direkt eine Integration der Wicklungsabschnitt-Flächen in Fußboden, Seitenwänden und Decke der Maschinenhalle erfolgt. Im Bereich der Seitenwände und der Decke ist es ausreichend, wenn die Wicklungsabschnitt-Flächen der Wicklung an der Oberfläche angebracht sind.
Die Wicklung kann auch eine einzelne Maschine, beispielsweise einen Fertigungsautomaten oder ein Hochregallager umfassen/umschließen.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig.1 eine Wicklung gemäß erster Ausführungsform,
Fig. 2 eine Wicklung gemäß zweiter Ausführungsform,
Fig. 3 eine Wicklung gemäß dritter Ausführungsform,
Fig. 4, 5 unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung eines Schwingkreises,
Fig. 6 eine Wicklung mit lokaler Zusatzwindung.
In Fig. 1 ist eine Wicklung zur Erzeugung und Abstrahlung eines magnetischen Feldes gemäß erster Ausführungsform dargestellt. Die Wicklung 1 besteht aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren, einen Raum vorgegebener Form begrenzenden bzw. umschließenden Wicklungsabschnitt-Flächen vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch derart miteinander verbunden sind, daß sich die gewünschte einzige Windung ergibt. Als Wicklungsabschnitt-Flächen dienen drei Wicklungsabschnitte 2, 3, 4 und eine Grundplatte 5. Die drei Wicklungsabschnitte 2, 3, 4 werden jeweils durch mehrere Leiter gebildet, welche in vorgegebenem Abstand parallel nebeneinander verlaufen und an ihren Enden elektrisch miteinander verbunden sind. Die mit dem Wicklungsabschnitt 4 verbundene, als vollflächige Platte ausgebildete Grundplatte 5 besteht aus einem elektrisch leitfähigem Material bzw. Metall, beispielsweise Stahl.
Ein Oszillator/Generator 8 speist die Wicklung 1 über Verbindungsleitungen 6, 7 mit einer mittelfrequenten Schwingung im Bereich von etwa 15 kHz bis etwa 15 MHz. Die Verbindungsleitungen 6, 7 sind vorzugsweise symmetrisch (mittig) an den offenen Enden von Platte 5 und Wicklungsabschnitt 2 angeschlossen. In Fig. 2 ist eine Wicklung gemäß zweiter Ausführungsform dargestellt. Die gezeigte Wicklung 9 setzt sich zusammen aus einer ersten Seitenplatte 10, einer Deckplatte 11, einer zweiten Seitenplatte 12 und der Grundplatte 5, wobei Seitenplatte 10, Deckplatte 11, Seitenplatte 12 und Grundplatte 5 zur Bildung der gewünschten einzigen Windung miteinander verbunden sind. Die offenen Endflächen von Seitenplatte 10 und Grundplatte 5 sind über Verbindungsleitungen 7, 13 an den Generator/Oszillator 8 angeschlossen. Die Seitenplatten 10 , 12 und die Deckplatte 11 sind in Form eines grob- oder feinmaschigen Gewebes oder Netzes aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, ausgebildet. Bei der Seitenplatte 12 ist eine derartige Gitterstruktur skizziert. Desgleichen ist es möglich, zumindest einzelne Wicklungsabschnitt-Flächen mittels der Stahl-Armierung einer Betonplatte zu bilden.
In Fig. 3 ist eine Wicklung gemäß dritter Ausführungsform dargestellt. Bei der gezeigten Wicklung 14 sind die beiden Seitenflächen, die Bodenfläche und die Decke in Form von Wicklungsabschnitten 2, 3, 4, 15 ausgebildet, bei denen jeweils mehrere (im Ausführungsbeispiel drei) Leiter in vorgegebenem Abstand parallel nebeneinander verlaufen und elektrisch parallel geschaltet sind. Der Anschluß des Generators/Oszillators 8 erfolgt über Verbindungsleitungen 6, 16.
In den Fig. 4 und 5 sind unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung eines Schwingkreises bzw. Resonanzkreises dargestellt. Die Ausführung der Wicklungen ist wie unter Fig. 3 erläutert. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist ein Resonanzkondensator 17 in die Verbindungsleitung 16 zwischen Generator/Oszillator 8 und dem Ende des Wicklungsabschnitts 2 geschaltet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist in Serie zu jedem der parallel nebeneinander verlaufenden und elektrisch parallel geschalteten Leiter ein eigener Resonanzkondensator 18, 19, 20 geschaltet. Selbstverständlich können auch bei den weiteren Ausführungsarten der Wicklungsabschnitt- Flächen (als vollflächige Platte, mit Gitterstruktur) Resonanzkreise realisiert werden, was vorzugsweise in der gemäß Fig. 4 gezeigten Art und Weise erfolgt.
In Fig. 6 ist eine Wicklung mit lokaler Zusatzwindung dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Wicklung 14 in der unter Fig. 5 gezeigten Ausführungsart, wobei eine lokale Zusatzwicklung 21 innerhalb des von den Wicklungsabschnitt-Flächen bzw. Wicklungsabschnitten 2, 3, 4, 15 umschlossenen Raumes angeordnet und mit der Wicklung 14 elektrisch verbunden ist. Zweckmäßig ist ein Resonanzkondensator 22 zwischen Generator/Oszillator 8 und Zusatzwicklung 21 geschaltet. Die vorzugsweise aus mehreren Windungen bestehende Zusatzwicklung 21 erzeugt lokal höhere Felddichten des Magnetfeldes.
Bei entsprechender Abstimmung von Betriebsfrequenz und Länge der Anordnung sowie entsprechendem Abschluß kann die vorgeschlagene Wicklung bzw. das System als Streifen leiter betrieben werden, wodurch sich eine gleichmäßige Feldverteilung auch bei hohen Frequenzen erreichen läßt.

Claims

Patentansprüche
1. Wicklung (1, 9, 14) zur Abstrahlung eines magnetischen Feldes, bestehend aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen (2, 3, 4, 5, 10, 11 , 12, 15) vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbundenen sind und einen Raum vorgegebener Form umschließen.
2. Wicklung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Wicklungsabschnitt-Fläche (5) als vollflächige Platte aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, ausgebildet ist.
3. Wicklung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Wicklungsabschnitt-Fläche (10, 11, 12) in Form eines grob- oder feinmaschigen Gewebes oder Netzes aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise einem Metall, ausgebildet ist.
4. Wicklung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Wicklungsabschnitt-Fläche (2, 3, 4, 15) durch mehrere Leiter gebildet ist, welche in vorgegebenem Abstand parallel nebeneinander verlaufen und elektrisch parallel geschaltet sind.
5. Wicklung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Wicklungsabschnitt-Fläche von der Stahl-Armierung einer Betonplatte gebildet ist.
6. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Integration der Wicklungsabschnitt-Flächen (2, 3, 4, 5, 10, 11, 12, 15) in Fußboden, Seitenwänden und Decke einer Maschinenhalle.
7. Wicklung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine lokale Zusatzwicklung (21) innerhalb des Raumes vorgegebener Form angeordnet und mit der Wicklung (1, 9, 14) elektrisch verbunden ist.
8. System zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einer Wicklung (1 , 9, 14), bestehend aus einer einzigen Windung, welche sich aus mehreren einzelnen Wicklungsabschnitt-Flächen (2, 3, 4, 5, 10, 11 , 12, 15) vorgegebener Längen und Breiten zusammensetzt, die elektrisch miteinander verbundenen sind und einen Raum vorgegebener Form umschließen, wobei die einzige Windung über Verbindungsleitungen (6, 7, 13, 16) an einen Generator/Oszillator (8) angeschlossen ist.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Resonanzkondensator (17, 18, 19, 20) zwischen Wicklung (1, 9, 14) und Generator/Oszillator (8) geschaltet ist.
10. System nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Raumes vorgegebener Form angeordnete lokale Zusatzwicklung (21) über einen eigenen Resonanzkondensator (22) mit dem Generator/Oszillator (8) verbunden ist.
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