WO2007071215A1 - Induktionsanlage - Google Patents

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WO2007071215A1
WO2007071215A1 PCT/DE2006/000239 DE2006000239W WO2007071215A1 WO 2007071215 A1 WO2007071215 A1 WO 2007071215A1 DE 2006000239 W DE2006000239 W DE 2006000239W WO 2007071215 A1 WO2007071215 A1 WO 2007071215A1
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WO
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induction
conductor loops
induction system
loops
conductor
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PCT/DE2006/000239
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English (en)
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Inventor
Karl Salzmann
Andreas Nowara
Knud Ball
Original Assignee
Karl Salzmann
Andreas Nowara
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1853—Rotary generators driven by intermittent forces
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/06—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving flux distributors, and both coil systems and magnets stationary

Definitions

  • the invention relates to induction systems for the regenerative production of electrical energy, in particular the generative production of electrical power with the features of the preamble of claim 1.
  • These induction systems are designed as forced induction power plants.
  • the object of the invention is to derive electrical energy from moving vehicles, in particular motor vehicles, and to make them usable.
  • induction systems are provided for regenerative recovery of electrical energy, which is caused by kinetically moving objects, in particular vehicles.
  • the induction system is equipped with at least one induction module, which can be integrated into traffic routes of any kind.
  • electrical voltage is preferably generated with objects formed as masses of iron, in particular vehicles which pass in indirect proximity to the induction module.
  • At least one switching box is provided, with which a plurality of induction loops are connected for the delivery of the induced voltages. Collecting, exponentiation and saving the voltage also takes place within the switchbox.
  • kinetic energy is used efficiently.
  • the induction systems according to the invention can be used variably on train tracks or elevator shafts in high-rise buildings, can be integrated almost invisibly into their environment and be noiseless.
  • induction conductor loops are covered with a magnetic film to increase the efficiency of voltage recovery.
  • Mutual inductions are metered with the use of switching elements. With increased dosage, the moving object is noticeably stressed, ie. H. braked, if desired, such. B. at extreme slopes.
  • the maximum induced in the induction conductor loops voltage is below the legally permissible protective voltage.
  • the induction modules are plane-parallel to the plane of movement of the objects, in particular the road surface in adjusted lengths or the necessary number and integrated in adapted switching ways, resulting in lengths for productive distances that are passed.
  • a plurality of induction loops are connected within an induction module. A multiplication of the induced voltage leads to the finally resulting electric currents.
  • induction loops are variably connected in parallel and packages of these parallel-connected induction loops are variably connected in series for obtaining the module voltage.
  • a plurality of variable packets of induction loops are connected in series within an induction module and that alternately with the winding direction of the conductor tracks in a clockwise or counterclockwise direction for more efficient power generation.
  • the tracks are parallel and have equal distances between them.
  • the induced voltage pulses are stored in the switch box so that there are no harmful voltage peaks in the summation.
  • the stored voltage that is carried together in the switch boxes is converted into electrical currents or supplied to the public grid with inverters.
  • FIG. 1 shows a cross section through part of an induction conductor loop according to the invention
  • Fig. 4 an arrangement of series-connected induction conductor loops with alternating winding direction according to the invention
  • Fig. 5 a diagram of induced voltages when passing a magnetized iron core over an induction conductor loop with changing conductor spacings and a summation and storage circuit for an associated switch box according to the invention.
  • induction module 1 An approximately 0.1 to 30 mm thick induction module 1 is provided with a coil 3 wound around an insulation 2 and designed as a single or double induction loop. Coil 3 is enveloped at its outer periphery with a magnetic foil or a stabilizing foil 4. Corresponding induction modules 1 ', I 1 ' ... follow induction module 1.
  • Fig. 2 induction conductor loops 1, 1 ', 1' 'are connected in series via terminals 6 connected to a switch box 5. From an inverter (not shown) in the switching station 5, the DC currents induced in the induction modules are supplied to the public grid.
  • induction conductor loops 1, 1 '... are integrated in the vertical and horizontal plane-parallel to the road surface in a road surface.
  • the individual induction conductor loops 1, 1 '... each have a certain length and contain a certain number of loops and are optionally provided with a magnetic foil or a stabilizing foil 4.
  • Fig. 4 induction conductor loops 2, 2 ', 2' 'are connected in series in each reverse winding direction of the conductor tracks in a clockwise or counterclockwise direction.
  • the tracks are parallel and have equal distances between them.
  • the induction conductor loops 1, 1 ', I 1 ' ... 2, 2 ', 2'' are preferably provided with vibration and environmentally resistant films on which either one or both sides induction loops z. B. are applied as Cu interconnects.
  • FIG. 5 shows induced voltages by way of example on the basis of an induction conductor loop 1, when a z. B. magnetic field magnetized iron core is moved across this induction conductor loop 1 away. Induced voltages or currents multiply in accordance with the number of induction conductor loops 1, I 1 , I 11 ... 2, 2 ', 2 "connected in parallel or in series.
  • the polarity of the iron core 7 is indicated by N and S and its direction of movement by an arrow.
  • First three tracks of the induction conductor loop 1 are arranged at greater intervals than downstream three tracks of this induction conductor loop 1 to each other.
  • the current flow is indicated by arrows next to the tracks.
  • the voltages are plotted along the ordinates and the distance traveled by the iron core 7 over the abscissa.
  • Induction conductor loop 1 is formed at denser field lines of closely spaced interconnects a stronger field, so that the iron core 7, a large voltage pulse Ui is induced in the induction conductor loop 1, which flows to the switch box 5.
  • switch box 5 two conductors 8, 9 of a sum circuit for the voltage pulses Ui + U 2 of the terminals 6 are included, each with a diode 10, 11.
  • the two conductors 8, 9 are connected via capacitors 12, 13.
  • the diode 10 in conductor 8 blocks in the direction of the input 14, 6 and the diode 11 in conductor 9 blocks in the direction of the output 15 to the public network of switch box. 5

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Ein Sytem zur regenerativen Gewinnung elektrischer Energie, die hervorgerufen ist durch kinetisch bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, weist Induktionsanlagen auf . Die Induktionsanlage ist ausgestattet mit mindestens einem Induktionsmodul, das in Verkehrswegen jeglicher Art integrierbar ist. Im Induktionsmodul wird elektrische Spannung vorzugsweise mit als Eisenmasse ausgebildeten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, die in mittelbarer Nähe zum Induktionsmodul passieren, erzeugt. Mindestens eine Schaltbox ist vorgesehen, mit der mehrere Induktionsschleifen zur Abgabe der induzierten Spannungen verschaltet sind.

Description

Induktionsanläge
Die Erfindung betrifft Induktionsanlagen zur regenerativen Gewinnung elektrischer Energie, insbesondere der generativen Gewinnung elektrischen Stroms mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Diese Induktionsanlagen sind wie Zwangsinduktivkraftwerke konzipiert .
Aufgabe der Erfindung ist es, aus bewegten Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, elektrische Energie abzuleiten und nutzbar zu machen.
Die Lösung erfolgt mit einer Induktionsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Gemäß der Erfindung sind Induktionsanlagen vorgesehen zur regenerativen Gewinnung elektrischer Energie, die hervorgerufen ist durch kinetisch bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge. Die Induktionsanlage ist ausgestattet mit mindestens einem Induktionsmodul, das in Verkehrswege jeglicher Art integrierbar ist. Im Induktionsmodul wird elektrische Spannung vorzugsweise mit als Eisenmasse ausgebildeten Objekten, insbesondere Fahrzeugen, die in mittelbarer Nähe zum Induktionsmodul passieren, erzeugt. Mindestens eine Schaltbox ist vorgesehen, mit der mehrere Induktionsschleifen zur Abgabe der induzierten Spannungen verschaltet sind. Sammeln, Potenzieren und Speichern der Spannung erfolgt ebenfalls innerhalb der Schaltbox. Vorteilhaft ergibt sich aus der Erfindung, dass kinetische Energie effizient verwendet wird. Die erfindungsgemäßen Induktionsanlagen sind variabel an Zugstrecken oder Aufzugschächten in Hochhäusern verwendbar, nahezu unsichtbar in ihr Umfeld integrierbar und geräuschlos.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Induktionsleiterschleifen mit einer Magnetfolie umhüllt, um die Effizienz der Spannungsgewinnung zu steigern. Gegeninduktionen werden mit dem Einsatz von Schaltelementen dosiert. Bei erhöhter Dosierung wird das bewegte Objekt spürbar belastet, d. h. gebremst, wenn dies erwünscht ist, wie z. B. bei extremem Gefälle.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegt die in die Induktionsleiterschleifen maximal induzierte Spannung betragsmäßig unterhalb der gesetzlich zulässigen Schutzspannung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Induktionsmodule planparallel zur Bewegungsebene der Objekte, insbesondere zur Straßenoberfläche in angepassten Längen oder der notwendigen Anzahl und integriert in angepassten Schaltweisen, woraus sich Längen für Produktivstrecken ergeben, die passiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb eines Induktionsmoduls mehrere Induktionsschleifen geschaltet. Eine Vervielfachung der induzierten Spannung führt zu den letztendlich entstehenden elektrischen Strömen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind Induktionsschleifen variabel parallel geschaltet und Pakete dieser parallel geschalteten Induktionsschleifen variabel in Reihe geschaltet zur Gewinnung der Modulspannung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind innerhalb eines Induktionsmoduls mehrere variable Pakete von Induktionsschleifen hintereinander geschaltet und zwar wechselnd mit der Wicklungsrichtung der Leiterbahnen im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn für effizientere Stromgewinnung. Die Leiterbahnen sind parallel und haben untereinander gleiche Abstände.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die induzierten Spannungsimpulse in der Schaltbox so gespeichert, dass sich bei der Summierung keine schädlichen Spannungsspitzen ergeben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die in den Schaltboxen zusammen geführte gespeicherte Spannung in elektrische Ströme gewandelt oder mit Wechselrichtern dem öffentlichen Netz zugeführt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Beispiels dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1: einen Querschnitt durch einen Teil einer Induktionsleiterschleife gemäß der Erfindung,
Fig. 2: eine Anordnung von in Reihe geschalteten Induktionsleiterschleifen zu Induktionsmodulen gemäß der Erfindung, Fig. 3: eine Anordnung von parallel geschalteten Induktionsleiterschleifen zu Induktionsmodulen gemäß der Erfindung,
Fig. 4: eine Anordnung von in Reihe geschalteten Induktionsleiterschleifen mit wechselnder Wicklungsrichtung gemäß der Erfindung, und
Fig. 5: eine Diagramm induzierter Spannungen beim Passieren eines magnetisierten Eisenkerns über einer Induktionsleiterschleife mit wechselnden Leiterabständen und eine Summier- und Speicherschaltung für eine zugehörige Schaltbox gemäß der Erfindung.
Fig. 1: Ein ca. 0,1 - 30 mm dickes Induktionsmodul 1 ist mit einer um eine Isolierung 2 gewickelten und als einfache oder doppelte Induktionsschleife ausgebildeten Spule 3 versehen. Spule 3 ist an ihrem äußeren Umfang mit einer magnetischen Folie oder einer Stabilisierungsfolie 4 umhüllt. Entsprechende Induktionsmodule 1' , I1' ... folgen auf Induktionsmodul 1.
Fig. 2: Induktionsleiterschleifen 1, 1', 1' ' sind hintereinander geschaltet über Anschlüsse 6 an eine Schaltbox 5 angeschlossen. Von einem Wechselrichter (nicht dargestellt) in der Schaltstation 5 werden die in den Induktionsmodulen induzierten Gleichströme dem öffentlichen Netz zugeführt.
Fig. 3: Induktionsleiterschleifen 1, 1' ... sind in der Senkrechten und Waagrechten planparallel zur Straßenoberfläche in einen Straßenbelag integriert. Die einzelnen Induktionsleiterschleifen 1, 1' ... haben jeweils eine bestimmte Länge und enthalten eine bestimmte Anzahl von Schleifen und sind wahlweise mit einer magnetischen Folie oder einer Stabilisierungsfolie 4 versehen.
Fig. 4: Induktionsleiterschleifen 2, 2', 2'' sind hintereinander geschaltet in jeweils umgekehrter Wicklungsrichtung der Leiterbahnen im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn. Die Leiterbahnen sind parallel und haben untereinander gleiche Abstände.
Die Induktionsleiterschleifen 1, 1', I1' ... 2, 2', 2'' sind vorzugsweise mit Vibrations- und umweltbeständigen Folien versehen, auf denen wahlweise ein- oder beidseitig Induktionsschleifen z. B. als Cu-Leiterbahnen aufgebracht sind.
Fig. 5 stellt induzierte Spannungen exemplarisch anhand einer Induktionsleiterschleife 1 dar, wenn ein z. B. vom Erdmagnetfeld magnetisierter Eisenkern über diese Induktionsleiterschleife 1 hinweg bewegt wird. Induzierte Spannungen oder Ströme vervielfachen sich entsprechend der Anzahl der parallel oder hintereinander geschalteten Induktionsleiterschleifen 1, I1, I11 ... 2, 2' , 2' ' .
Die Polung des Eisenkerns 7 ist mit N und S und seine Bewegungsrichtung mit einem Pfeil angegeben. Erste drei Leiterbahnen der Induktionsleiterschleife 1 sind mit größeren Abständen als nachgeordnete drei Leiterbahnen dieser Induktionsleiterschleife 1 zueinander angeordnet. Der Stromfluss ist mit Pfeilen neben den Leiterbahnen angegeben. Im zugehörigen Diagramm sind die Spannungen über die Ordinaten und der vom Eisenkern 7 zurückgelegte Weg über die Abszisse aufgetragen.
Die induzierten Spannungen errechnen sich nach der Gleichung: U0 = Bxlxvxz, wobei B die magnetische Feldstärke angibt, 1 die wirksame Leiterlänge, v die Geschwindigkeit des Eisenkerns 7 relativ zur Induktionsanlage und z die Leiterzahl.
Beim Passieren der ersten drei Leiterbahnen mit größeren Abständen werden gemäß der Lorentz Regel in eine Richtung, die sich nach der Dreifingerregel der rechten Hand bestimmt, vom Eisenkern 7 drei diskret voneinander beabstandete Spannungsimpulse U2 in die
Induktionsleiterschleife 1 induziert, die zu der Schaltbox 5 abströmen. Bei entgegengesetzt fließendem Strom in den nachgeordneten drei Leiterbahnen dieser
Induktionsleiterschleife 1 wird bei dichteren Feldlinien der eng aneinander liegenden Leiterbahnen ein stärkeres Feld gebildet, so dass vom Eisenkern 7 ein großer Spannungsimpuls Ui in die Induktionsleiterschleife 1 induziert wird, der zu der Schaltbox 5 abströmt.
In Schaltbox 5 sind zwei Leiter 8, 9 einer Summenschaltung für die Spannungsimpulse Ui + U2 der Anschlüsse 6 enthalten mit jeweils einer Diode 10, 11. Die zwei Leiter 8, 9 sind über Kondensatoren 12, 13 verbunden. Die Diode 10 in Leiter 8 sperrt in Richtung zum Eingang 14, 6 und die Diode 11 in Leiter 9 sperrt in Richtung zum Ausgang 15 zum öffentlichen Netz von Schaltbox 5.

Claims

Ansprüche
1. Induktionsanlage zur regenerativen Gewinnung elektrischer Energie aus als magnetisierte Eisenmasse (7) ausgebildeten beweglichen Objekten, insbesondere Fahrzeugen, wie z. B. Kraftfahrzeugen, mit mindestens einer Induktionsleiterschleife (1, 1' ... 2, 2'), die in Verkehrswege integrierbar ist, wobei Spannungen in die Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') von den als Eisenmasse (7) ausgebildeten Objekten bei Vorbeifahrt in zumindest mittelbarer Nähe zu den Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') induzierbar sind und mindestens eine elektrische Schaltbox (5) vorgesehen ist, an die alternativ in Reihe oder parallel geschaltete Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') angeschlossen sind und in der induzierte Spannungsimpulse gespeichert werden.
2. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verkehrsweg insbesondere eine Autobahn darstellt und die Integration der Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') an Orten hoher Verkehrsdichte erfolgt.
3. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Induktionsmoduls alternativ mehrere miteinander verbundene Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') vorgesehen sind.
4. Induktionsanlage gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel geschaltete Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') alternativ zu Paketen mit in Reihe geschalteten Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') zu einem Induktionsmodul zusammen gefasst sind.
5. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass maximale Spannungen in den Induktionsmodulen immer unter der vorgeschriebenen Schutzspannung liegen entsprechend angemessener Schutzisolierung.
6. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltbox (5) die in den Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') induzierte Spannung aufnimmt und speichert.
7. Induktionsanlage gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltstation die in den Schaltboxen (5) gespeicherten Spannungen in elektrische Ströme wandelt und einem öffentlichen Netz zuführt.
8. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der induzierten Spannungsimpulse progressiv ansteigen.
9. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Eisenmasse (7) ausgebildeten, beweglichen Objekte vom Erdmagnetismus magnetisiert sind.
10. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') mit Magnetfolien (4) umhüllt sind.
11. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') in Abhängigkeit der gewählten Leiterquerschnitte oder Drahtstärken mit den Modulgrößen korrelieren, wobei die Querschnittflächen der Leiterquerschnitte oder Drahtstärken zwischen 0,001 mm2 bis 25 mm2 betragen.
12. Induktionsanlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsrichtungen der Induktionsleiterschleifen (1, 1' ... 2, 2') wechseln.
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