WO2015036280A1 - Isolationsüberwachung für reihenkompensierte wicklungen eines kontaktlosen energieübertragungssystems - Google Patents

Isolationsüberwachung für reihenkompensierte wicklungen eines kontaktlosen energieübertragungssystems Download PDF

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WO2015036280A1
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spl
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Faical Turki
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Paul Vahle Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the present invention relates to a device for non-contact power transmission, wherein the device has primary side and secondary side series resonant circuits, each having at least one coil and at least two capacitances, and the primary-side series resonant circuit is connected to an upstream circuit of secondary side series resonant circuit to a downstream circuit.
  • FIG. 1 shows the series compensation and the associated local reactive voltage distribution along the series resonant circuits.
  • the insulation monitoring is given by the fact that the coils are already connected to the DC bus or output of the rectifier via diodes.
  • This DC link is monitored by an isolation guard which measures the resistance between the coils and the ground of the secondary device of the at least one secondary side
  • Parallel resonant circuit measures and compares with stored values. If the measured resistance deviates from the stored value by more than an amount, this is detected as an insulation fault and reported to a higher-level controller.
  • the windings of the coils are electrically isolated from the rest of the power electronics via capacitors, so that no insulation monitoring by a resistance measurement is possible here.
  • Figure 2 shows a circuit in which resistors R P are connected in parallel to the capacitors C, and which can be provided in principle for unloading in case of error to ECE R 100.
  • the resistance of these resistors R P is to be chosen as large as possible, so that no unnecessary losses. Due to the high-resistance resistors R P , however, an insulation measurement is not very reliable since the resistance value of the resistors R P actually provided as discharge resistors is of the order of magnitude of the insulation resistance of the windings and thus no large resistance change can be measured even in the case of insulation breakdown.
  • the object of the invention is to enable a simple insulation monitoring in the use of series resonant circuits.
  • the fault detection resistors are used to cancel the galvanic isolation by the capacitances of the series resonant circuits, so that in the event of an insulation fault of a coil, a fault current can flow through one or more fault detection resistors.
  • the fault current flows from a control device, which may be an insulation monitor, through which a connection line to an error detection resistor through at least one coil and thus passes to the isolation interruption from where it flows out to a reference potential of the primary or secondary side device. Due to the measured fault current or to a fault stand or more resistors, in particular the fault detection resistors, falling voltage (s) can be an isolation breakthrough be detected. If the fault current is very small, this is an indication that the insulation is still intact.
  • the at least one fault detection resistor is present, which connects the control device to a pole of a coil or its center tap.
  • the residual current resistors are connected between a reference potential of the primary side upstream circuit and a pole or center tap of the respective coil.
  • the fault detection resistor If the fault detection resistor is connected with its one pole to the center or center tap of a voltage divider of the downstream circuit, it makes sense to connect the other pole of the fault detection resistor with the Mittenabgriffspol the respective coil so that during normal operation of the power transmission system through the fault detection resistor no current flows and thus no losses arise.
  • the subordinate circuit is usually a voltage intermediate circuit which has a bridge rectifier and downstream smoothing condensers.
  • the smoothing capacitors form the voltage divider, wherein the connection point of the equal-sized smoothing capacitors forms the center tap of the voltage divider.
  • the control device measures continuously or at intervals the resistance value, the fault current or at a shunt resistor in the voltage drops below a certain resistance value or when exceeding a certain error current value or the measured voltage values, an error signal is transmitted.
  • the fault detection resistors can advantageously be uncoupled from the series resonant circuits by means of at least one switching means so that no current flows through the fault detection resistors during normal operation.
  • the at least one switching means can be closed and the measurement for checking an insulation fault can be carried out by the control device.
  • the fault detection resistors for determining the faulty coil can have different resistance values, so that the faulty coil can be determined on the basis of the size of the fault current or the measured voltage.
  • the non-contact power transmission system may be a single or multi-phase system. If the system is multiphase, the respective coils of the individual phases are each assigned fault detection resistors and / or parallel to connect to the coils adjacent capacitances Studentsbrückungswiderrange.
  • Insulation monitoring can be provided either on the primary side or on the secondary side only. However, it is equally possible to provide both the primary side and the secondary side with an insulation monitoring according to the invention.
  • FIG. 1 series compensation of a series resonant circuit of a secondary contactless energy transmission device and the associated local reactive voltage distribution
  • Fig. 2 series-compensated pickup with resistors connected in parallel with the capacitors for discharging the capacitors in the event of a fault or an accident;
  • FIG. 3a shows a circuit according to FIG. 3 with switches in the connecting lines for decoupling the fault detection resistors
  • FIG. 3b alternative switch arrangement for the circuit according to FIG. 3a;
  • FIG. 4 shows another possible embodiment of a secondary pickup, wherein the fault detection resistors are connected to the center tap of each coil;
  • FIG. 5 shows another possible embodiment of a secondary pickup, wherein the middle coil is not associated with an error detection resistor and bridging resistors are connected in parallel with the capacitors adjacent to the coil;
  • FIG. 5a shows the fault current profile in the event of an insulation fault in the middle coil
  • Fig. 6 preferred circuit for a primary-side device.
  • the series resonant circuit consists of the coils SP and the capacitances C.
  • the Dummy voltage is greatest in magnitude at the connection points between the capacitances C and the coils SP.
  • the reactive voltage in the middle of the coil is always equal to zero.
  • FIG. 2 shows a series-compensated pickup with resistors R P connected in parallel with the capacitors C, which serve to discharge the capacitances C in the event of a fault or an accident, as required by the ECE R 100 standard.
  • the parallel resistances R P must be high-impedance, so that detection of an insulation fault is difficult.
  • the invention proposes a first possible circuit structure, as shown in FIG.
  • the fault detection resistors R FE with their first poles P RFE i are connected to the output pole PL of the coils SP. With their other first poles P RFE 2, the fault detection resistors R FE are connected to the center or center tap MTS of the voltage divider CGLI, C G L2 of the downstream circuit 1.
  • the controller CPU is connected at its terminals to the potentials SPL1 and SPL2 of the downstream circuit 1. Since the smoothing capacitors C G i_i, CGL2 of the downstream circuit 1 are dimensioned so large, they do not constitute a significant resistance for the fault current i F to be measured.
  • Switch Si in the connecting lines VU, Vl_u and VU 2 are arranged.
  • the switches Si are open, so that no currents can flow through the fault detection resistors R FE , whereby the losses during operation can be avoided.
  • the switches Si In order to check the insulation, it is also possible to drove the switches are closed to check whether a fault current i F flows from the control unit CPU through the fault detection resistors R F E.
  • the switches Si relays, electronic switches such. As MOSFETs, etc. may be.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment of the secondary device according to the invention, in which the fault detection resistors R FE i and R FE 2 are connected with their one pole to the center tap pole M PL of the respective coils SPi and SP 2 . Since at the center of the windings of the coil SP theoretically sets under load exactly the center potential of the DC intermediate circuit, the points M PL and MTS are at the same potential level, whereby in operation by the fault detection resistors R F EI and R F E2 no current flows and thus no unwanted losses occur.
  • the circuit according to FIG. 3b differs from the circuit according to FIGS. 3 and 3a in that the connection line VLi is not connected to the point MTS but to the potential SPLi s of the intermediate circuit 1.
  • the coil SP 2 has an insulation fault.
  • the fault current i F flows from the control device CPU via the connection lines VLi and VLi 2 via the fault detection resistor R F E 2 and the coil SP 2 to the reference potential SPLi s of the secondary device.
  • the insulation fault of the coil SP 2 can be reliably detected.
  • FIG. 5 shows a further possible circuit in which the middle coil SP 2 has no fault detection resistor Is assigned to RFE. Since the coil SP would hereby 2 normally separated by their ⁇ be adjacent capacitances C galvanically isolated from the control unit CPU, the invention bridging resistors RÜB provides to the SP of the spool 2 adjacent capacitances C are connected in parallel.
  • FIG. 6 shows a preferred circuit for a primary-side device according to the invention which has an upstream circuit 1a, which can be an inverter as shown and has the series resonant circuit LC, each fault detection resistor R FE having its first pole PRFEI with the center tap pole MPL Coils SP is connected and with its other second pole P RFE2 at the center tap MTS a voltage ⁇ divider, which is formed by the two capacitors C G i_i and C G i_ 2 , the upstream circuit la is connected.
  • the control device CPU which has an insulation monitor function, is connected with its connections to the two voltage potentials SPU P , SPL 2p .
  • the fault current iF is flowing as shown in Figure 6, significantly via the connecting lines L and Vl_i 2, the error detection resistor R F E 2 and the coil SP 2 toward the reference ⁇ mass of the primary-side device la, as long as the coil insulation of the coil SP 2 should be defective ,
  • the primary-side device it is also possible with the primary-side device that not every coil SP is assigned exactly one fault detection resistor R F E.
  • the capacitances C, which are adjacent to the respective coil, which is not assigned an error detection resistor R F E would have to be bridged by means of a bridging resistor Hinb, so that this coil would not be galvanic is separated from the upstream circuit la.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung, wobei die Vorrichtung primärseitige und sekundärseitige Reihenschwingkreise (LC) aufweist, die jeweils mindestens eine Spule (SP) und mindestens zwei Kapazitäten (C) aufweisen, und der primärseitige Reihenschwingkreis (LC) an eine vorgeordnete Schaltung (1a) der sekundärseitge Reihenschwingkreis (LC) an eine nachgeordnete Schaltung (1b) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass - an einen Pol (PL) oder den Mittenabgriffspol (MPL) mindestens einer oder jeder Spule (SP) des primärseitigen Reihenschwingkreises (LC) jeweils ein Fehlererkennungswiderstand (RFE) mit seinem einen ersten Pol (PRFE1) angeschlossen ist, wobei der andere zweite Pol (PRFE2) des mindestens einen Fehlererkennungswiderstandes (RFE) mit einem Spannungspotentialpol (SPL1p, SPL2p) der vorgeordneten Schaltung (1a) verbunden ist, und/oder - an einen Pol (PL) oder den Mittenabgriffspol (MPL) mindestens einer oder jeder Spule (SP) des sekundärseitigen Reihenschwingkreises (LC) jeweils ein Fehlererkennungswiderstand (RFE) mit seinem einen ersten Pol (PRFE1) angeschlossen ist, wobei der andere zweite Pol (PRFE2) des mindestens einen Fehlererkennungswiderstandes (RFE) mit dem Mittelpunkt oder Mittelabgriff (MTS) eines Spannungsteilers (CGL1, CGL2) der nachgeordneten Schaltung (1b) oder einem Spannungspotentialpol (SPL1s, SPL2s) der nachgeordneten Schaltung (1b) verbunden ist.

Description

Isolationsüberwachung für reihenkompensierte Wicklungen eines kontaktlosen Energieübertragungssystems
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung, wobei die Vorrichtung primärseitige und sekundärseitige Reihenschwingkreise aufweist, die jeweils mindestens eine Spule und mindestens zwei Kapazitäten aufweisen, und der primärseitige Reihenschwingkreis an eine vorgeordnete Schaltung der sekundärseitge Reihenschwingkreis an eine nachgeordnete Schaltung angeschlossen ist.
Bei Systemen der berührungslosen Energieübertragung ist es oft erwünscht bzw. vorgeschrieben, die Isolation zwischen den Wicklungen der Spulen und dem Ferrit bzw. der Trägerplatte der induktiven Komponenten im magnetischen Übertragungskreis zu überwachen. Bei netzgebundenen Anlagen ist es ausreichend, einen Masseschluss über einen Fehlerstromschutzschalter zu de- tektieren. Bei isolierten Anordnungen, wie es bei Elektrofahrzeugen der Fall ist, wird ein Isolationswächter eingesetzt.
Zur Blindleistungskompensation müssen zu den Spulen der kontaktlosen Energieübertragung Kondensatoren entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden. Die Figur 1 zeigt die Reihenkompensation und die zugehörige lokale Blindspannungsverteilung entlang der Reihenschwingkreise.
Bei einer Parallelschaltung ist die Isolationsüberwachung dadurch gegeben, dass die Spulen ohnehin an den Zwischenkreis bzw. Ausgang des Gleichrichters über Dioden angebunden sind . Dieser Zwischenkreis wird durch einen Isolationswächter überwacht, der den Widerstand zwischen den Spulen und der Masse der sekundären Vorrichtung des mindestens einen sekundärseitigen Parallelschwingkreises misst und mit abgespeicherten Werten vergleicht. Sofern der gemessene Widerstandswert von dem gespeicherten um mehr als einen Betrag abweicht, wird dies als Isolationsfehler erkannt und an eine übergeordnete Steuerung gemeldet.
Im Falle einer Reihenkompensation sind die Wicklungen der Spulen über Kondensatoren vom Rest der Leistungselektronik galvanisch getrennt, so dass hier keine Isolationsüberwachung durch eine Widerstandsmessung mehr möglich ist.
Figur 2 zeigt eine Schaltung, bei der Widerstände RP parallel zu den Kondensatoren C geschaltet sind, und die grundsätzlich für das Entladen im Fehlerfall nach ECE R 100 vorgesehen werden können. Der Widerstandswert dieser Widerstände RP ist aber möglichst groß zu wählen, damit keine unnötigen Verluste entstehen. Aufgrund der hochohmigen Widerstände RP ist aber eine Isolationsmessung wenig zuverlässig, da der Widerstandswert der eigentlich als Ent- lade-Widerstände vorgesehenen Widerstände RP in der Größenordnung des Isolationswiderstandes der Wicklungen liegt und somit auch bei einem Isolationsdurchbruch keine große Widerstandsänderung gemessen werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Isolationsüberwachung bei der Verwendung von Reihenschwingkreisen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird vorteilhaft mittels der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Die Fehlererkennungswiderstände dienen zur Aufhebung der galvanischen Trennung durch die Kapazitäten der Reihenschwingkreise, so dass im Falle eines Isolationsfehlers einer Spule ein Fehlerstrom durch einen oder mehrere Fehlererkennungswiderstände fließen kann . Der Fehlerstrom fließt dabei von einer Steuereinrichtung, welche ein Isolationswächter sein kann, durch die eine Verbindungsleitung hin zu einem Fehlererkennungswiderstand durch mindestens eine Spule und gelangt so zur Isolationsunterbrechung von wo er aus zu einem Bezugspotential der primär- oder sekundärseitigen Vorrichtung hin abfließt. Aufgrund des gemessenen Fehlerstroms oder der an einem Wider- stand oder mehreren Widerständen, insbesondere den Fehlererkennungswiderständen, abfallenden Spannung(en) kann ein Isolationsdurchbruch erkannt werden. Sofern der Fehlerstrom sehr klein ist, ist dies ein Hinweis darauf, dass die Isolation noch intakt ist.
Vorteilhaft ist dabei, dass der Fehlerstrom nicht über eine Diode des nachgeschalteten Gleichrichters fließt.
Hierzu ist der mindestens eine Fehlererkennungswiderstand vorhanden, der die Steuereinrichtung mit einem Pol einer Spule oder deren Mittenabgriffspol verbindet.
Sofern die Isolationsüberwachung auf der Primärseite des Energieübertragungssystems erfolgt, sind die Fehlerstromwiderstände zwischen einem Bezugspotential der primärseitig vorgeordneten Schaltung und einem Pol oder mittenabgriff der jeweiligen Spule geschaltet.
Sofern der Fehlererkennungswiderstand mit seinem einen Pol mit dem Mittelpunkt oder Mittelabgriff eines Spannungsteilers der nachgeordneten Schaltung verbunden ist, ist es sinnvoll, den anderen Pol des Fehlererkennungswiderstandes mit dem Mittenabgriffspol der jeweiligen Spule zu verbinden, damit im Normalbetrieb des Energieübertragungssystems durch den Fehlererkennungswiderstand kein Strom fließt und somit keine Verluste entstehen.
Die nachgeordnete Schaltung ist in der Regel ein Spannungszwischenkreis, welcher einen Brückengleichrichter und nachgeschaltete Glättungskondensato- ren aufweist. Die Glättungskondensatoren bilden dabei den Spannungsteiler, wobei der Verbindungspunkt der gleich groß dimensionierten Glättungskondensatoren den Mittenabgriff des Spannungsteilers bildet.
Es ist möglich, dass nicht jeder Spule ein Fehlererkennungswiderstand zugeordnet ist. Damit diese Spule bzw. Spulen nicht galvanisch von der Steuereinrichtung getrennt sind, sind zu den benachbarten Kapazitäten Überbrückungs- widerstände parallel geschaltet.
Die Steuereinrichtung misst fortwährend oder in zeitlichen Abständen den Widerstandswert, den Fehlerstrom oder die an einem Shuntwiderstand in der gemeinsamen Verbindungsleitung oder den Fehlererkennungswiderständen abfallende Spannung, wobei bei Unterschreiten eines bestimmten Widerstandswertes bzw. bei einem Überschreiten eines bestimmten Fehlerstromwertes bzw. der gemessenen Spannungswerte ein Fehlersignal ausgesendet wird.
Sofern durch den mindestens einen Fehlererkennungswiderstand während des Betriebes der Energieübertragungsvorrichtung Verluste entstehen, können die Fehlererkennungswiderstände vorteilhaft mittels mindestens einem Schaltmittel funktionslos oder von den Reihenschwingkreisen abgekoppelt werden, so dass durch die Fehlererkennungswiderstände während des Normalbetriebes kein Strom fließt. Zur Bestimmung eines Isolationsfehlers kann das mindestens eine Schaltmittel geschlossen und die Messung zur Überprüfung eines Isolationsfehlers von der Steuerungseinrichtung durchgeführt werden.
Damit das System erkennen kann, in welcher Spule ein Isolationsfehler aufgetreten ist, können die Fehlererkennungswiderstände zur Ermittlung der fehlerhaften Spule unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, so dass anhand der Größe des Fehlerstroms oder der gemessenen Spannung die fehlerhafte Spule ermittelbar ist.
Das berührungslose Energieübertragungssystem kann ein ein- oder mehrphasiges System sein. Sofern das System mehrphasig ist, sind den jeweiligen Spulen der einzelnen Phasen jeweils Fehlererkennungswiderstände zuzuordnen und/oder zu den zu den Spulen benachbart angeordneten Kapazitäten Über- brückungswiderstände parallel zu schalten.
Die Isolationsüberwachung kann entweder nur primär- oder sekundärseitig vorgesehen werden. Es ist jedoch genauso gut möglich, sowohl die Primärseite als auch die Sekundärseite mit einer erfindungsgemäßen Isolationsüberwachung auszustatten.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 : Reihenkompensation eines Reihenschwingkreises einer sekundären kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung sowie die zugehörige lokale Blindspannungsverteilung;
Fig. 2 : reihenkompensierte Pickup mit parallel zu den Kapazitäten geschalteten Widerständen zur Entladung der Kondensatoren im Falle einer Störung oder eines Unfalls;
Fig. 3 : erfindungsgemäße reihenkompensierte sekundäre Pickup-
Vorrichtung mit jeweils einem Fehlererkennungswiderstand je Reihenschwingkreisspule, wobei die Fehlererkennungswiderstände jeweils an einem Seitenanschluss jeder Spule angeschlossen sind;
Fig. 3a : Schaltung gemäß Figur 3 mit Schaltern in den Verbindungsleitungen zur Entkopplung der Fehlererkennungswiderstände;
Fig. 3b: alternative Schalteranordnung zur Schaltung gemäß Figur 3a;
Fig. 4: weitere mögliche Ausführungsform einer sekundären Pickup, wobei die Fehlererkennungswiderstände an dem Mittenabgriffspol jeder Spule angeschlossen sind;
Fig. 5 : weitere mögliche Ausführungsform einer sekundären Pickup, wobei der mittleren Spule kein Fehlererkennungswiderstand zugeordnet ist und dafür Überbrückungswiderstände parallel zu den der Spule benachbarten Kapazitäten geschaltet sind;
Fig. 5a : Darstellung des Fehlerstromverlaufs bei einem Isolationsfehler in der mittleren Spule;
Fig. 6: bevorzugte Schaltung für eine primärseitige Vorrichtung.
Die Figur 1 zeigt eine Reihenkompensation eines Reihenschwingkreises einer sekundären kontaktlosen Energieübertragungsvorrichtung sowie die zugehörige lokale Blindspannungsverteilung gemäß dem Stand der Technik. Der Reihenschwingkreis besteht aus den Spulen SP und den Kapazitäten C. Die Blindspannung ist an den Verbindungspunkten zwischen den Kapazitäten C und den Spulen SP betragsmäßig am größten . Dagegen ist die Blindspannung in der Mitte der Spule stets gleich Null .
Die Figur 2 zeigt eine reihenkompensierte Pickup mit parallel zu den Kapazitäten C geschalteten Widerständen RP, die zur Entladung der Kapazitäten C im Falle einer Störung oder eines Unfalls dienen, wie es die Norm ECE R 100 fordert. Wie bereits beschrieben, müssen die Parallelwiderstände RP hochohmig sein, so dass eine Detektion eines Isolationsfehlers schwierig ist.
Damit ein Isolationsfehler sicher detektierbar ist, schlägt die Erfindung einen ersten möglichen Schaltungsaufbau vor, wie er in Figur 3 dargestellt ist. Die galvanische Trennung der Spulen SP zur nachgeordneten Schaltung 1, welche als Spannungszwischenkreis, bestehend aus Brückengleichrichter BR und Glät- tungskondensatoren CGi_i und CGi_2, ausgebildet ist, ist durch die Fehlererkennungswiderstände RFE aufgehoben . Dabei sind die Fehlererkennungswiderstände RFE mit ihren ersten Polen PRFEi an dem Ausgangspol PL der Spulen SP angeschlossen . Mit ihren anderen ersten Polen PRFE2 sind die Fehlererkennungswiderstände RFE an dem Mittelpunkt oder Mittelabgriff MTS des Spannungsteilers CGLI , CGL2 der nachgeordneten Schaltung 1 verbunden . Die Steuereinrichtung CPU ist mit ihren Anschlüssen mit den Potentialen SPL1 und SPL2 der nachgeordneten Schaltung 1 verbunden . Da die Glättungskondensatoren CGi_i, CGL2 der nachgeordneten Schaltung 1 derart groß dimensioniert sind, stellen sie für den zu messenden Fehlerstrom iF keinen nennenswerten Widerstand dar.
Bei dieser Schaltung liegt jedoch im normalen Betrieb der Energieübertragungsvorrichtung eine hohe Spannung an den Fehlererkennungswiderständen RFE an, so dass die Verluste relativ groß sind .
Abhilfe können hier die Schaltungen gemäß der Figuren 3a und 3b schaffen, bei denen Schalter Si in den Verbindungsleitungen VU, Vl_u und VU2 angeordnet sind . Im normalen Betrieb der Energieübertragungsvorrichtung sind die Schalter Si geöffnet, so dass keine Ströme durch die Fehlererkennungswiderstände RFE fließen könne, wodurch die Verluste im Betriebsfall vermieden werden können . Um die Isolation zu überprüfen, können auch während des Be- triebes die Schalter geschlossen werden, um zu überprüfen, ob ein Fehlerstrom iF ausgehend von der Steuereinrichtung CPU durch die Fehlererkennungswiderstände RFE fließt. Es versteht sich von selbst, dass die Schalter Si Relais, elektronische Schalter wie z. B. MOSFETS, etc. sein können .
Die Figur 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen sekundären Vorrichtung, bei der die Fehlererkennungswiderständen RFEi und RFE2 mit ihrem einen Pol an den M ittenabgriffspol M PL der jeweiligen Spulen SPi und SP2 angeschlossen sind . Da sich an dem Mittelpunkt der Wicklungen der Spulen SP theoretisch unter Last genau das Mittelpotential des Gleichspannungszwischenkreises einstellt, sind die Punkte M PL und MTS auf gleichem Potentialniveau, wodurch im Betrieb durch die Fehlererkennungswiderstände RFEI und RFE2 kein Strom fließt und somit keine unerwünschten Verluste auftreten .
Die Schaltung gemäß Figur 3b unterscheidet sich von der Schaltung gemäß der Figuren 3 und 3a dadurch, dass die Verbindungsleitung VLi nicht mit dem Punkt MTS sondern dem Potential SPLis des Zwischenkreises 1 verbunden ist.
Wie in Figur 4 dargestellt, weist die Spule SP2 einen Isolationsfehler auf. In diesem Fall fließt der Fehlerstrom iF von der Steuereinrichtung CPU über die Verbindungsleitungen VLi und VLi2 über den Fehlererkennungswiderstand RFE2 und die Spule SP2 hin zum Bezugspotential SPLis der sekundären Vorrichtung . Durch Messung des Fehlerstroms iF oder dem Spanungsabfall am Fehlererkennungswiderstand RFE2 oder einem in der Verbindungsleitung VLi optional angeordneten und gestrichelt dargestellten Shuntwiderstand RSH, kann der Isolationsfehler der Spule SP2 sicher erkannt werden .
Selbstverständlich ist es möglich, auch bei der Schaltung gemäß Figur 4 Schalter Si vorzusehen, wobei durch die im normalen Betrieb geöffneten Schalter sichergestellt ist, dass durch die Fehlererkennungswiderstände RFEi und RFE2 keine Verluste auftreten .
Es ist selbstverständlich nicht notwendig, jeder Spule SP einen Fehlererkennungswiderstand RFE zuzuordnen . Die Figur 5 zeigt eine weitere mögliche Schaltung, bei der der mittleren Spule SP2 kein Fehlererkennungswiderstand RFE zugeordnet ist. Da die Spule SP2 hierdurch normalerweise durch ihre be¬ nachbarten Kapazitäten C galvanisch von der Steuereinrichtung CPU getrennt wäre, sieht die Erfindung Überbrückungswiderstände RÜB vor, die parallel zu den der Spule SP2 benachbarten Kapazitäten C geschaltet sind. Durch die Überbrückungswiderstände RÜB kann der Fehlerstrom iF (dicker Pfeil) bei ge¬ schlossenem Schalter Si, wie in Figur 5a dargestellt, über den Fehlererkennungswiderstand RFEI die Spule SPi und den Überbrückungswiderstand RÜBI hin zur defekten Spule SP2 fließen, wodurch der Isolationsfehler der Spule SP2 sicher erkannt werden kann.
Die Figur 6 zeigt eine bevorzugte Schaltung für eine erfindungsgemäße pri- märseitige Vorrichtung, welche eine vorgeordnete Schaltung la, welche wie dargestellt ein Wechselrichter sein kann und den Reihenschwingkreis LC aufweist, wobei jeder Fehlererkennungswiderstand RFE mit seinem einen ersten Pol PRFEI mit dem Mittenabgriffspol MPL der Spulen SP verbunden ist und mit seinem anderen zweiten Pol PRFE2 an dem Mittenabgriff MTS eines Spannungs¬ teilers, welcher durch die beiden Kondensatoren CGi_i und CGi_2 gebildet ist, der vorgeordneten Schaltung la verbunden ist. Die Steuereinrichtung CPU, welche eine Isolationswächterfunktion aufweist, ist mit ihren Anschlüssen an die beiden Spannungspotentiale SPUP, SPL2p angeschlossen. Der Fehlerstrom iF fließt wie in Figur 6 dargestellt, maßgeblich über die Verbindungsleitungen VU und Vl_i2, den Fehlererkennungswiderstand RFE2 und die Spule SP2 hin zur Bezugs¬ masse der primärseitigen Vorrichtung la, sofern die Spulenisolierung der Spule SP2 fehlerhaft sein sollte. Selbstverständlich ist es auch bei der primärseitigen Vorrichtung möglich, dass nicht jeder Spule SP genau ein Fehlererkennungswiderstand RFE zugeordnet ist. Bei einer derartigen Ausführungsform müssten analog zur in den Figuren 5 und 5a dargestellten Schaltungen die Kapazitäten C, welche benachbart zu der jeweiligen Spule, der kein ein Fehlererkennungswiderstand RFE zugeordnet ist, mittels eines Überbrückungswider- standes Rüb überbrückt werden, damit diese Spule nicht galvanisch von der vorgeordneten Schaltung la getrennt ist.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur berührungslosen Energieübertragung, wobei die Vorrichtung primärseitige und sekundärseitige Reihenschwingkreise (LC) aufweist, die jeweils mindestens eine Spule (SP) und mindestens zwei Kapazitäten (C) aufweisen, und der primärseitige Reihenschwingkreis (LC) an eine vorgeordnete Schaltung ( la) der sekundärseitge Reihenschwingkreis (LC) an eine nachgeordnete Schaltung ( lb) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- an einen Pol (PL) oder den Mittenabgriffspol (M PL) mindestens einer oder jeder Spule (SP) des primärseitigen Reihenschwingkreises (LC) jeweils ein Fehlererkennungswiderstand (RFE) mit seinem einen ersten Pol ( PRFEI) angeschlossen ist, wobei der andere zweite Pol (PRFE2) des mindes¬ tens einen Fehlererkennungswiderstandes (RFE) mit dem Mittelpunkt oder Mittelabgriff (MTS) eines Spannungsteilers (CGi_i, CGi_2) oder mit einem Spannungspotentialpol (SPLip, SPL2p) der vorgeordneten Schaltung ( la) verbunden ist,
und/oder
- an einen Pol (PL) oder den Mittenabgriffspol (M PL) mindestens einer oder jeder Spule (SP) des sekundärseitigen Reihenschwingkreises (LC) jeweils ein Fehlererkennungswiderstand (RFE) mit seinem einen ersten Pol ( PRFEI) angeschlossen ist, wobei der andere zweite Pol (PRFE2) des mindes¬ tens einen Fehlererkennungswiderstandes (RFE) mit dem Mittelpunkt oder Mittelabgriff (MTS) eines Spannungsteilers (CGLi , CGL2) der nachgeordne¬ ten Schaltung ( lb) oder einem Spannungspotentialpol (SPLis, SPL2s) der nachgeordneten Schaltung ( lb) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeordnete Schaltung ( la) und/oder die nachgeordnete Schaltung ( lb) ein Spannungszwischenkreis ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeordnete Schaltung ( la) einen Wechselrichter (W) aufweist und/oder dass der Spannungszwischenkreis ( lb) der nachgeordneten Schaltung einen Brückengleichrichter (BR) und nachgeschaltete Glättungskondensatoren (CGLI , Cgl2) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den zu einer Spule (SPi), an deren Pole (PL) oder Mittenabgriffspol (M PL) kein Fehlererkennungswiderstand (RFE) angeschlossen ist, benachbarten Kapazitäten (d) jeweils ein Überbrückungswiderstand (RÜBI , RÜB2) parallel geschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (CPU), insbesondere in Form eines Isolationswächters, fortwährend oder in zeitlichen Abständen den Widerstandswert zwischen zwei Potentialen misst und bei Unterschreiten eines bestimmten Widerstandswertes ein Fehlersignal aussendet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungseinrichtung (CPU) ein Signal abgibt, sofern der oder die gemessenen Wi- derstandswert(e) unterhalb von einem abgespeicherten Wert liegt.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (CPU), insbesondere in Form eines Isolationswächters, fortwährend oder in zeitlichen Abständen den durch die Verbindungsleitung (VU, Vl_n, Vl_i2) fließenden Strom und/oder die durch die einzelnen Fehlererkennungswiderstände (RFE) fließenden Ströme oder die an den Fehlererkennungswiderständen (RFE) abfallenden Spannungen misst und bei einer ermittelten Abweichung von einem oder mehreren abgespeicherten Werten ein Fehlersignal aussendet.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (CPU) ein Spannungspotential auf die Verbindungsleitung (VU, Vl_u, Vl_i2) aufbringt, so dass im Falle eines Isolationsfehlers ein Fehlerstrom (iF) durch die Verbindungsleitung (VU, VLu, VL12) fließt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (CPU) mit ihrem einen Anschluss mit dem Potential (SPUP, SPUS) und mit dem anderen Anschluss mit dem Potential (SPL2p, SPL2s) der Schaltung (la, lb) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Verbindungsleitung (VU), die einen Fehlererkennungswiderstand (RFE), mehrere oder alle Fehlererkennungswiderstände (RFE) mit dem Mittelpunkt oder Mittelabgriff (MTS) des Spannungsteilers (CGLi, CGL2) oder dem Spannungspotentialpol (SPUP, SPL2p, SPLis, SPL2s) verbindet, ein Schaltmittel (Si) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Verbindungsleitung (VL2), die einen Fehlererkennungswiderstandes ( RFE) mit dem Pol (PL) oder Mittenabgriffspol (MPL) einer Spule (SPi) verbindet ein Schaltmittel angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (CPU) die Schaltmittel (Si) steuert, derart, dass sie die Schaltmittel (Si) zur Messung des oder der Widerstandswertes bzw. -werte schließt und für die normale Energieübertragung öffnet.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennungswiderstände ( RFE) zur Ermittlung einer fehlerhaften Spule (SP) unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das berührungslose Energieübertragungssystem ein ein- oder mehrphasiges System ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Primärseite als auch auf der Sekundärseite jeweils eine Steuereinrichtung (CPU) zur Isolationsüberwachung angeordnet ist.
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