DE102017111258A1 - Infeed module for an inductive m-phase energy transmission path - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Einspeisemodul für eine induktive m-phasige Energieübertragungsstrecke (EL) mit m ∈ N und N = {1, 2, 3, ....}, wobei das Einspeisemodul mindestens eine Quelle je Phase aufweist und das Einspeisemodul ein Transformatorsystem (TS) hat, das entsprechend der Anzahl der Quellen (Q) Primärwicklungssysteme (PRI) aufweist, und dass Transformatorsystem (TS) je Phase der Energieübertragungsstrecke (EL) sekundärseitig mindestens zwei Ausgangswicklungen (S1) aufweist. The invention relates to a feed module for an inductive m-phase energy transmission path (EL) with m ∈ N and N = {1, 2, 3, ....}, wherein the feed module has at least one source per phase and the feed module is a transformer system ( TS), which according to the number of sources (Q) primary winding systems (PRI) has, and that the transformer system (TS) per phase of the energy transmission path (EL) on the secondary side at least two output windings (S 1 ).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspeisemodul für eine induktive m-phasige Energieübertragungsstrecke mit m ∈ N und N = {1, 2, 3, ...}.The present invention relates to a feed module for an inductive m-phase energy transmission path with m ∈ N and N = {1, 2, 3, ...}.
Gattungsgemäße induktive Energieübertragungssysteme sind bekannt, wobei die Energieeinspeisung lediglich über eine Seite, dem Anfang der Energieübertragungsstrecke, eingespeist wird. Die parallel geführten Leiter pro Phase sind am Ende der Energieübertragungsstrecke, wie in
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die übertragbare Leistung auf einen oder mehrere entlang der Energieübertragungsstrecke verfahrbare mobile Verbraucher zu erhöhen.The object of the present invention is to increase the transmittable power to one or more movable consumers along the energy transmission path.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Einspeisemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Einspeisemoduls ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.This object is achieved by a feed module with the features of
Die Erfindung zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass das Einspeisemodul mindestens eine Quelle je Phase aufweist und es ein Transformatorsystem hat, das entsprechend der Anzahl der Quellen Primärwicklungssysteme aufweist, und dass das Transformatorsystem je Phase der Energieübertragungsstrecke sekundärseitig mindestens zwei Ausgangswicklungen aufweist. An die Ausgangswicklungen wird der bzw. werden die Leiter bzw. Leitungen, welche entlang der Energieübertragungsstrecke verlegt sind und zur induktiven Energieübertragung dienen, angeschlossen. Dies kann direkt oder über Zwischenschaltung von Kompensationskondensatoren und/oder Zuführleitungen erfolgen, so dass die Ausgangswicklungen zusammen mit den Kompensationskondensatoren und dem bzw. den Leitern einer Phase einen Reihenschwingkreis bilden.The invention is advantageously characterized in that the feed module has at least one source per phase and it has a transformer system having primary winding systems according to the number of sources, and that the transformer system has at least two output windings on each secondary side of the energy transmission path. The conductor or lines, which are routed along the energy transmission path and serve for inductive energy transmission, are connected to the output windings. This can be done directly or via the interposition of compensation capacitors and / or supply lines, so that the output windings form a series resonant circuit together with the compensation capacitors and the conductor (s) of a phase.
Insbesondere zeichnet sich die Erfindung auch dadurch aus, dass die Energieeinspeisung nicht nur von der einen Seite her erfolgt, sondern von zwei Seiten her. In der Regel ist eine Reihenschaltung von Stromquellen nicht gestattet bzw. technisch möglich, da eine gerechte Verteilung der Quellenspannungen nicht eingehalten werden kann. Die Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass eine magnetische oder galvanische Kopplung der Quellen vorgesehen ist.In particular, the invention is also characterized by the fact that the energy supply is not only from one side, but from two sides. In general, a series connection of power sources is not permitted or technically possible, since a fair distribution of the source voltages can not be met. The invention solves this problem by providing a magnetic or galvanic coupling of the sources.
Das Einspeisemodul für das erfindungsgemäße Energieübertragungssystem weist ein Transformatorsystem auf, welches mindestens zwei Ausgangswicklungen und mindestens eine Quelle, insbesondere in Form einer Stromquelle, je Phase aufweist. Dabei können die mindestens zwei Ausgangswicklungen auf getrennte Transformatoren aufgeteilt sein oder auf einem Transformatorkern aufgewickelt sein. Es ist zudem möglich, dass mehrere getrennte Transformatoren vorgesehen sind, welche jeweils mindestens eine Ausganswicklung aufweisen. An die Ausgangswicklungen sind die Anschlussenden der Leiter der Übertragungsstrecke unmittelbar oder über die Zuführleitungen, Kompensationseinrichtungen, insbesondere in Form von Kondensatoren, angeschlossen und bilden zusammen mit diesen einen geschlossenen Serienschwingkreis je Phase.The feed module for the energy transmission system according to the invention comprises a transformer system which has at least two output windings and at least one source, in particular in the form of a current source, per phase. In this case, the at least two output windings can be divided into separate transformers or wound up on a transformer core. It is also possible that a plurality of separate transformers are provided, each having at least one Ausganswicklung. To the output windings, the terminal ends of the conductors of the transmission path are connected directly or via the supply lines, compensation devices, in particular in the form of capacitors, and together with these form a closed series resonant circuit per phase.
Zur Verringerung der Streufelder und Verlustleistung kann als Zuführleitung auch ein Koaxialkabel oder verdrillte Leiter vorgesehen werden.To reduce the stray fields and power loss can be provided as a feed line and a coaxial cable or twisted conductors.
Im einfachsten Falle besteht das erfindungsgemäße induktive Energieübertragungssystem aus einem Transformator mit einer Primärwicklung, an die eine Stromquelle angeschlossen ist und zwei Ausgangswicklungen, welche um den gleichen Transformatorkern wie die Primärwicklung gewickelt sind. Jeder Pol der Ausgangswicklungen ist direkt, oder sofern dies notwendig ist, über einen Kompensationskondensator mit einem Leiterende der beiden je Phase entlang der Übertragungsstrecke verlegten Leiter verbunden, wobei die Pole der ersten Ausgangswicklung mit den Leiterenden des Anfangs der Übertragungsstrecke und die Pole der zweiten Ausgangswicklung mit den Leiterenden des Endes der Übertragungsstrecke direkt über Zwischenschaltung mindestens eines Kompensationskondensators verbunden sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass noch zusätzliche Zuführleitungen, insbesondere in Form von Koaxialkabeln oder verdrillten Leitern, zwischengeschaltet sind.In the simplest case, the inductive power transmission system according to the invention consists of a transformer having a primary winding to which a current source is connected and two output windings which are wound around the same transformer core as the primary winding. Each pole of the output windings is connected directly or, if necessary, via a compensation capacitor to one conductor end of the two conductors laid per phase along the transmission path, the poles of the first output winding to the conductor ends of the beginning of the transmission path and the poles of the second output winding to the conductor ends of the end of the transmission path are connected directly via the interposition of at least one compensation capacitor. Of course, it is also possible that additional supply lines, in particular in the form of coaxial cables or twisted conductors, are interposed.
Anstatt der vorbeschriebenen magnetischen Kopplung kann auch eine Kopplung über Ausgleichswicklungen erfolgen, wobei dann mindestens zwei getrennte Transformatoren vorgesehen sind, welche neben ihren Ausgangswicklungen noch zusätzlich jeweils mindestens eine Ausgleichswicklung aufweisen, die um den gleichen Transformatorkern wie die Ausgangswicklungen und Primärwicklungen des jeweiligen Transformators gewickelt sind. Die Ausgleichswicklungen einer Phase werden erfindungsgemäß zur Kopplung zueinander parallel geschaltet, wodurch eine gerechte Leistungsaufteilung auf die Stromquellen einer Phase erfolgt.Instead of the above-described magnetic coupling can also be a coupling via equalization windings, then at least two separate transformers are provided, which in addition to their output windings additionally each have at least one compensating winding which are wound around the same transformer core as the output windings and primary windings of the respective transformer. The equalization windings of a phase are switched according to the invention for coupling to each other in parallel, whereby a fair distribution of power is made to the current sources of a phase.
Das Transformatorsystem, bestehend aus mindestens einem Transformator, kann erfindungsgemäß eine Anzahl von Ausgangswicklungen je Phase aufweisen.The transformer system, consisting of at least one transformer, can According to the invention have a number of output windings per phase.
Das Transformatorsystem kann zudem mindestens zwei Transformatoren mit jeweils einer oder mehreren Primärwicklungen aufweisen, wobei die Transformatoren entweder magnetisch über einen gemeinsamen Transformatorkern und/oder galvanisch mittels Ausgleichswicklungen miteinander gekoppelt sind.The transformer system may also comprise at least two transformers, each having one or more primary windings, wherein the transformers are either coupled together magnetically via a common transformer core and / or galvanically by means of compensating windings.
So kann z.B. zur Erhöhung der Übertragungsleistung sowohl der Eingang als auch der Ausgang der Übertragungsstrecke mittels zweier identischer Transformatorsysteme gespeist sein. Die Transformatorsysteme weisen dabei jeweils zwei Transformatoren auf, die jeweils eine Primärwicklung, eine Ausgangswicklung und eine Ausgleichswicklung aufweisen. An jede Primärwicklung ist dabei eine Stromquelle angeschlossen. Die beiden Ausgangswicklungen sind in Reihe geschaltet, wobei die beiden freien Pole der Reihenschaltung der Ausgangswicklungen, sofern notwendig, über Kompensationskondensatoren an die Leiterenden des Anfangs der Übertragungsstrecke angeschlossen sind. Das andere, dem Ende der Übertragungsstrecke zugeordnete Transformatorsystem ist mit seinen freien Polen der Reihenschaltung der Ausgangswicklungen direkt oder über Kompensationskondensatoren oder Zuführleitungen mit den Enden der Leiter der Übertragungsstrecke verbunden. Zusätzlich sind die Ausgleichswicklungen der beiden Transformatorsysteme alle zueinander parallel geschaltet.Thus, e.g. to increase the transmission power, both the input and the output of the transmission line can be fed by means of two identical transformer systems. The transformer systems each have two transformers, each having a primary winding, an output winding and a compensating winding. At each primary winding while a power source is connected. The two output windings are connected in series, the two free poles of the series connection of the output windings, if necessary, are connected via compensation capacitors to the conductor ends of the beginning of the transmission path. The other, the end of the transmission line associated transformer system is connected with its free poles of the series connection of the output windings directly or compensation capacitors or supply lines to the ends of the conductors of the transmission path. In addition, the equalizing windings of the two transformer systems are all connected in parallel with each other.
Die zuvor beschriebenen Übertragungsstrecken und Einspeisemodule bzw. Transformatorsysteme können selbstverständlich auch unmittelbar für mehrphasige Übertragungsstrecken genutzt werden, wobei dann für jede Phase ein entsprechendes Einspeisemodul und Leiter für die Übertragungsstrecke verwendet werden müssen.Of course, the transmission paths and supply modules or transformer systems described above can also be used directly for multiphase transmission links, in which case a corresponding infeed module and conductor for the transmission link must be used for each phase.
Es ist jedoch auch möglich ein mehrphasiges Übertragungssystem bereitzustellen, bei dem lediglich ein Leiter pro Phase entlang der Übertragungsstrecke verlegt werden muss. Diese drei Leiter für die drei Phasen müssen dabei parallel zueinander verlegt sein, wobei die Verlegung der drei zueinander parallelen Leiter nicht nur geradlinig, sondern prinzipiell in beliebigen Bahnen, so auch in kreisförmigen oder mäanderförmigen Bahnen, verlegt sein können.However, it is also possible to provide a multi-phase transmission system in which only one conductor per phase has to be laid along the transmission path. These three conductors for the three phases must be laid parallel to each other, the laying of the three mutually parallel conductors not only rectilinear, but in principle in any tracks, including in circular or meandering paths, can be laid.
Ein dreiphasiges induktives Übertragungssystem kann z.B. vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass je Phase ein Transformator vorgesehen ist. Jeder Transformator weist dabei eine Primärwicklung und eine Ausgangswicklung mit Mittenanschluss auf. An die Primärwicklung ist die Stromquelle für die jeweilige Phase angeschlossen. Für jede Phase ist lediglich ein Phasenleiter vorgesehen, welcher entlang der Übertragungsstrecke verläuft. Die drei Phasenleiter sind dabei parallel zueinander anzuordnen, können zusammen jedoch prinzipiell in beliebigen Bahnen verlegt werden. An die beiden äußeren Anschlüsse bzw. Pole der Ausgangswicklung eines Transformators sind die Leiterenden des jeweils zugehörigen Phasenleiters angeschlossen, wobei eventuell noch Kompensationskondensatoren und Zuführleitungen zwischengeschaltet sein können. Alle Mittenanschlüsse der Ausgangswicklungen sind zur Symmetrierung der Quellen miteinander galvanisch zu verbinden.A three-phase inductive transmission system may e.g. advantageously be designed such that a transformer is provided per phase. Each transformer has a primary winding and an output winding with a central connection. To the primary winding, the power source for each phase is connected. For each phase, only one phase conductor is provided which runs along the transmission path. The three phase conductors are to be arranged parallel to each other, but together can be routed in principle in arbitrary paths. At the two outer terminals or poles of the output winding of a transformer, the conductor ends of the respectively associated phase conductor are connected, which may still be interposed Kompensationskondensatoren and feed lines. All center connections of the output windings must be galvanically connected to each other to balance the sources.
Wichtig bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist, dass die Ausgangswicklungen einer Phase zusammen mit dem bzw. den Leitern der betreffenden Phase der Energieübertragungsstrecke sowie eventueller Kompensationseinrichtungen, insbesondere in Form mindestens eines Kondensators, und Zuführleitungen einen geschlossenen elektrischen Reihenschwingkreis bilden.It is important in all embodiments according to the invention that the output windings of one phase together with the conductor or conductors of the relevant phase of the energy transmission path and any compensation devices, in particular in the form of at least one capacitor, and supply lines form a closed electrical series resonant circuit.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Es zeigen:
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1a : Darstellung zweier induktiver Energieübertragungssysteme, wobei jedes Energieübertragungssystem die Leistung P auf seine mobilen Verbraucher übertragen kann; -
1b u . 1c: Darstellung der beiden induktiven Energieübertragungssysteme aus1 , wobei deren Primärleiter miteinander elektrisch verbunden sind und sich hierdurch eine Reihenschaltung der beiden Stromquellen ergibt; -
1d : erste erfindungsgemäße Ausführung eines beidseitigen Einspeisemoduls für eine induktive Energieübertragungsstrecke mit Trafosystemen, die miteinander verbundene Ausgleichswicklungen zur Symmetrierung der Quellenspannungen aufweisen; -
2a u . 2b: weitere mögliche Ausführungen von erfindungsgemäßen Einspeisemodulen und Übertragungsstrecken; -
3a-3c : Herleitung weiterer möglicher Ausführungsformen aus der in3a dargestellten Ausführungsform, wobei die3b eine Ausführungsform mit nur einem am Ende der Übertragungsstrecke kurzgeschlossenen Leiter, welcher den Hin- und Rückleiter bildet, zeigt und die3c eine Ausführungsform mit einer Übertragungsstrecke zeigt, bei der die beiden parallel zur Übertragungsstrecke verlaufenden Leiter einen Vierpol bilden; -
4 : Einspeisemodul mit vier Quellen; -
5 : Ausführungsform mit einer verdrillten Zuführleitung; -
6 : Ausführungsform mit einer U-förmig verlegten Übertragungsstrecke; -
7 : Ausführungsform mit einer rechteckig verlegten Übertragungsstrecke; -
8 : Darstellung eines 3-phasigen induktiven Energieübertragungssystems mit einem erfindungsgemäßen Einspeisemodul.
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1a : Representation of two inductive power transmission systems, wherein each power transmission system can transmit the power P to its mobile consumers; -
1b and , 1c: Representation of the two inductiveenergy transmission systems 1 wherein the primary conductors are electrically connected to each other, thereby resulting in a series connection of the two current sources; -
1d : first embodiment according to the invention of a two-sided feed module for an inductive energy transmission path with transformer systems having interconnected equalization windings for balancing the source voltages; -
2a and , 2b shows further possible embodiments of feed modules according to the invention and transmission links; -
3a-3c : Derivation of further possible embodiments from the in3a illustrated embodiment, wherein the3b an embodiment with only one shorted at the end of the transmission line conductor, which forms the forward and return conductors, and shows the3c shows an embodiment with a transmission path, wherein the two parallel to the transmission line conductors form a quadrupole; -
4 : Feed module with four sources; -
5 : Embodiment with a twisted supply line; -
6 : Embodiment with a U-shaped laid transmission path; -
7 : Embodiment with a rectangular laid transmission path; -
8th : Representation of a 3-phase inductive energy transmission system with a feed module according to the invention.
Die
Würde man, wie in den
Damit die Quellenspannungen gleich auf die beiden Stromquellen Q1 und Q2 verteilt wird, schlägt die Erfindung in einer ersten Variante vor, die beiden Transformatoren
Die Ausgleichswicklungen
Zur Symmetrierung der Quellenspannungen der Stromquellen
Eine Weiterentwicklung des in
Die
Die in
Die in
Die
Die
Die
Die
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