EP4420216A1 - Anlage zur induktiven übertragung elektrischer leistung und verfahren zum betreiben einer anlage - Google Patents

Anlage zur induktiven übertragung elektrischer leistung und verfahren zum betreiben einer anlage

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Publication number
EP4420216A1
EP4420216A1 EP22798259.2A EP22798259A EP4420216A1 EP 4420216 A1 EP4420216 A1 EP 4420216A1 EP 22798259 A EP22798259 A EP 22798259A EP 4420216 A1 EP4420216 A1 EP 4420216A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
handset
secondary winding
voltage
signal
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22798259.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Uhl
Valentin Kuhfuss
Christian Treier
Thomas KREMPEL
Alexander Kist
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP4420216A1 publication Critical patent/EP4420216A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
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    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/60—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements
    • H02J7/64—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including safety or protection arrangements against overvoltage
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H04B5/26—Inductive coupling using coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • the invention relates to a system for the inductive transmission of electrical power and a method for operating a system.
  • a primary circuit device is known from WO 2020/002 240 A1 as the closest prior art.
  • a system with a protection module is known from DE 10 2006 022 223 A1.
  • the object of the invention is therefore to improve the operational reliability of systems.
  • the object is achieved in the system for inductive transmission of electrical power according to the features specified in claim 1 and in the method for operating a system according to the features specified in claim 14.
  • the advantage here is that the overvoltage protection is used for data transmission when the physical variable has permissible values, and the overvoltage protection is used to reduce or switch off the transmission of electrical power when the values are impermissible. Thus, no special additional effort is necessary, but an extension of the software is essentially sufficient.
  • the voltage made available to the primary conductor system is modulated with a second data stream or the current impressed on the primary conductor system is modulated with a second data stream, with the curve detected by a sensor of the current flowing through the secondary winding or the second data stream is filtered out and/or demodulated from the course of a measure for the voltage induced in the secondary winding or for a voltage occurring in the resonant circuit, which is detected with a sensor.
  • the advantage here is that the overvoltage protection can be used for the first direction of data transmission and another effective method can be used for the other direction of data transmission. Because a primary-side modulation of the voltage and the current is made possible in a simple manner and the effect of this can be easily detected on the secondary side.
  • the overvoltage protection of the handset has a controllable switch, in particular a triac, by means of which the oscillating circuit can be detuned and/or by means of which at least a partial area of the oscillating circuit can be short-circuited.
  • a controllable switch in particular a triac
  • the mobile part has a controllable switch, by means of which the oscillating circuit can be detuned and/or by means of which at least a partial area of the oscillating circuit can be short-circuited.
  • the advantage here is that the inductive transmission can be terminated after a risk has been detected, in particular after a threshold value has been exceeded, in particular at a voltage, a current or a temperature.
  • the capacitances are connected in series with the secondary winding, thus in particular forming a series circuit, with an AC/DC converter being supplied from the series circuit, in particular with the series circuit being arranged on the AC voltage-side connection of the AC/DC converter and/or or applied, a load being able to be fed from the DC voltage-side connection of the AC/DC converter, in particular a load being connected in parallel with it.
  • the advantage here is that a high level of efficiency can be achieved even with weak inductive coupling between the primary conductor system and the secondary winding.
  • the partial area can be fixed or fixed by a connecting element. The advantage here is that, depending on the respective system, a different partial area can be short-circuited.
  • the connecting element is a bridge that can be fitted in a variety of ways, a changeover switch or a bridge fitted on a printed circuit board.
  • the advantage here is that a simple, cost-effective implementation of a flexibly selectable connection can be achieved.
  • a control signal is sent to the controllable switch from a control of the handset, the control being connected to one or more sensors, in particular the control signal being generated by the control as a function of the values of physical variables of the handset detected by the sensor or sensors becomes.
  • the or one of the sensors detects the value of the temperature of the secondary winding and/or is suitably arranged on the handset, in particular designed as an infrared temperature sensor for non-contact detection of the temperature of the secondary winding.
  • the advantage here is that the transmission of electrical power can be switched off in the event of excess temperature, and the operational reliability can therefore be increased. In particular, the risk of fire can be reduced.
  • the or one of the sensors detects the value of the temperature of the AC/DC converter, in particular the rectifier or controllable rectifier, secondary winding and/or is suitably arranged on the handset, in particular is designed as an infrared temperature sensor for non-contact detection of the temperature of the AC/DC converter.
  • the advantage here is that the transmission of electrical power can be switched off in the event of excess temperature, and the operational reliability can therefore be increased. In particular, the risk of fire can be reduced.
  • the or one of the sensors detects the value of the voltage present at the DC or AC connection of the AC/DC converter, in particular the rectifier or controllable rectifier, and/or is suitably arranged on the handset.
  • the advantage here is that in the event of an overvoltage, the transmission of electrical power can be switched off and the operational reliability can thus be increased. In particular, the voltage breakdown and thus the risk of fire can be reduced.
  • the or one of the sensors detects the value of the current flowing through the secondary winding and/or is suitably arranged on the mobile part.
  • the advantage here is that the transmission of electrical power can be switched off in the event of an overcurrent, and the operational reliability can thus be increased. In particular, the risk of fire can be reduced.
  • the or one of the sensors detects the value of the current entering or exiting the DC-side connection of the AC/DC converter and/or is suitably arranged on the mobile part.
  • the advantage here is that the transmission of electrical power can be switched off in the event of an overcurrent, and the operational reliability can thus be increased. In particular, the risk of fire can be reduced.
  • control has a comparison means which compares the values of the respective physical variable or variables of the mobile part detected by the sensor or sensors with a respective threshold value, the control generating the control signal for the controllable switch depending on the output signal of the comparison means and/or or depending on the result of the comparison.
  • control monitors the values of the respective physical variable or variables of the handset detected by the sensor or sensors for exceeding an impermissible degree of deviation from a setpoint value, the control generating the control signal for the controllable switch depending on the output signal of the monitoring and/or or generated depending on the result of the monitoring.
  • control is suitably designed in such a way that monitoring for an impermissibly high degree of deviation from a functional relationship, in particular from a proportionality, of the values detected by two of the sensors is carried out, in particular by the control and the control generates the control signal for the controllable switch depending on the result of the monitoring.
  • Important features of the method for operating a system are that electrical power is transmitted from a primary conductor system of the system to a secondary winding of a mobile part of the system that can be moved relative to the primary conductor system, with capacitances being connected to the secondary winding to form an oscillating circuit from which a rectifier is fed , the output voltage of which is made available to a consumer, with values of physical variables of the handset being recorded and monitored for an impermissibly high degree of deviation from a functional relationship, in particular from proportionality, with the resonant circuit being detuned or at least a portion of it depending on the result of the monitoring of the resonant circuit is short-circuited.
  • the advantage here is that an abnormal operating state can be recognized immediately and damage can be avoided by switching off the power transmission; in particular, the risk of fire is reduced and operational reliability is thus increased.
  • a first of the physical variables of the handset is the temperature of the resonant circuit and a second of the physical variables of the handset is the temperature of the rectifier, with the quotient of the detected values of the both physical variables is formed and is monitored for an impermissibly high degree of deviation from a setpoint.
  • Logic element is supplied, which is also supplied with an enable signal, so that after If the threshold value is exceeded, the transmission of a data packet of the data stream signal that has already begun is still being carried out completely.
  • the data stream signal includes data packets, in particular the duration of the transmission of the data packets is shorter than the thermal time constant of the handset with sensor. Thus, in the event of overtemperature, the switch is delayed until the current data packet whose
  • FIG. 1 shows the secondary part of a system for the inductive transmission of electrical power.
  • FIG. 2 An exemplary embodiment of the system is shown in FIG. 2, a triac being used as the controllable switch 2 .
  • FIG. 4 shows the secondary part of a system according to the invention with bidirectional communication.
  • FIG. 5 shows a block diagram relating to the communication.
  • FIG. 6 shows a current curve on the secondary side as a function of a voltage curve on the primary side.
  • the system has a primary conductor system, which preferably has an elongated line conductor laid in the system.
  • a mobile part arranged to be movable along the primary conductor system has a secondary winding 1 which is provided inductively coupled to the primary conductor system.
  • An alternating current is applied to the primary conductor system, with the frequency of the alternating current preferably being a medium frequency.
  • the frequency of the alternating current preferably being a medium frequency.
  • a frequency between 10 kHz and 1 MHz is used as the frequency of the alternating current.
  • capacitors (6, 7), in particular a first capacitor 6 and a second capacitor 7, are connected in series to the secondary winding 1 in resonant operation, with these being dimensioned in such a way that the capacitors (6, 7 ) and the resonant circuit formed by the secondary winding 1 has a resonant frequency which is equal to the frequency of the alternating current impressed on the primary conductor system. So is also with only a weak inductive coupling of the primary conductor circuit to the secondary winding 1, a high level of efficiency can be achieved during transmission.
  • a rectifier 4 which is preferably designed to be controlled, is fed from the resonant circuit, the output voltage of which feeds a consumer 8 and a smoothing capacitor 9 arranged in parallel therewith.
  • the output voltage is detected by a sensor and monitored for exceeding a first threshold value by an electronic controller connected to the sensor, which also acts as a driver 5 for a controllable switch 2, in particular a controllable semiconductor switch.
  • controllable switch 2 detunes the oscillating circuit by bridging part of the oscillating circuit.
  • Which part is bridged can be determined by a connecting element 3, in particular by a bridge that can be fitted variably, by a changeover switch or by a bridge that can be fitted on a printed circuit board.
  • a connecting element 3 the secondary winding itself is short-circuited.
  • a part of the oscillating circuit containing the secondary winding 1 and a first capacitance 6 is short-circuited, a second capacitance 7 of the oscillating circuit not belonging to this short-circuited part.
  • the entire resonant circuit is short-circuited, i.e. the input of rectifier 4.
  • the resonant circuit is detuned or short-circuited in such a way that practically no voltage is available at the input of the rectifier 4, even if a voltage is induced at the secondary winding 1.
  • the switch 2 When the switch 2 is open, the oscillating circuit remains untuned, so that the full voltage generated by the oscillating circuit is present at the input of the rectifier 4 .
  • the switch 2 When the first threshold value is exceeded, the switch 2 is closed and the connecting element 3 is thus effective in such a way that no voltage is made available at the input of the rectifier 4 .
  • the switch 2 When the value falls below the first threshold value, the switch 2 is opened and the full voltage that can be generated by the resonant circuit is thus made available at the input of the rectifier 4 .
  • a sensor for detecting the temperature of the rectifier 4 and/or the oscillating circuit 1 can also be provided.
  • the switch 2 can be closed even if a respective further threshold value is exceeded, and a protective effect can thus be achieved for the arrangement. Because there is a risk of fire if the temperature is too high.
  • a sensor for detecting a current in particular the current of the secondary winding 1 or the output current at the rectifier 4, can be provided if a third threshold value is exceeded.
  • the switch 2 is thus closed when a current threshold value is exceeded.
  • the switch 2 is already closed when a single one of all the threshold values is exceeded. The switch 2 is therefore only opened if none of the threshold values is exceeded.
  • At least one energy store of the handset can also be provided as a consumer 8, from which the drive of the handset is supplied.
  • the energy store is preferably a capacitor, in particular an ultracap.
  • a hysteresis is provided around the respective threshold value.
  • a sensor for detecting the temperature of the secondary winding and a sensor for detecting the temperature of the rectifier 4 are provided. It is monitored whether the two recorded temperatures change in a predicted way or not.
  • the switch 2 if there is an impermissibly large deviation from the proportionality of the two temperatures, the switch 2 is activated in such a way that the switch closes. Otherwise the switch 2 remains open, in particular if the value of a respective physical quantity detected by one or more other sensors does not exceed a respective threshold value.
  • the quotient of the two recorded temperatures can be formed in a simple manner, with the quotient then being based on a impermissibly large amount of absolute deviation from a target value is monitored. Mathematically equivalent is the monitoring of falling below and exceeding corresponding threshold values.
  • the deviation from a functional relationship, in particular the deviation from the proportionality, of the values detected by two of the sensors is also monitored and depending on the result of the monitoring, i.e. in particular when an impermissibly high degree of absolute deviation from a setpoint is exceeded, switch 2 is closed.
  • controllable switch can be implemented as a triac, which can be controlled electrically isolated from the control 5 via an optocoupler.
  • the TRIAC is triggered by a control current in the control terminal and conducts equally in both directions. If the control signal were lost, the TRIAC would go out at the next current zero crossing if it were operated at a low frequency, in particular with a mains frequency of 50 Hz or 60 Hz.
  • the triac since it is operated according to the invention with a medium-frequency alternating current, in particular with an alternating current whose frequency is between 10 kHz and 1 MHz, in particular between 20 kHz and 100 kHz, the triac conducts after ignition until the effective value of the alternating current becomes zero. This is because the frequency of the alternating current is so high that the component cannot switch to the blocking state when the current passes through zero. The conductive state of the component thus only stops when the secondary winding 1 is no longer magnetically flooded by the primary conductor system of the system.
  • the controllable switch 2 designed as a triac is arranged as an SMD component on a printed circuit board.
  • This printed circuit board has a metal carrier 30, in particular made of aluminum or copper, with an insulation layer 31 being arranged on the metal carrier 30 for electrical insulation.
  • conductor track sections 32, 33 are arranged, which are used for electrical contacting and for holding the triac.
  • a connecting plate 34 of the triac 35 is soldered to one of the conductor track sections (32, 33) and a metallic outer surface of the triac 35 rests against another conductor track section (32, 33) and is soldered to it.
  • the insulation layer is electrically insulating, but has a very good thermal conductivity.
  • the heat loss of the triac is thus efficiently spread out via the conductor track sections (32, 33) and the insulating layer 31 and the metal carrier 30.
  • the triac can thus also be exposed to currents of more than 10 amperes, in particular more than 30 or even 100 amperes.
  • a system according to the invention enables bidirectional communication.
  • the signal supplied by the control 5 is fed to an OR logic element (V), to which the data signal supplied by a communication circuit 10 is also fed.
  • V OR logic element
  • the OR-linked output signal of the OR logic element V is used as a control signal for the controllable switch 2.
  • control 5 supplies a zero signal accordingly, which only leads to the closing of the controllable switch 2 and thus to the detuning of the secondary-side oscillating circuit if a corresponding signal is supplied by the communication circuit 10 becomes.
  • the detuning then takes place in accordance with the data stream to be transmitted.
  • the load on the primary side then drops, so that the voltage applied to the primary conductor drops accordingly, because a current source is implemented on the primary side.
  • data can also be transmitted from the primary side to the secondary side by modulating the voltage applied to the primary winding, which then leads to a corresponding modulation of the current waveform on the secondary side.
  • a DC voltage supply unit supplies an inverter 52 which supplies an AC voltage to a gyrator circuit which acts as a current source for a primary coil 63 .
  • the at least one capacitance and the at least one inductance are designed to resonate with the frequency of the AC voltage provided by the inverter, since in this case the behavior at the input side of the gyrator circuit is converted into a behavior similar to a current source at the output of the gyrator circuit.
  • the current flowing through the primary coil 55 is measured by the current sensor 54 of the primary part 63 .
  • the voltage present at the primary coil 55 can also be detected.
  • the communication and control unit 50 provides a data stream to be transmitted, which is routed to a modulation unit 51 of the primary part 63 .
  • This modulates the data stream for example, as an amplitude-modulated control voltage, which is conducted to an inverter 52 in such a way that the voltage present at the connection of the inverter 52 on the AC voltage side is modulated in accordance with the control voltage.
  • the electrical power transmitted from the primary coil 55, which is fed by the inverter 52 directly or via the gyrator circuit, to the inductively coupled secondary winding 1 is modulated accordingly, so that the current curve detected on the secondary side by the current sensor 60 is fed to a demodulation unit 59 , which makes the data stream demodulated from it available to the communication and control unit 56 on the secondary side.
  • the primary-side voltage reduction is detected as a corresponding current reduction on the secondary side.
  • the overvoltage protection 58 is implemented using the controllable switch 2 . When the switch is open, the voltage on the secondary side remains unaffected and when switch 2 is closed, there is no longer any resonant transmission, but the secondary-side current only equals the current translated according to the turns ratio of the inductive coupling, insofar as this current penetrates through at least the first capacitance 6.
  • the switch 2 if the switch 2 is open, the current driven on the secondary side by the resonant transmission is fed to the rectifier 4, from which the consumer 8, in particular the load, is supplied.
  • the rectifier 4 is designed as a controllable rectifier, in particular a synchronous rectifier, it is controlled by the communication and control unit 56 of the secondary part 62.
  • the communication circuit 10 comprises the modulation unit 57 and the part of the communication and control unit 56 intended for sending data.
  • the switch 2 of the overvoltage protection 58 is controlled by the modulation unit 57 of the secondary part 62 and the power consumption on the secondary side is thereby influenced, which can be detected on the primary side by means of the current sensor 54.
  • overvoltage protection is controlled with a control signal that is determined by ORing the data stream signal to be transmitted with the signal provided for activating the overvoltage protection.
  • the current profile or voltage profile caused thereby is recorded and the data stream to be received is determined therefrom.
  • the current impressed in the primary conductor, in particular in the primary winding, or the voltage feeding the primary conductor, in particular the primary winding is modulated.
  • the resulting current curve or voltage curve is recorded and the data stream to be received is determined therefrom.
  • the exemplary implementation of the overvoltage protection as a switch for short-circuiting part of the secondary-side resonant circuit can alternatively also be implemented as a switch for short-circuiting the secondary winding, in particular the secondary coil. In this case, however, the switch must be dimensioned to withstand high switch-off currents.
  • controllable switches in particular controllable semiconductor switches
  • connecting element in particular bridge that can be fitted in a variety of ways, changeover switch or bridge that can be fitted on a printed circuit board
  • metal carrier in particular made of aluminum or copper

Landscapes

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung von einem Primärleitersystem der Anlage an eine Sekundärwicklung eines relativ zum Primärleitersystem bewegbaren Mobilteils der Anlage und Verfahren zum Betreiben einer Anlage, wobei der Sekundärwicklung Kapazitäten zugeschaltet sind zur Bildung eines Schwingkreises, wobei auf dem Mobilteil ein Sensor zur Erfassung des Wertes einer physikalischen Größe, angeordnet ist, dessen Signal einem Vergleichsmittel zugeführt wird, welches abhängig vom Ergebnis des Vergleichs des Wertes mit einem Schwellwert ein Äusgangssignal erzeugt, wobei das Mobilteil einen Überspannungsschutz aufweist, welcher abhängig von einem Änsteuersignal aktivierbar und/oder deaktivierbar ist, wobei das Änsteuersignal von einem ODER-Verknüpfungsglied erzeugt ist, dem einerseits ein vom Mobilteil zur Primärseite zu übertragendes erstes Datenstromsignal zugeführt wird und andererseits das Äusgangssignal.

Description

Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung und Verfahren zum Betreiben einer Anlage
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung und ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage.
Es ist allgemein bekannt, dass elektrische Leistung bei Transformatoren induktiv übertragen wird.
Aus der WO 2020/ 002 240 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Primärkreisvorrichtung bekannt.
Aus der DE 10 2006 022 223 A1 ist eine Anlage mit einem Schutzmodul bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Betriebssicherheit bei Anlagen zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Betreiben einer Anlage nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung von einem Primärleitersystem, insbesondere von einer Primärwicklung oder von einem langgestreckt in der Anlage verlegten Primärleiter, der Anlage an eine Sekundärwicklung eines relativ zum Primärleitersystem bewegbaren Mobilteils der Anlage, insbesondere wobei in das Primärleitersystem ein Wechselstrom eingeprägt ist, dessen Frequenz zwischen 10 kHz und 1 MHz, insbesondere zwischen 20kHz und 100 kHz, beträgt, sind, dass der Sekundärwicklung Kapazitäten zugeschaltet sind zur Bildung eines Schwingkreises, insbesondere eines Reihen-Schwingkreises, wobei auf dem Mobilteil ein Sensor zur Erfassung des Wertes einer physikalischen Größe, insbesondere Temperatur, Spannung und/oder Strom, angeordnet ist, dessen Signal einem Vergleichsmittel zugeführt wird, welches abhängig vom Ergebnis des Vergleichs des Wertes mit einem Schwellwert ein Ausgangssignal erzeugt, wobei das Mobilteil einen Überspannungsschutz aufweist, welcher abhängig von einem Ansteuersignal aktivierbar und/oder deaktivierbar ist, wobei das Ansteuersignal von einem ODER-Verknüpfungsglied erzeugt ist, dem einerseits ein vom Mobilteil zur Primärseite zu übertragendes erstes Datenstromsignal zugeführt wird und andererseits das Ausgangssignal.
Von Vorteil ist dabei, dass bei zulässigen Werten der physikalischen Größe der Überspannungsschutz genutzt wird zur Datenübertragung und bei unzulässigen Werten der Überspannungsschutz zum Vermindern oder Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung verwendet wird. Somit ist kein besonderer Zusatzaufwand notwendig, sondern eine Erweiterung der Software ist im Wesentlichen ausreichend.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird, insbesondere zur Übertragung eines zweiten Datenstroms vom Primärteil zum Mobilteil, die dem Primärleitersystem zur Verfügung gestellte Spannung mit einem zweiten Datenstrom moduliert oder der in das Primärleitersystem eingeprägte Strom mit einem zweiten Datenstrom moduliert, wobei aus dem mit einem Sensor erfassten Verlauf des durch die Sekundärwicklung fließenden Stromes oder aus dem mit einem Sensor erfassten Verlauf eines Maßes für die in der Sekundärwicklung induziert Spannung oder für eine am Schwingkreis auftretende Spannung der zweite Datenstrom herausgefiltert und/oder demoduliert wird. Von Vorteil ist dabei, dass zur ersten Richtung der Datenübertragung der Überspannungsschutz verwendbar ist und zur anderen Richtung der Datenübertragung eine andere Wirkmethode verwendbar ist. Denn eine primärseitige Modulation der Spannung und des Stroms ist in einfacher Weise ermöglicht und die Wirkung hiervon ist sekundärseitig einfach detektierbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Überspannungsschutz des Mobilteils einen steuerbaren Schalter, insbesondere Triac, auf, mittels dessen der Schwingkreis verstimmbar und/oder mittels dessen zumindest ein Teilbereich des Schwingkreises kurzschließbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass der Überspannungsschutz mit geringem Aufwand bewirkbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mobilteil einen steuerbaren Schalter auf, mittels dessen der Schwingkreis verstimmbar und/oder mittels dessen zumindest ein Teilbereich des Schwingkreises kurzschließbar ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die induktive Übertragung nach Detektion eines Risikos, insbesondere nach Überschreiten eines Schwellwertes, insbesondere an einer Spannung eines Stroms oder einer Temperatur, beendbar ist.
Somit ist die Betriebssicherheit verbesserbar. Da beim Verstimmen des Schwingkreises nur der übersetzte Strom durch die Kurzschlussverbindung fließt, ist keine Überlastung der Kurzschlussverbindung zu erwarten.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kapazitäten mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltet, insbesondere bilden also eine Reihenschaltung, wobei aus der Reihenschaltung ein AC/DC-Wandler versorgt ist, insbesondere wobei die Reihenschaltung am wechselspannungsseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers angeordnet ist und/oder anliegt, wobei aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers ein Verbraucher speisbar ist, insbesondere dem ein Glättungskondensator parallel zugeschaltet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad auch bei schwacher induktiver Kopplung zwischen Primärleitersystem und Sekundärwicklung erreichbar ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Teilbereich durch ein Verbindungselement festlegbar oder festgelegt. Von Vorteil ist dabei, dass abhängig von der jeweiligen Anlage ein jeweils unterschiedlicher Teilbereich kurzschließbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Verbindungselement eine variabel bestückbare Brücke, ein Umschalter oder eine auf einer Leiterplatte bestückte Brücke. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Realisierung einer flexibel auswählbaren Verbindung erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dem steuerbaren Schalter von einer Ansteuerung des Mobilteils ein Ansteuersignal zugeleitet, wobei die Ansteuerung mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist, insbesondere wobei das Ansteuersignal von der Ansteuerung abhängig von den von dem oder den Sensoren erfassten Werten physikalischer Größen des Mobilteils erzeugt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Übertragung elektrischer Leistung abhängig vom detektierten Zustand abschaltbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der oder einer der Sensoren den Wert der Temperatur der Sekundärwicklung erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet, insbesondere als Infrarot-Temperatursensor ausgeführt ist zur berührungslosen Erfassung der Temperatur der Sekundärwicklung. Von Vorteil ist dabei, dass bei Übertemperatur ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist. Insbesondere ist die Brandgefahr verringerbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der oder einer der Sensoren den Wert der Temperatur des AC/DC-Wandlers, insbesondere Gleichrichters oder steuerbaren Gleichrichters, Sekundärwicklung erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet, insbesondere als Infrarot-Temperatursensor ausgeführt ist zur berührungslosen Erfassung der Temperatur des AC/DC-Wandlers. Von Vorteil ist dabei, dass bei Übertemperatur ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist. Insbesondere ist die Brandgefahr verringerbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfasst der oder einer der Sensoren den Wert der am gleichspannungsseitigen oder wechselspannnungsseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers, insbesondere Gleichrichters oder steuerbaren Gleichrichters, anliegenden Spannung und/oder ist am Mobilteil geeignet angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass bei Überspannung ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist. Insbesondere ist der Spannungsdurchschlag und somit Brandgefahr verringerbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der oder einer der Sensoren den Wert des durch die Sekundärwicklung fließenden Stroms erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass bei Überstrom ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist. Insbesondere ist die Brandgefahr verringerbar. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erfasst der oder einer der Sensoren den Wert des am gleichstromseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers ein- oder austretenden Stroms und/oder ist am Mobilteil geeignet angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass bei Überstrom ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist. Insbesondere ist die Brandgefahr verringerbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ansteuerung ein Vergleichsmittel auf, welches die von dem oder den Sensoren erfassten Werte der jeweiligen physikalischen Größe oder Größen des Mobilteils mit einem jeweiligen Schwellwert vergleicht, wobei die Ansteuerung das Ansteuersignal für den steuerbaren Schalter abhängig vom Ausgangssignal des Vergleichsmittels und/oder abhängig vom Ergebnis des Vergleichs, erzeugt. Von Vorteil ist dabei, dass bei Überschreiten eines Schwellwertes ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist. Insbesondere ist die Brandgefahr verringerbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung überwacht die Ansteuerung die von dem oder den Sensoren erfassten Werte der jeweiligen physikalischen Größe oder Größen des Mobilteils auf Überschreiten eines unzulässigen Maßes an Abweichung von einem Sollwert, wobei die Ansteuerung das Ansteuersignal für den steuerbaren Schalter abhängig vom Ausgangssignal der Überwachung und/oder abhängig vom Ergebnis der Überwachung erzeugt. Von Vorteil ist dabei, dass bei Überschreiten eines zulässigen Maßes an Abweichung ein Abschalten der Übertragung elektrischer Leistung ermöglicht ist und somit die Betriebssicherheit erhöhbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Ansteuerung derart geeignet ausgeführt, dass eine Überwachung auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere von einer Proportionalität, der von zwei der Sensoren erfassten Werte ausgeführt wird, insbesondere von der Ansteuerung ausgeführt wird und die Ansteuerung das Ansteuersignal für den steuerbaren Schalter abhängig vom Ergebnis der Überwachung erzeugt. Von Vorteil ist dabei, dass ein abnormaler Betriebszustand sofort erkennbar ist und durch Abschalten der Leistungsübertragung Schaden vermeidbar ist, insbesondere ist die Brandgefahr reduziert und somit die Betriebssicherheit erhöht ist.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Betreiben einer Anlage sind, dass elektrische Leistung von einem Primärleitersystem der Anlage an eine Sekundärwicklung eines relativ zum Primärleitersystem bewegbaren Mobilteils der Anlage übertragen wird, wobei der Sekundärwicklung Kapazitäten zugeschaltet sind zur Bildung eines Schwingkreises, aus dem ein Gleichrichter gespeist wird, dessen Ausgangsspannung einem Verbraucher bereitgestellt wird, wobei Werte physikalischer Größen des Mobilteils erfasst und auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere von einer Proportionalität, überwacht werden, wobei abhängig vom Ergebnis der Überwachung der Schwingkreis verstimmt wird oder zumindest ein Teilbereich des Schwingkreises kurzgeschlossen wird.
Von Vorteil ist dabei, dass ein abnormaler Betriebszustand sofort erkennbar ist und durch Abschalten der Leistungsübertragung Schaden vermeidbar ist, insbesondere ist die Brandgefahr reduziert und somit die Betriebssicherheit erhöht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste der physikalischen Größen des Mobilteils die Temperatur des Schwingkreises und eine zweite der physikalischen Größen des Mobilteils die Temperatur des Gleichrichters, wobei zur Überwachung auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von dem funktionalen Zusammenhang der Quotient aus den erfassten Werten der beiden physikalischen Größen gebildet wird und auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von einem Sollwert überwacht wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Brandgefahr vermeidbar ist, die aus einem abnormalen Betriebszustand resultiert. das Ausgangssignal über ein zweites ODER-Verknüpfungsglied dem ersten ODER-
Verknüpfungsglied zugeleitet wird, dem auch ein Freigabesignal zugeführt wird, sodass nach Überschreiten des Schwellwertes die schon begonnene Übertragung eines Datenpakets des Datenstromsignals noch vollständig ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass das Datenstromsignal Datenpakete umfasst, insbesondere wobei die Zeitdauer des Übertragens der Datenpakete kleiner ist als die thermische Zeitkonstante des Mobilteils mit Sensor. Somit wird bei Übertemperatur der Schalter so lange verzögert bis das aktuelle Datenpaket, dessen
Übertragung gerade schon begonnen hatte noch vollständig übertragen wird und erst danach der Schalter die Leistung reduziert oder abschaltet. Da die Übertragungsdauer für das Datenpaket kleiner ist als die thermische Zeitkonstante ist die Abschaltung genügend schnell, um beispielsweise Übertemperatur zu verhindern.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist der Sekundärteil einer Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung dargestellt.
In der Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Anlage dargestellt, wobei ein Triac als steuerbarer Schalter 2 verwendet wird.
In der Figur 3 ist die spezielle Verbindungstechnik für den Triac schematisch dargestellt.
In der Figur 4 ist der Sekundärteil einer erfindungsgemäßen Anlage mit bidirektionaler Kommunikation dargestellt.
In der Figur 5 ist ein Blockschaltbild bezüglich der Kommunikation dargestellt.
In der Figur 6 ist ein sekundärseitiger Stromverlauf als Funktion eines primärseitigen Spannungsverlaufs dargestellt.
Wie in der Figur 1 dargestellt, weist die Anlage ein Primärleitersystem auf, das vorzugsweise einen langgestreckt in der Anlage verlegten Linienleiter aufweist. Ein entlang dem Primärleitersystem bewegbar angeordnetes Mobilteil weist eine Sekundärwicklung 1 auf, die an das Primärleitersystem induktiv gekoppelt vorgesehen ist.
Das Primärleitersystem ist mit einem Wechselstrom beaufschlagt, wobei die Frequenz des Wechselstroms vorzugsweise eine Mittelfrequenz ist. Insbesondere wird als Frequenz des Wechselstroms eine Frequenz zwischen 10 kHz und 1 MHz verwendet.
Wie in der Figur 1 gezeigt, sind der Sekundärwicklung 1 im Resonanzbetrieb Kapazitäten (6, 7), insbesondere eine erste Kapazität 6 und eine zweite Kapazität 7, in Reihe zugeschaltet, wobei diese so dimensioniert sind, dass der aus den Kapazitäten (6, 7) und der Sekundärwicklung 1 gebildete Schwingkreis eine Resonanzfrequenz aufweist, die der Frequenz des in das Primärleitersystem eingeprägten Wechselstroms gleicht. Somit ist auch bei nur schwacher induktiver Kopplung des Primärleiterkreises an die Sekundärwicklung 1 ein hoher Wirkungsgrad bei der Übertragung erreichbar.
Aus dem Schwingkreis wird ein Gleichrichter 4, der vorzugsweise gesteuert ausgeführt ist, gespeist, dessen Ausgangsspannung einen Verbraucher 8 und einen dazu parallel angeordneten Glättungskondensator 9 speist.
Die Ausgangsspannung wird von einem Sensor erfasst und auf Überschreiten eines ersten Schwellwertes von einer mit dem Sensor verbundenen elektronischen Steuerung überwacht, die auch als Ansteuerung 5 für einen steuerbaren Schalter 2, insbesondere steuerbaren Halbleiterschalter, fungiert.
Der steuerbare Schalter 2 bewirkt im geschlossenen Zustand eine Verstimmung des Schwingkreises, indem ein Teil des Schwingkreises überbrückt wird.
Welcher Teil überbrückt wird, ist durch ein Verbindungselement 3, insbesondere durch eine variabel bestückbare Brücke, durch einen Umschalter oder durch eine auf einer Leiterplatte bestückbare Brücke, festlegbar. Beispielsweise ist in einer ersten Ausführung des Verbindungselements 3 ein Kurzschluss der Sekundärwicklung selbst erreicht. In einer anderen Ausführung des Verbindungselements 3 ist ein Teil des Schwingkreises kurzgeschlossen, welcher die Sekundärwicklung 1 und eine erste Kapazität 6 enthält, wobei eine zweite Kapazität 7 des Schwingkreises nicht zu diesem kurzgeschlossenen Teil gehört. In einer dritten Ausführung wird der gesamte Schwingkreis kurzgeschlossen, also der Eingang des Gleichrichters 4.
Bei allen genannten Ausführungen des Verbindungselements 3 wird also der Schwingkreis derart verstimmt oder kurzgeschlossen, dass am Eingang des Gleichrichters 4 praktisch keine Spannung zur Verfügung steht, selbst wenn an der Sekundärwicklung 1 eine Spannung induziert wird.
Im geöffneten Zustand des Schalters 2 bleibt der Schwingkreis unverstimmt, so dass die volle vom Schwingkreis erzeugte Spannung am Eingang des Gleichrichters 4 anliegt. Bei Überschreiten des ersten Schwellwertes wird der Schalter 2 geschlossen und somit das Verbindungselement 3 derart wirksam, dass am Eingang des Gleichrichters 4 keine Spannung zur Verfügung gestellt wird. Bei Unterschreiten des ersten Schwellwertes wird der Schalter 2 geöffnet und somit die volle vom Schwingkreis erzeugbare Spannung am Eingang des Gleichrichters 4 zur Verfügung gestellt.
Statt des Sensors zur Erfassung der Ausgangsspannung oder zusätzlich ist auch ein Sensor zur Erfassung der Temperatur des Gleichrichters 4 und/oder des Schwingkreises 1 vorsehbar. Somit ist auch bei Überschreiten eines jeweiligen weiteren Schwellwertes der Schalter 2 schließbar und somit eine Schutzwirkung für die Anordnung erreichbar. Denn bei Übertemperatur tritt Brandgefahr ein.
Statt der genannten Sensoren oder zusätzlich zu einem dieser Sensoren oder zu diesen Sensoren ist ein Sensor zur Erfassung eines Stroms, insbesondere des Stroms der Sekundärwicklung 1 oder des Ausgangsstroms am Gleichrichter 4, auf Überschreiten eines dritten Schwellwerts vorsehbar. Somit wird bei Überschreiten eines Stromschwellwerts der Schalter 2 geschlossen.
In denjenigen Ausführungsbeispielen, in welchen mehrere Sensoren vorhanden sind, wird der Schalter 2 schon bei Überschreiten eines einzigen von allen Schwellwerten geschlossen. Geöffnet wird der Schalter 2 also nur dann, wenn keiner der Schwellwerte überschritten ist.
Als Verbraucher 8 ist zumindest auch ein Energiespeicher des Mobilteils vorsehbar, aus welchem der Antrieb des Mobilteils versorgt wird. Vorzugsweise ist der Energiespeicher ein Kondensator, insbesondere ein Ultracap.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird eine Hysterese um den jeweiligen Schwellwert herum vorgesehen.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird ein Sensor zur Erfassung der Temperatur der Sekundärwicklung und ein Sensor zur Erfassung der Temperatur des Gleichrichters 4 vorgesehen. Dabei wird überwacht, ob die beiden erfassten Temperaturen in einer vorhergesehenen Weise sich verändern oder nicht.
Beispielsweise wird in einer ersten Ausführung bei einer unzulässig großen Abweichung von der Proportionalität der beiden Temperaturen der Schalter 2 derart angesteuert, dass der Schalter schließt. Ansonsten bleibt der Schalter 2 geöffnet, insbesondere, wenn nicht der von einem oder mehreren anderen Sensoren erfasste Wert einer jeweiligen physikalischen Größe einen jeweiligen Schwellwert überschreitet. Zur Berechnung ist in einfacher Weise der Quotient aus den beiden erfassten Temperaturen bildbar, wobei der Quotient dann auf ein unzulässig großes Maß an betragsmäßiger Abweichung zu einem Sollwert überwacht wird. Mathematisch gleichwertig ist auch die Überwachung auf Unterschreiten und Überschreiten entsprechender Schwellwerte.
Statt der Proportionalität ist auch ein anderer funktionaler Zusammenhang verwendbar und eine entsprechende Abweichung überwachbar.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird ebenfalls die Abweichung von einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere die Abweichung von der Proportionalität, der von zwei der Sensoren erfassten Werte überwacht und abhängig vom Ergebnis der Überwachung, insbesondere also bei Überschreiten eines unzulässig hohen Maßes an betragsmäßiger Abweichung von einem Sollwert, wird der Schalter 2 geschlossen.
Wie in Figur 2 gezeigt, ist der steuerbare Schalter als Triac ausführbar, der galvanisch getrennt von der Ansteuerung 5 über einen Optokoppler ansteuerbar ist.
Der TRIAC wird durch einen Steuerstrom in den Steueranschluss gezündet und leitet in beide Richtungen gleichermaßen. Bei Wegfall des Steuersignals würde der TRIAC im nächsten Stromnulldurchgang erlöschen, wenn er niederfrequent, insbesondere mit einer Netzfrequenz von 50 Hz oder 60Hz betrieben werden würde.
Da er aber erfindungsgemäß mit einer mittelfrequenten Wechselstrom betrieben wird, insbesondere mit einem Wechselstrom, dessen Frequenz zwischen 10 kHz und 1 MHz, insbesondere zwischen 20kHz und 100 kHz, leitet der Triac nach dem Zünden so lange, bis der Effektivwert des Wechselstroms zu Null wird. Denn die Frequenz des Wechselstroms ist derart hoch, dass das Bauteil in den Stromnulldurchgängen nicht in den sperrenden Zustand gelangen kann. Der leitende Zustand des Bauteils hört somit erst auf, wenn die Sekundärwicklung 1 nicht mehr von dem Primärleitersystem der Anlage magnetisch durchflutet wird.
Wie in Figur 3 gezeigt, wird der als T riac ausgeführte steuerbare Schalter 2 als SMD-Bauteil auf einer Leiterplatte angeordnet. Diese Leiterplatte weist einen Metallträger 30, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, auf, wobei auf dem Metallträger 30 eine Isolationsschicht 31 zur elektrischen Isolation angeordnet ist. Auf der Isolationsschicht 31 , insbesondere also auf der von dem Metallträger 30 abgewandten Seite der Isolationsschicht 31 , sind Leiterbahnabschnitte (32, 33) angeordnet, welche zur elektrischen Kontaktierung und zum Halten des Triac dienen.
Ein Anschlussblech34 des Triac 35 ist mit einem der Leiterbahnabschnitte (32, 33) lötverbunden und eine metallische Außenfläche des Triac 35 liegt an einem anderen Leiterbahnabschnitt (32, 33) an und ist mit diesem lötverbunden.
Die Isolationsschicht ist elektrisch isolierend, aber sehr gut wärmeleitende ausgeführt. Somit wird die Verlustwärme des Triac über die Leiterbahnabschnitte (32, 33) sowie Isolationsschicht 31 und den Metallträger 30 effizient aufgespreizt. Somit ist der Triac auch Stromstärken von mehr als 10 Ampere, insbesondere von mehr als 30 oder gar 100 Ampere, aussetzbar.
Wie in Figur 4 dargestellt, ist bei einer erfindungsgemäßen Anlage eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht.
Hierzu wird das von der Ansteuerung 5 gelieferte Signal einem ODER-Verknüpfungsglied (V) zugeführt, welchem auch das von einer Kommunikationsschaltung 10 gelieferten Datensignal zugeführt wird.
Das ODER- verknüpfte Ausgangssignal des ODER-Verknüpfungsglieds V wird als Ansteuersignal für des steuerbaren Schalter 2 verwendet.
Wenn also kein Schwellwert an Spannung, Strom oder Temperatur überschritten beziehungsweise unterschritten wird, liefert die Ansteuerung 5 dementsprechend ein Nullsignal, das nur dann zum Schließen des steuerbaren Schalters 2 und somit zum Verstimmen des sekundärseitigen Schwingkreises führt, wenn von der Kommunikationsschaltung 10 ein entsprechendes Signal geliefert wird.
Das Verstimmen erfolgt also dann dem zu übertragenden Datenstrom entsprechend.
Infolge einer Verstimmung des sekundärseitigen Schwingkreises sinkt dann die primärseitige Belastung, so dass die am Primärleiter anliegende Spannung entsprechend absinkt, weil primärseitig eine Stromquelle realisiert ist. Wie in Figur 6 dargestellt, ist aber auch eine Übertragung von Daten von der Primärseite an die Sekundärseite ermöglicht, indem die an der Primärwicklung anliegende Spannung moduliert wird, was dann zu einer entsprechenden Modulation des sekundärseitigen Stromverlaufs führt.
Wie in Figur 5 dargestellt, versorgt eine Gleichspannungsversorgungseinheit einen Wechselrichter 52, der eine Wechselspannung einer Gyratorschaltung zur Verfügung stellt, welche für eine Primärspule 63 als Stromquelle fungiert. Hierzu ist die mindestens eine Kapazität und die mindestens eine Induktivität auf Resonanz zur Frequenz der vom Wechselrichter bereit gestellten Wechselspannung ausgelegt, da in diesem Fall das an der Gyratorschaltung eingangsseitige Spannungsquellenartige Verhalten in ein am Ausgang der Gyratorschaltung Stromquellen-artiges Verhalten umgesetzt wird.
Mittels des Stromsensors 54 des Primärteils 63 wird der durch die Primärspule 55 fließende Strom gemessen. Alternativ ist auch die Erfassung der an der Primärspule 55 anliegenden Spannung ermöglicht.
Die Kommunikations- und Steuereinheit 50 stellt einen zu übertragenden Datenstrom bereit, der an eine Modulationseinheit 51 des Primärteils 63 geleitet wird. Diese moduliert den Datenstrom beispielsweise als amplitudenmodulierte Steuerspannung, die an einen Wechselrichter 52 derart geleitet wird, dass die am Wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 52 anliegende Spannung entsprechend der Steuerspannung moduliert ist.
Auf diese Weise wird auch die von der Primärspule 55, welche vom Wechselrichter 52 direkt oder über die Gyratorschaltung gespeist wird, an die induktiv gekoppelte Sekundärwicklung 1 übertragene elektrische Leistung entsprechend moduliert, so dass der sekundärseitig durch den Stromsensor 60 erfasste Stromverlauf einer Demodulationseinheit 59 zugeführt wird, die den daraus demodulierten Datenstrom der sekundärseitigen Kommunikations- und Steuereinheit 56 zur Verfügung stellt.
Somit wird also zur Übertragung von Daten die primärseitige Spannungsverminderung als entsprechende Stromverminderung auf der Sekundärseite detektiert. Der Überspannungsschutz 58 ist mittels des steuerbaren Schalters 2 realisiert. Bei geöffnetem Schalter bleibt die sekundärseitige Spannung unbeeinflusst und bei geschlossenem Schalter 2 liegt keine resonante Übertragung mehr vor, sondern der sekundärseitige Strom gleicht nur noch dem gemäß dem Wicklungsverhältnis der induktiven Kopplung übersetzten Strom, soweit dieser Strom durch die zumindest erste Kapazität 6 durchdringt.
Falls der Schalter 2 jedoch geöffnet ist, wird der durch die resonante Übertragung sekundärseitig getriebene Strom dem Gleichrichter 4 zugeführt, aus welchem der Verbraucher 8, insbesondere die Last, versorgt ist.
Bei Ausführung des Gleichrichters 4 als steuerbarer Gleichrichter, insbesondere Synchrongleichrichter, wird dieser angesteuert von der Kommunikations- und Steuereinheit 56 des Sekundärteils 62.
Die Kommunikationsschaltung 10 umfasst die Modulationseinheit 57 und den zum Senden von Daten vorgesehenen Teil der Kommunikations- und Steuereinheit 56.
Um also Daten vom Sekundärteil 62 zum Primärteil 63 zu übertragen, wird der Schalter 2 des Überspannungsschutzes 58 von der Modulationseinheit 57 der Sekundärteils 62 angesteuert und dadurch die sekundärseitig vorhandene Leistungsentnahme beeinflusst, was auf der Primärseite mittels des Stromsensors 54 detektierbar ist.
Für die Datenübertragung von der Sekundärseite zur Primärseite wird also ein Überspannungsschutz mit einem Ansteuersignal angesteuert, das aus einer ODER- Verknüpfung des zu übertragenden Datenstromsignals mit dem zum Aktivieren des Überspannungsschutzes vorgesehenen Signal bestimmt wird. Primärseitig wird der dadurch bewirkte Stromverlauf oder Spannungsverlauf erfasst und daraus der zu empfangende Datenstrom bestimmt.
Für die Datenübertragung von der Primärseite zur Sekundärseite wird der in den Primärleiter, insbesondere in die Primärwicklung, eingeprägte Strom oder die den Primärleiter, insbesondere die Primärwicklung, speisende Spannung moduliert. Sekundärseitig wird der dadurch bewirkte Stromverlauf oder Spannungsverlauf erfasst und daraus der zu empfangende Datenstrom bestimmt. Die beispielhafte Realisierung des Überspannungsschutzes als Schalter zum Kurzschließen eines Teils des sekundärseitigen Schwingkreises ist alternativ auch als Schalter zum Kurzschließen der Sekundärwicklung, insbesondere Sekundärspule, ausführbar. Dabei ist der Schalter allerdings gegen hohe Abschaltströme geeignet zu dimensionieren.
Bezugszeichenliste
1 Sekundärwicklung
2 steuerbarer Schalter, insbesondere steuerbarer Halbleiterschalter
3 Verbindungselement, insbesondere variabel bestückbare Brücke, Umschalter oder auf einer Leiterplatte bestückbare Brücke
4 Gleichrichter, insbesondere gesteuerter Gleichrichter
5 Ansteuerung
6 erste Kapazität
7 zweite Kapazität
8 Verbraucher
9 Glättungskondensator
10 Kommunikationsschaltung
30 Metallträger, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer
31 Isolationsschicht
32 Leiterbahnabschnitt
33 Leiterbahnabschnitt
34 Anschlussblech
35 Triac, insbesondere als SMD-Bauteil ausgeführter Triac
50 Kommunikations- und Steuereinheit
51 Modulationseinheit
52 Wechselrichter
53 Demodulationseinheit
54 Stromsensor
55 Primärspule
56 Kommunikations- und Steuereinheit
57 Modulationseinheit
58 Überspannungsschutz
59 Demodulationseinheit
60 Stromsensor
61 Spannungsversorgung
62 Sekundärteil 63 Primärteil
V ODER-Verknüpfungsglied

Claims

Patentansprüche:
1. Anlage zur induktiven Übertragung elektrischer Leistung von einem Primärleitersystem, insbesondere von einer Primärwicklung oder von einem langgestreckt in der Anlage verlegten Primärleiter, der Anlage an eine Sekundärwicklung eines relativ zum Primärleitersystem bewegbaren Mobilteils der Anlage, insbesondere wobei in das Primärleitersystem ein Wechselstrom eingeprägt ist, dessen Frequenz zwischen 10 kHz und 1 MHz, insbesondere zwischen 20kHz und 100 kHz, beträgt, wobei der Sekundärwicklung Kapazitäten zugeschaltet sind zur Bildung eines Schwingkreises, insbesondere eines Reihen-Schwingkreises, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Mobilteil ein Sensor zur Erfassung des Wertes einer physikalischen Größe, insbesondere Temperatur, Spannung und/oder Strom, angeordnet ist, dessen Signal einem Vergleichsmittel zugeführt wird, welches abhängig vom Ergebnis des Vergleichs des Wertes mit einem Schwellwert ein Ausgangssignal erzeugt, wobei das Mobilteil einen Überspannungsschutz aufweist, welcher abhängig von einem Ansteuersignal aktivierbar und/oder deaktivierbar ist, wobei das Ansteuersignal von einem ersten ODER-Verknüpfungsglied erzeugt ist, dem einerseits ein vom Mobilteil zur Primärseite zu übertragendes erstes Datenstromsignal zugeführt wird und andererseits das Ausgangssignal.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere zur Übertragung eines zweiten Datenstroms vom Primärteil zum Mobilteil, die dem Primärleitersystem zur Verfügung gestellte Spannung mit einem zweiten Datenstrom moduliert wird oder dass der in das Primärleitersystem eingeprägte Strom mit einem zweiten Datenstrom moduliert wird, wobei aus dem mit einem Sensor erfassten Verlauf des durch die Sekundärwicklung fließenden Stromes oder aus dem mit einem Sensor erfassten Verlauf eines Maßes für die in der Sekundärwicklung induziert Spannung oder für eine am Schwingkreis auftretende Spannung der zweite Datenstrom herausgefiltert und/oder demoduliert wird.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überspannungsschutz des Mobilteils einen steuerbaren Schalter, insbesondere Triac, aufweist, mittels dessen der Schwingkreis verstimmbar und/oder mittels dessen zumindest ein Teilbereich des Schwingkreises kurzschließbar ist.
4. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten mit der Sekundärwicklung in Reihe geschaltet sind, insbesondere also eine Reihenschaltung bilden, wobei aus der Reihenschaltung ein AC/DC-Wandler versorgt ist, insbesondere wobei die Reihenschaltung am wechselspannungsseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers angeordnet ist und/oder anliegt, wobei aus dem gleichspannungsseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers ein Verbraucher speisbar ist, insbesondere dem ein Glättungskondensator parallel zugeschaltet ist.
5. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich durch ein Verbindungselement festlegbar oder festgelegt ist, insbesondere das Verbindungselement eine variabel bestückbare Brücke, ein Umschalter oder eine auf einer Leiterplatte bestückte Brücke ist.
6. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Schalter als SMD-Bauelement auf einer Leiterplatte angeordnet ist, wobei die Leiterplatte eine Metallträger aufweist, auf dem eine wärmeleitende Isolationsschicht angeordnet ist, auf welcher an ihrer vom Metallträger abgewandten Seite Leiterbahnen zur Kontaktierung des SMD-Bauteils angeordnet sind.
7. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem steuerbaren Schalter von einer Ansteuerung des Mobilteils ein Ansteuersignal zugeleitet wird, insbesondere galvanisch getrennt und/oder über einen Optokoppler, wobei die Ansteuerung mit einem oder mehreren Sensoren verbunden ist, insbesondere wobei das Ansteuersignal von der Ansteuerung abhängig von den von dem oder den Sensoren erfassten Werten physikalischer Größen des Mobilteils erzeugt wird.
8. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder einer der Sensoren den Wert der Temperatur der Sekundärwicklung erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet ist, insbesondere als Infrarot-Temperatursensor ausgeführt ist zur berührungslosen Erfassung der Temperatur der Sekundärwicklung.
9. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder einer der Sensoren den Wert der Temperatur des AC/DC-Wandlers, insbesondere Gleichrichters oder steuerbaren Gleichrichters, Sekundärwicklung erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet ist, insbesondere als Infrarot-Temperatursensor ausgeführt ist zur berührungslosen Erfassung der Temperatur des AC/DC-Wandlers.
10. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder einer der Sensoren den Wert der am gleichspannungsseitigen oder wechselspannnungsseitigen Anschluss des AC/DC-Wandlers, insbesondere Gleichrichters oder steuerbaren Gleichrichters, anliegenden Spannung erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet ist, und/oder dass der oder einer der Sensoren den Wert des durch die Sekundärwicklung fließenden Stroms erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet ist, und/oder dass der oder einer der Sensoren den Wert des am gleichstromseitigen Anschluss des AC/DC- Wandlers ein- oder austretenden Stroms erfasst und/oder am Mobilteil geeignet angeordnet ist.
11. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung ein Vergleichsmittel aufweist, welches die von dem oder den Sensoren erfassten Werte der jeweiligen physikalischen Größe oder Größen des Mobilteils mit einem jeweiligen Schwellwert vergleicht, wobei die Ansteuerung das Ansteuersignal für den steuerbaren Schalter abhängig vom Ausgangssignal des Vergleichsmittels und/oder abhängig vom Ergebnis des Vergleichs, erzeugt.
12. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung die von dem oder den Sensoren erfassten Werte der jeweiligen physikalischen Größe oder Größen des Mobilteils auf Überschreiten eines unzulässigen Maßes an Abweichung von einem Sollwert überwacht, wobei die Ansteuerung das Ansteuersignal für den steuerbaren Schalter abhängig vom Ausgangssignal der Überwachung und/oder abhängig vom Ergebnis der Überwachung erzeugt.
13. Anlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung derart geeignet ausgeführt ist, dass eine Überwachung auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere von einer Proportionalität, der von zwei der Sensoren erfassten Werte ausgeführt wird, insbesondere von der Ansteuerung ausgeführt wird und dass die Ansteuerung das Ansteuersignal für den steuerbaren Schalter abhängig vom Ergebnis der Überwachung erzeugt, und/oder dass das Ausgangssignal über ein zweites ODER-Verknüpfungsglied dem ersten ODER- Verknüpfungsglied zugeleitet wird, dem auch ein Freigabesignal zugeführt wird, sodass nach Überschreiten des Schwellwertes die schon begonnene Übertragung eines Datenpakets des Datenstromsignals noch vollständig ausgeführt wird.
14. Verfahren zum Betreiben einer Anlage, insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei elektrische Leistung von einem Primärleitersystem der Anlage an eine Sekundärwicklung eines relativ zum Primärleitersystem bewegbaren Mobilteils der Anlage übertragen wird, wobei der Sekundärwicklung Kapazitäten zugeschaltet sind zur Bildung eines Schwingkreises, aus dem ein Gleichrichter gespeist wird, dessen Ausgangsspannung einem Verbraucher bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
Werte physikalischer Größen des Mobilteils erfasst und auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von einem funktionalen Zusammenhang, insbesondere von einer Proportionalität, überwacht werden, wobei abhängig vom Ergebnis der Überwachung der Schwingkreis verstimmt wird oder zumindest ein Teilbereich des Schwingkreises kurzgeschlossen wird, insbesondere indem einem Triac ein Zündpuls zugeführt wird, welcher den Triac in den leitenden Zustand versetzt und die Frequenz des in das Primärleitersystem eingeprägten Wechselstroms derart hoch ist, insbesondere eine Frequenz zwischen 10 kHz und 1 MHz aufweist, dass der Triac erst nach Verschwinden des Effektivstromwerts des Wechselstroms in den sperrenden Zustand übergeht.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der physikalischen Größen des Mobilteils die Temperatur des Schwingkreises ist und eine zweite der physikalischen Größen des Mobilteils die Temperatur des Gleichrichters ist, und dass zur Überwachung auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von dem funktionalen Zusammenhang der Quotient aus den erfassten Werten der beiden physikalischen Größen gebildet wird und auf ein unzulässig hohes Maß an Abweichung von einem Sollwert überwacht wird, und/oder dass das Ausgangssignal über ein zweites ODER-Verknüpfungsglied dem ersten ODER- Verknüpfungsglied zugeleitet wird, dem auch ein Freigabesignal zugeführt wird, sodass nach Überschreiten des Schwellwertes die schon begonnene Übertragung eines Datenpakets des Datenstromsignals noch vollständig ausgeführt wird.
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