ES2212752B1 - Sistema de transferencia de energia electrica por acoplamiento inductivo. - Google Patents
Sistema de transferencia de energia electrica por acoplamiento inductivo.Info
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Abstract
Sistema de transferencia de energía eléctrica por acoplamiento inductivo. Comprende un rectificador (1), un filtro (2), un generador de frecuencia (3) que comprende elementos de conmutación estáticos (23) cuyo tiempo de conmutación es gobernado por un módulo de control (6), para generar una señal alterna que se entrega a un primario (16) de un transformador carente de núcleo ferromagnético, induciéndose la señal al secundario (17) del transformador para alimentar de una carga (5). Se caracteriza porque el generador de frecuencia (3) comprende un único elemento de conmutación estático (23), gobernado por el módulo de control (6) que cuenta con medios de detección de las condiciones de oscilación adecuadas a cada condición de la carga (5) para proporcionar al primario (16) una señal senoidal de evolución resonante asimétrica e inducir en el secundario una señal senoidal simétrica. La carga puede ser de cualquier tipo, fija o móvil, como es el caso de un motor de un vehículo. Obtiene el máximorendimiento, y permite obtener mayor separación el primario (16) y secundario (17).
Description
Sistema de transferencia de energía eléctrica por
acoplamiento inductivo.
La presente invención, tal y como se expresa en
el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un sistema de
transferencia de energía eléctrica por acoplamiento inductivo, que
tiene por objeto conseguir una separación considerable, del orden
de 30 cm entre el primario y el secundario del transformador
previsto para realizar el acoplamiento inductivo, y todo ello sin
uso de núcleo ferromagnético, y gobernando un único elemento de
conmutación.
Es otro objeto de la invención conseguir que el
acoplamiento magnético se realice con máximo rendimiento, y no con
máxima transferencia de energía de manera que se consigan unas
condiciones óptimas de funcionamiento del sistema.
La invención es aplicable en cualquier sistema en
el que se realice la alimentación mediante inducción magnética,
tales como la alimentación de motores eléctricos para vehículos,
cualquier sistema de accionamiento eléctrico, carga de baterías,
alimentación de sistemas de calefacción eléctrica, iluminación
eléctrica, es decir para ser utilizado en cualquier aplicación en la
que se requiera alimentación con acoplamiento electromagnético para
cargas tanto fijas como móviles.
En el Estado de la Técnica es conocida la
transferencia de energía eléctrica por acoplamiento inductivo, en
el que la energía de la red eléctrica se aplica a un rectificador
al que sigue un filtro para generar una señal continua que alimenta
un generador de frecuencia inversor que comprende elementos de
conmutación estáticos, cuyo tiempo de conmutación es gobernado por
un módulo de control, para generar una señal de una determinada
frecuencia que se entrega a un circuito resonante, y desde éste a
un primario de un transformador carente de núcleo magnético,
induciéndose la señal en el secundario del transformador, que está
separado una cierta distancia del primario y que está conectado a un
circuito resonante, para proporcionar alimentación eléctrica
alterna o continua; en este último caso a través de un circuito
rectificador, a un dispositivo (carga) móvil o estático conectado
al circuito resonante del secundario.
También cabe destacar, que en las configuraciones
de acoplamiento inductivo actuales, el sistema de alimentación de
la red, utiliza un puente rectificador, con un condensador
electrolítico de gran capacidad a la entrada, única forma de
obtener ondas cuadradas en la configuración de electrónica de
potencia para la alimentación al circuito resonante. Como es
sabido, este sistema de alimentación, introduce unas grandes
distorsiones de corriente en la red de alimentación, que para
potencias significativas, lo hacen inviable. Para evitar este grave
inconveniente en el Estado de la Técnica se introduce una etapa
correctora entre el puente rectificador y la configuración PWM
(Modulación de Anchura de pulsos) constituida mediante el generador
de frecuencia y módulo de control.
Se puede citar la Patente Estadounidense nº
5.573.090 que se refiere a un vehículo eléctrico con elementos de
almacenamiento de energía que se cargan por acoplamiento inductivo,
pero la descripción del acoplamiento y su alimentación es muy
genérica. Es destacable el que se trate de reducir lo más posible la
separación de las bobinas al contrario que la invención.
También cabe citar la Solicitud Internacional WO
9930402, en la que se utiliza un generador de frecuencia (inversor)
con dos o cuatro elementos de conmutación estáticos, a diferencia
de un único elemento de conmutación empleado en la presente
invención.
Otro documento lo constituye la Patente US
6.160.374 que se refiere a carga de baterías y propulsión de
vehículos eléctricos que incluye un sistema para la corrección del
factor de potencia y regulación de la salida. En este caso también
se utiliza un inversor con cuatro elementos de conmutación estático,
frente a uno utilizado por la presente invención.
En el Estado de la Técnica también se pueden
citar diferentes Congresos Internacionales como son:
- Vehicular Technology Conference, 1990 IEEE 40
th.
Título: Iductive Power Transfer to an electric
vehicle-analytical model.
Autor: M. Eghtesadi.
En este artículo se describe un estudio sobre un
circuito equivalente de una línea bifilar embutida en la calzada de
150 m que transfiere energía eléctrica por acoplamiento magnético a
una bobina de dos espiras incluida dentro del vehículo. La línea se
puede dividir en secciones que se pueden conectar o desconectar
independientemente con interruptores electrónicos. El entrehierro o
separación en la línea inductora y la bobina inducida es del orden
de 7 cm, que es una distancia muy pequeña para ciertas
aplicaciones. El secundario está sintonizado con un condensador
para que se produzca la resonancia. La frecuencia de trabajo es de
400 Hz. La tensión secundaria se rectifica y se emplea para la
carga de la batería del coche y alimentación del motor de tracción.
Incluye un ordenador a bordo para controlar la corriente de
alimentación de la batería.
En este artículo no se describe la configuración
del inversor, por lo que se supone que es uno de los pertenecientes
al Estado de la Técnica, y además está previsto para realizar
máxima transferencia de energía.
- IEEE Transactions on Industrial Electronics.
Feb. 1999.
Título: A contactless electrical energy
transmission system.
Autores: D.A.G. Pedder; A.D. Brown; J.A.
Sknnir.
Sknnir.
En este artículo se describe un procedimiento
para suministra energía eléctrica entre dos circuitos con
acoplamiento magnético en el que se emplea un inver-
sor con dos elementos activos, a diferencia de un único elemento activo empleado por la presente invención. Además las bobinas tienen un núcleo magnético, en tanto que la presente invención carece de él.
sor con dos elementos activos, a diferencia de un único elemento activo empleado por la presente invención. Además las bobinas tienen un núcleo magnético, en tanto que la presente invención carece de él.
En general los artículos y patentes anteriores
representan una muestra de las investigaciones que se están
llevando en el mundo sobre el tema de acoplamiento inductivo para
transferir energía a equipos electrónicos, vehículos eléctricos,
para cargar baterías, etc.
A la vista de toda esta documentación, los hechos
a destacar, tal y como ya ha sido expuesto, es que la presente
invención tiene un único elemento electrónico activo, y su
funcionamiento se basa en técnicas resonantes cuya aplicación tiene
especial relevancia al ser una transferencia sin núcleo de hierro.
Esta concepción le confiere una gran simplicidad y reducción en el
número de componentes, aparte de que consigue distancias eficaces
(30 cm) entre el primario y secundario acoplados, muy por encima de
las logradas hasta ahora.
Además el acoplamiento magnético no se realiza
con máxima transferencia de energía, sino con máximo
rendimiento.
Para resolver los inconvenientes y conseguir los
objetivos anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un
nuevo sistema de transferencia de energía eléctrica por
acoplamiento inductivo, que al igual que en el Estado de la Técnica
la energía de la red eléctrica se aplica a un rectificador al que
sigue un filtro para generar una señal continua que alimenta un
generador de frecuencia (inversor) que comprende elementos de
conmutación estáticos, cuyo tiempo de conmutación es gobernado por
un módulo de control, para general una señal de una determinada
frecuencia que se entrega a un circuito resonante, y desde éste a
un primario de un transformador carente de núcleo ferromagnético,
induciéndose la señal al secundario del transformador, que está
separado una cierta distancia del primario y que está conectado a
un circuito resonante, para proporcionar alimentación eléctrica
alterna o continua, en este último caso a través de un circuito
rectificador, a un dispositivo o carga móvil o estático que está
conectado al circuito resonante del secundario; y se caracteriza
porque el generador de frecuencia comprende un único elemento de
conmutación estático que es gobernado por el módulo de control,
para lo que éste cuenta con medios de detección de las condiciones
de oscilación adecuadas a cada condición de la carga conectada al
sistema, que controlan el tiempo de conducción del elemento de
conmutación estático, para proporcionar al primario, a través del
circuito resonante, una señal de evolución resonante senoidal
asimétrica e inducir en el secundario una señal senoidal simétrica
(al carecer de núcleo magnético), que a su vez proporciona, a
través del circuito resonante del secundario, la tensión de
alimentación a la carga.
Los medios de detección de las condiciones de
oscilación adecuadas a cada condición de la carga del módulo de
control cuentan selectivamente con medios de medida de la tensión,
intensidad o potencia de la carga, para a partir de uno o varios de
estos parámetros determinar cuáles son las condiciones de oscilación
adecuadas a cada condición de la carga.
Los medios de medida selectiva de la tensión,
intensidad o potencia de la carga del módulo de control comprende
selectivamente un submódulo de medida de la tensión, intensidad o
potencia de la carga; un generador de una tensión, intensidad o
potencia de referencia que se aplican a un comparador que calcula
la diferencia entre la tensión, intensidad o potencia de referencia
y la tensión, potencia o intensidad medida en la carga, y se aplica
a un regulador que es el elemento encargado de aumentar o disminuir
el tiempo de conducción del conmutador estático para igualar ambas
tensiones, intensidad o potencia y obtener la señala senoidal
asimétrica.
La invención es aplicable tanto para el caso en
que la carga sea fija como móvil, de forma que en este último caso
se conecta la carga al módulo de control a través de medios de
comunicación a distancia, por ejemplo a través de
radiofrecuencia.
Los submódulos de medida de la tensión,
intensidad o potencia de la carga son de tipo convencional y por
ello no se describen en mayor detalle.
También se puede evitar el módulo de
comunicación, para lo que el módulo de control cuenta con medios de
medida selectiva de la tensión y corriente en el primario o en la
entrada del circuito resonante, y con medios para estimar las
condiciones de la carga a partir de estas medidas realizadas y de
los parámetros del circuito resonante e inductancia del primario
del transformador.
En una realización de la invención el
rectificador de entrada está formado por un puente de diodos
convencional, que está conectado a un condensador de gran capacidad
para obtener una señal continua suficientemente alisada, para
reservar la señal de la red eléctrica.
En otra realización de la invención el
rectificador de entrada está formado por un puente de diodos
convencional conectado a un condensador de pequeña capacidad
seguido de un filtro pasivo para obtener un factor de potencia
próximo a la unidad.
En otra realización de la invención el
rectificador de entrada está formado por un puente de diodos
convencional conectado a un circuito corrector de potencia activo
para obtener un factor de potencia próximo a la unidad.
Por otro lado el circuito resonante del primario
presenta una configuración resonante serie o paralelo constituida
por varios condensadores de sintonía conectados con el
primario.
El circuito resonante del secundario presenta una
configuración resonante serie, calculada previamente para obtener
máximo rendimiento para la frecuencia de resonancia seleccionada, y
que está constituida por un condensador de sintonía conectado en
serie con el secundario.
También cabe la posibilidad de que el circuito
resonante del secundario presente una configuración paralelo de
tipo convencional, que igualmente es calculada previamente para
obtener la frecuencia de resonancia deseada.
En una realización de la invención los medios de
control de las condiciones de oscilación adecuadas a cada condición
de la carga, cuentan con medios de modulación de la altura de pulso
(PAM) que comprenden selectivamente una etapa rectificadora
controlada o una etapa de troceamiento de la tensión de entrada
situada entre el rectificador y el circuito resonante del
primario.
En una realización de la invención los medios de
detección de las condiciones de oscilación adecuadas a cada
situación de la carga conectada al sistema, comprenden
selectivamente un módulo de medida de tensión y/o intensidad de la
red eléctrica y/o de la señal continua que alimenta al generador de
frecuencia, para permitir minimizar el impacto en dicha red, y
obtener un factor de potencia próximo a la unidad sin el empleo de
módulos específicos ni filtros correctores adicionales.
Por lo tanto, el sistema de la invención tiene la
ventaja de utilizar un único elemento de conmutación estático y su
funcionamiento se basa en técnicas resonantes, cuya aplicación
tiene especial relevancia al ser una transferencias sin núcleo de
hierro. Esta concepción le confiere una gran simplicidad y
reducción del número de componentes. Además el acoplamiento
magnético se realiza con máximo rendimiento y no con máxima
transferencia de energía tal y como se efectúa convencionalmente,
para conseguir unas condiciones óptimas de funcionamiento del
sistema. Estas condiciones de máximo rendimiento se calculan
previamente para obtener la frecuencia de resonancia adecuada,
mediante la selección de los parámetros de inductancia y
capacidad.
La invención proporciona una separación entre el
primario y secundario del orden de los 30 cm, distancias hasta
ahora no documentadas en la información de que se dispone.
Además la invención se aplica a cualquier rango
de potencias dimensionando adecuadamente los parámetros de los
distintos elementos que constituyen el circuito, para lo que además
cabe la posibilidad de conectar los generadores de frecuencia en
paralelo que permitan sumar las potencias y llegar hasta los rangos
deseados.
A continuación para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con
carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de
la invención.
Figura 1.- Muestra un diagrama de bloques
funcional de un posible ejemplo de realización del sistema de la
invención.
Figura 2a.- Muestra el esquema de un posible
ejemplo de realización del circuito rectificador para su aplicación
a una red eléctrica monofásica.
Figura 2b.- Muestra un ejemplo del circuito
rectificador para una red eléctrica trifásica.
Figura 3.- Muestra el esquema eléctrico
correspondiente al filtro que constituye el bloque 2 de la figura
1.
Figura 4.- Muestra un posible ejemplo de
realización del esquema eléctrico del generador de frecuencia que
constituye el bloque 3 de la figura 1.
Las figuras 5 a 8.- Muestran distintas
realizaciones del esquema eléctrico del acoplamiento entre el
primario y el secundario que constituyen el bloque 4 de la figura
1.
Figura 9.- Muestra una configuración resonante
paralelo en el primario.
Figura 10.- Muestra un ejemplo de conexión
paralelo de dos generadores de frecuencia, según la invención para
obtener mayor potencia.
Figura 11.- Muestra diferentes formas de onda
referentes a corriente/tensión correspondientes a la señal senoidal
asimétrica que circula por el primario del acoplamiento
inductivo.
A continuación se realiza un descripción de la
invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
En la figura 1 se muestra el diagrama de bloques
funcional del sistema de la invención, que comprende un circuito
rectificador 1, que según un ejemplo de realización, tal y como se
muestra en la figura 2a, está constituido por un puente de diodos 7
cuya entrada 8a se conecta a la red monofásica, para proporcionar
en su salida una onda rectificada que se entrega a un filtro 2.
También cabe la posibilidad de que el
rectificador 1 comprenda un puente rectificador de diodos 9, cuya
entrada 8b se conecta a la red trifásica, y cuya salida se conecta
al filtro 2.
Estos circuitos no se describen en mayor detalle,
por ser sobradamente conocidos en el Estado de la Técnica.
Por consiguiente, en cualquiera de los dos casos
la señal rectificada se entrega al filtro 2 que mediante las
bobinas 10 y 11 y el condensador 12 realizan un filtrado
convencional. La bobina 10 puede estar ubicada antes o después del
bloque de rectificación. En el caso de la red trifásica si se coloca
antes, obviamente es una bobina trifásica de las empleadas
convencionalmente.
También cabe la posibilidad de que el condensador
12 puede ser de gran capacidad, o en el caso de que se busque
minimización del impacto en la red eléctrica de la etapa de
potencia, puede ser disminuido para permitir un gran rizado en la
señal continua obtenida a la salida del filtro.
En el caso de reducir notablemente la capacidad
del condensador se tiene un factor de potencia próximo a la unidad
y una onda de gran calidad. También cabe señalar que se pueden
utilizar etapas correctoras del factor de potencia
convencionales.
La tensión de salida del filtro 2 se aplica a un
generador de frecuencia 3 (inversor, etapa de potencia) que recibe
la señal a través de una bobina 13 y se aplica en su salida
mediante un condensador 14, y todo ello regulado por un único
elemento de conmutación estático 23, que es gobernado por el módulo
de control 6 tal y como será descrito con posterioridad.
El elemento de conmutación estático 23 es
preferentemente un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
El gobierno del conmutador 23 mediante el módulo
de control 6, determina que en los bornes del condensador 14 se
obtenga una señal senoidal asimétrica de alta frecuencia
comprendida entre los 10 y 60 kHz, que se aplica a un circuito
resonante 4, que está compuesto por un circuito resonante serie
constituido por un condensador 15 y el primario 16 de un
transformador que induce una señal senoidal simétrica en el
secundario 17 del transformador.
La figura 9 representa una variante del circuito
resonante del primario 16. En este caso el circuito resonante es
paralelo, para lo que se ha dispuesto una bobina 24 en paralelo con
el primario 16.
Para que el primario 16, por el que circula una
señal senoidal asimétrica, induzca en el secundario 17 una señal
senoidal simétrica, es necesario que el acoplamiento entre primario
16 y secundario 17 se realice a través del aire, es decir el
transformador carece de núcleo ferromagnético.
El secundario 17 forma parte de un circuito
resonante serie o paralelo, tal y como se muestra en las figuras 5
a 9 que a continuación se describen.
En la figura 5 se muestra un circuito resonante
serie constituido por el secundario 17 y un condensador 18, de
forma que a la salida de dicho condensador 18 se obtiene la señal
alterna simétrica mediante la cual se alimenta a una carga 5 que
puede ser de cualquier tipo. Esta realización corresponden a la
preferente de la invención.
En las figuras 6 a 8 se muestran otras posibles
configuraciones de circuitos resonantes de tipo convencional,
siendo la representada en la figura 6 un circuito resonante
paralelo en el que el secundario 17 y condensador 18 están
conectados en paralelo con un condensador 19.
En la figura 7 se muestra otro circuito resonante
paralelo, pero en este caso en lugar del condensador 19 se emplea
una bobina 20 conectada en paralelo con el condensador 18 y bobina
17.
En la figura 8 se ha añadido, además del
secundario 17, condensador 18 y condensador 19, un tercer
condensador 21.
Todos estos circuitos resonantes descritos en las
figuras 5 a 9 no se describen en mayor detalle por ser conocidos en
el Estado de la Técnica. En cualquiera de los casos la señal que
circula por el primario 16 es una señal senoidal asimétrica del
tipo de las mostradas en la figura 11, induciéndose en el
secundario, tal y como ya ha sido explicado, una señal senoidal
simétrica al realizarse un acoplamiento inductivo por aire.
La configuración resonante serie del primario
tiene rendimientos más elevados, reservándose la configuración
paralelo de la figura 9 para las aplicaciones de pequeña
potencia.
El elemento de conmutación 23 es gobernado con
técnicas resonantes mediante el módulo de control 6, de forma que
se obtienen unas conmutaciones con mínimas pérdidas y la forma de
onda senoidal asimétrica, lo que minimiza la emisión de espectros
electromagnéticos ambientales capaces de introducir ruidos e
interferencias en los sistemas, incrementando la eficiencia de la
transmisión.
La regulación de la energía transmitida a la
carga 5 se realiza gobernando la conducción del elemento conmutador
23, con la forma de onda de tensión evolucionando instantáneamente
según la senoide impuesta por la red, tal y como ha sido
descrito.
Para gobernar la conducción del elemento de
conmutación estático 23, el módulo de control 6 se conecta a los
diferentes circuitos que constituyen el sistema, para obtener los
parámetros eléctricos de cada uno de dichos circuitos, y actuar en
consecuencia, de forma que comprende circuitos para realizar la
medida de la tensión, intensidad o potencia en cada uno de los
diferentes circuitos que componen el sistema de la invención.
En una realización preferente se prevé la medida
de la tensión, potencia o intensidad de la carga, para lo que se
prevé que el módulo de control 6 cuente con un generador de
tensión, intensidad o potencia de referencia que se aplica a un
comparador, que a su vez recibe la tensión, intensidad o potencia de
la carga, de forma que dicho comparador calcula la diferencia entre
la tensión, intensidad o potencia de referencia y la tensión
intensidad o potencia de la carga, y se aplica a un regulador que
es el elemento encargado de aumentar o disminuir el tiempo de
conducción del conmutador estático 23 para igualar ambas tensiones,
intensidades o potencias, y obtener la señal senoidal
asimétrica.
En cualquiera de los casos descritos los
parámetros RLC de los circuitos resonantes del primario y del
secundario se calculan previamente para que los circuitos oscilen a
la frecuencia de resonancia deseada.
La invención prevé que el módulo de control 6
permita realizar la técnica de modulación PWM (modulación de ancho
de pulso a frecuencia fija para el control de la potencia
transmitida, combinando esta técnica con la variación de la
frecuencia). La variación del ancho de pulso permite modificar la
tensión, intensidad o potencia que se aplique a la carga, y es la
que va ser utilizada con carácter general. Sin embargo, es posible
que se modifique la distancia entre bobinas o algún parámetro del
circuito por alguna causa externa (un golpe, calentamiento,
envejecimientos....) en ese caso la frecuencia inicial no sería la
de máximo rendimiento, es en estos casos en los que el control
modifica la frecuencia de trabajo hasta alcanzar una vez más la
zona de máximo rendimiento y en base a esta frecuencia controla la
anchura de pulso para suministrar a la carga la señal que necesite
en cada momento.
Además la conmutación del elemento de conmutación
estático 23 se produce con una tensión y/o corriente nulas
independientemente de las condiciones de trabajo.
Mediante el módulo de control 6 se permite la
adopción de técnicas de control PAM (Modulación de la Altura de
Pulso) como técnica complementaria para la regulación del aporte de
energía al sistema resonante inducido. Para ello se utiliza, bien
una etapa rectificadora controlada, guiada por red o a conmutación
forzada, o una etapa intermedia entre el rectificador y la
configuración de alimentación resonante, en la que mediante el
troceamiento previo de la tensión de entrada, suministra ondas de
evolución senoidal de amplitud variable.
En el caso de potencias elevadas es posible
mantener la misma configuración en la alimentación, pero utilizando
varias ramas en paralelo, según se muestra en la figura 10, donde
se han desdoblado todos los elementos del circuito de conmutación 3
que se conectan al primario 16 mediante un condensador 22. En este
caso, las técnicas de control gobiernan los dos elementos de
conmutación 23 para permitir que se adapte al seguimiento de la
evolución resonante del sistema, de la forma que fue descrita
anteriormente, es decir obteniendo los parámetros de tensión,
intensidad o potencia de los circuitos del sistema según el control
a realizar y a partir de los parámetros calculados de los circuitos
resonantes para obtener la frecuencia de resonancia.
En una realización de la invención se prevé que
el módulo de control 6 realice la medida selectiva de la tensión y
corriente en el primario o en la entrada de su circuito resonante,
de forma que a partir de esta medida realizada y de los parámetros
RLC previamente calculados, y almacenados en el módulo de control 6,
gobierna el control de la activación del elemento de conmutación 23
para obtener el máximo rendimiento, adaptándose las condiciones de
oscilación adecuadas a cada condición de la carga. Esta
configuración permite estimar los parámetros de la carga, cuando
ésta es móvil y se desea prescindir de un módulo de
comunicaciones.
Tal y como fue señalado en el apartado
descripción de la invención, la carga a alimentar puede ser móvil,
como es el caso de la alimentación de un motor de un vehículo, en
cuyo caso es necesario conectar la carga a un módulo de
comunicación que envíe los parámetros medidos de la carga al módulo
de control 6.
Si además se desea minimizar el impacto en la red
eléctrica que provoca el sistema, se mide la tensión y/o corriente,
tanto de la propia red de alimentación como de la tensión continua
presente a la salida del filtro 2. A partir de esta información se
deben utilizar cualquiera de las dos técnicas de rectificación
alternativa explicadas anteriormente: la primera consistente en
disminuir el condensador de filtrado permitiendo un gran rizado en
la señal de continua, o la segunda consistente en la utilización de
etapas correctoras del factor de potencia.
Por lo tanto, mediante el sistema de la invención
se proporcionar un acoplamiento inductivo en el aire a unas
distancias del orden de 30 cm, hasta ahora no logradas, sin
necesidad de elementos intermedios, con eficiencias energéticas
significativamente superiores, y formas de onda y compensación de
reactiva en la red de alimentación.
Claims (14)
1. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, en el que la energía de la red
eléctrica se aplica a un rectificador (1) al que sigue un filtro
(2) para generar una señal unidireccional que alimenta un generador
de frecuencia (3) que comprende elementos de conmutación estáticos
(23), cuyo tiempo de conmutación es gobernado por un módulo de
control para generar una señal de una determinada frecuencia que se
entrega a un circuito resonante, y desde éste a un primario (16) de
un transformador carente de núcleo ferromagnético induciéndose la
señal al secundario (17) del transformador, que está separado una
cierta distancia del primario y que está conectado a un circuito
resonante, para proporcionar alimentación eléctrica alterna o
continua, en este último caso a través de un circuito rectificador,
a un dispositivo (carga 5) móvil o estático, conectado al circuito
resonante del secundario; se caracteriza porque el generador
de frecuencia (3) comprende un único elemento de conmutación
estático (23), que es gobernado por el módulo de control (6) el
cual cuenta con medios de detección de las condiciones de oscilación
adecuadas a cada condición de la carga conectada al sistema, que
controlan el tiempo de conducción del elemento de conmutación
estático, para proporcionar al primario (16), a través del circuito
resonante (15, 24) una señal de evolución resonante asimétrica, e
inducir en el secundario (17) una señal senoidal simétrica' (al
carecer de núcleo magnético), que a su vez proporciona, a través
del circuito resonante (18-20) del secundario, la
tensión de alimentación.
2. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de detección de las
condiciones de oscilación adecuadas a cada condición de la carga del
módulo de control (6) cuentan selectivamente con medios de medida
de la tensión, intensidad o potencia de la carga.
3. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 2,
caracterizado porque los medios de medida selectiva de la
tensión, intensidad o potencia de la carga (5) del módulo de control
(6) comprenden un submódulo de medida de la tensión, intensidad o
potencia de la carga; un generador de una tensión, intensidad o
potencia de referencia que se aplican a un comparador que calcula
la diferencia entre la tensión, intensidad o potencia de referencia
y la tensión, intensidad o potencia medida en la carga, y se aplica
a un regulador que es el elemento encargado de aumentar o disminuir
el tiempo de conducción del conmutador estático para igualar ambas
tensiones, intensidades o potencia, y obtener la señal senoidal
asimétrica.
4. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicaciones 2 ó 3,
caracterizado porque en el caso de que la carga sea móvil,
ésta se conecta al módulo de control a través de medios de
comunicación a distancia.
5. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 2,
caracterizado porque el módulo de control cuenta con medios
de medida selectiva de la tensión y corriente en el primario (16) o
en la entrada de su circuito resonante, y con medios para estimar
las condiciones de la carga a partir de estas medidas realizadas y
de los parámetros (RLC) del circuito resonante, previamente
calculados para conseguir la frecuencia de resonancia deseada.
6. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque el rectificador (2) de entrada está
formado por un puente de diodos (7, 9) convencional conectado a un
condensador de gran capacidad (12) para obtener una señal continua
suficientemente alisada.
7. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque el rectificador de entrada (2) está
formado por un puente de diodos (7, 9) convencional conectado a un
condensador (12) de pequeña capacidad seguido de un filtro pasivo
para obtener un factor de potencia próximo a la unidad.
8. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque el rectificador de entrada (2) está
formado por un puente de diodos (7, 9) convencional conectado a un
circuito corrector del factor de potencia activo para obtener un
factor de potencia próximo a la unidad.
9. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque el circuito resonante (15, 24) del
primario (16) presenta una configuración resonante constituida por
condensadores de sintonía (14, 15) conectados con el primario
(16).
10. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicaciones 1 y 9,
caracterizado porque el circuito resonante del secundario
presenta una configuración resonante serie, calculada previamente
para obtener máximo rendimiento para la frecuencia de resonancia
seleccionada, y que está constituida por un condensador de sintonía
(18) conectado en serie con el secundario (17).
11. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque el circuito resonante del secundario
presenta una configuración paralelo (18-21) de tipo
convencional.
12. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de control de las
condiciones de oscilación adecuadas a cada condición de la carga,
cuentan con medios de modulación de la altura de pulso (PAM) que
comprenden selectivamente una etapa rectificadora controlada o una
etapa de troceamiento de la tensión de entrada situada entre el
rectificador (2) y el circuito resonante del primario (16).
13. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de detección de las
condiciones de oscilación adecuadas a cada situación de la carga
conectada al sistema, comprenden selectivamente un módulo de medida
de la tensión y/o intensidad de la red eléctrica y/o de la tensión
continua que alimenta al generador de frecuencia (3), para permitir
minimizar el impacto en dicha red y obtener un factor de potencia
próximo a la unidad.
14. Sistema de transferencia de energía eléctrica
por acoplamiento inductivo, según reivindicación 1,
caracterizado porque se conectan en paralelo al menos dos
generadores de frecuencia para sumar sus potencias y permitir
aplicar cualquier rango de potencias.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200300085A ES2212752B1 (es) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Sistema de transferencia de energia electrica por acoplamiento inductivo. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200300085A ES2212752B1 (es) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Sistema de transferencia de energia electrica por acoplamiento inductivo. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2212752A1 ES2212752A1 (es) | 2004-07-16 |
| ES2212752B1 true ES2212752B1 (es) | 2005-09-16 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200300085A Expired - Fee Related ES2212752B1 (es) | 2003-01-15 | 2003-01-15 | Sistema de transferencia de energia electrica por acoplamiento inductivo. |
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| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2212752B1 (es) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5710502A (en) * | 1992-09-02 | 1998-01-20 | Cableco And Poumey | System for recharging the storage batteries of an electric motor vehicle |
| EP1221753A2 (en) * | 2001-01-05 | 2002-07-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | A coreless superthin PCB transformer and noncontact battery charger using the same |
-
2003
- 2003-01-15 ES ES200300085A patent/ES2212752B1/es not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5710502A (en) * | 1992-09-02 | 1998-01-20 | Cableco And Poumey | System for recharging the storage batteries of an electric motor vehicle |
| EP1221753A2 (en) * | 2001-01-05 | 2002-07-10 | Samsung Electronics Co., Ltd. | A coreless superthin PCB transformer and noncontact battery charger using the same |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| LLORENTE et al. "A comparative study of resonant inverter topologies used in induction coockers". APEC. Seventeenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference. Piscataway, NJ, USA. IEEE, 2002, páginas 1168-74, Vol. 2. Conference: Dallas, 10-14 de Marzo de 2002. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2212752A1 (es) | 2004-07-16 |
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