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Dokumentenidentifikation DE19512107A1 24.10.1996
Titel Spurgeführtes Transportsystem mit berührungsloser Energieübertragung
Anmelder Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 70567 Stuttgart, DE;
AEG Anlagen- und Automatisierungstechnik GmbH, 60528 Frankfurt, DE;
Daimler-Benz Aerospace Aktiengesellschaft, 80804 München, DE
DE-Anmeldedatum 03.04.1995
DE-Aktenzeichen 19512107
Offenlegungstag 24.10.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.10.1996
IPC-Hauptklasse B61L 3/22
IPC-Nebenklasse H04B 5/00   H01F 38/14   B60L 13/00   
Zusammenfassung Bei einem spurgeführten Transportsystem mit berührungsloser Energieübertragung mit einer Fahrstrecke (16) aus Trag- und Spurführungselementen, auf der ein Fahrzeug (22) geführt ist, welches Mittel zur Spurhaltung und zum Fortbewegen längs der Fahrstrecke und einen Übertragerkopf als Sekundärelement zur Energieübertragung von einem längs der Fahrstrecke verlegten Primärkreis aufweist, besteht der am Fahrzeug angebrachte Übertragerkopf aus einem Ferritkern (2) und einer diesen Ferritkern umfassenden Sekundärwicklung (W2), welche mit dem Primärkreis (6, 7) magnetisch gekoppelt ist.
Es sind Mittel zu einer leitungsgebundenen, kontinuierlichen Informationsübertragung mit einem Primärsystem als Feststation auf das Fahrzeug über eine längs der Fahrstrecke verlegte Leitung (1) vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein spurgeführtes Transportsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der jap. Anmeldung PCT-GB-92/00220 ist eine Energieübertragung auf ein gattungsgemäßes Fahrzeug bekannt. In dieser Anmeldung wird eine Doppelleitung beschrieben, bei der die Leiter auf Stützen aus magnetisch und elektrisch nichtleitendem Material befestigt sind. Diese Doppelleitung wird von einem E-förmigem Ferritkern umgeben, dessen Mittelschenkel tief in den Raum zwischen den Leitern hineinragt und die Sekundärwicklung trägt, über welche Energie abgenommen und dem Verbraucher auf dem spurgeführten Fahrzeug zugeführt wird. Die bekannte induktive Energieübertragung besteht im einfachsten Fall aus einem Mittelfrequenzgenerator, der eine Leiterschleife mit einem Strom höherer Frequenz, beispielsweise im kHz-Bereich speist.

Da bei Kurvenfahrten oder dem Passieren von Weichen das Fahrzeug nicht ohne ein gewisses Spiel auf seiner Spur laufen kann, sind die Einsatzmöglichkeiten eines Fahrzeugs mit einer solchen Energieübertragung begrenzt.

Für die Steuerung und den automatischen Belade- und Entladevorgang an den Haltepunkten sind keine Mittel vorgesehen, welche eine Informationsübertragung ermöglichen.

Bei einer Energieübertragung gemäß der Anmeldung PCT-GB-92/00220 sind zunächst einmal die Doppelleitungen nicht geschirmt und der Abstand der Leiter der Doppelleitung verursacht eine hohe Induktivität der Leitung. Der Abstand der Leitung muß deshalb einen Mindestwert haben, da die Mittelschenkel des E-Kerns, der die Sekundärwicklung trägt, zwischen den Leitern geführt werden muß. Bei den hohen Übertragungsfrequenzen für die Energie verursachen Leitungsinduktivitäten dieser Größenordnung hohe induktive Spannungsabfälle, die durch einen hohen Aufwand an Kondensatoren kompensiert werden müssen. Daher ist auch die realisierbare Länge nach dem Stand der Technik ein entscheidendes Hindernis für die praktische Anwendung auf längeren Strecken.

Der Erfindung liebt die Aufgabe zugrunde, ein spurgebundenes Transportsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs i zu entwickeln, welches eine ununterbrochene Energie und Informationsversorgung während der Bewegung längs einer praktisch beliebig langen Strecke störungsfrei und zuverlässig gestattet.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Ersatz von Systemen, bei denen die Energie über Schleifkontakte zugeführt wird. Bedeutende Anwendungen für die berührungslose Übertragung elektrischer Energie bestehen bei Laufkatzen von Hebezeugen, Einschienenhängebahnen, Behälterförderanlagen, Hochregallagern oder Magnetbahnen. Auch für Fahrstühle wäre ein solches System zur Energieübertragung in die Kabine von Vorteil. Roboter, die eine bestimmte Wegstrecke abfahren, um eine Achse drehen müssen, um an verschiedenen Einsatzorten tätig zu sein, können ebenfalls mit einem solchen System mit Energie versorgt werden.

Ein Vorteil einer solchen Anordnung ist das Entfallen von lose herumhängenden Leitungen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der besonderen Art der Informationsübertragung, welche besonders gegen Störungen gut abgeschirmt ist und gleichzeitig eine hohe Übertragungsrate ermöglicht.

Das Wesen der Erfindung besteht im Zusammenwirken einer in die Fahrstrecke integrierten berührungslosen Informations- und Energieübertragung. Trotz eines großen zugelassenen Spiels wird die Energie mit hohem Wirkungsgrad übertragen. Die Informationsübertragung ist ebenfalls in die Strecke integriert und ermöglicht eine hohe Übertragungsgüte, welche praktisch frei von Störeinflüssen elektromagnetischer Felder ist. Die Trag- und Führungsschienen der Transportfahrzeuge bieten dem Energie- und Informationsübertragungssystem mechanisch Schutz und wirken als Stromleiter.

Die induktive Energieübertragung bei Mittelfrequenz auf translatorisch bewegte Transportelemente der Fördertechnik ist zwar, wie bereits geschildert, an sich bekannt, jedoch ist die technische Auslegung so beschaffen, daß die Transportelemente auf ihrer spurgeführten Bahn mit sehr geringem Spiel laufen müssen. Diese Beschränkung entfällt durch die Erfindung. Durch die Kombination mit der Informationsübertragung wird das Transportsystem in vieler Hinsicht sehr flexibel. Es wird möglich, mehrere Fahrzeuge über eine Strecke zu schicken, sie unabhängig voneinander zu steuern und ihre Bewegungen untereinander sowie zu Fertigungsprozessen beliebig und kontinuierlich zu koordinieren.

Das gleichzeitige, unabhängige Übertragen elektrischer Leistung zu mehreren Transportelementen auf langen Übertragungsstrecken bei Einzelleistungen bis in den 10 kW-Bereich sind wesentliche Kennzeichen dieser Anwendungen. Hierfür sind Übertrageranordnungen erforderlich, welche die Leistung über Luftspalte bis in den cm-Bereich bei vertretbarem Aufwand und gutem Wirkungsgrad übertragen, möglichst kleine induktive Spannungsabfälle auf den Übertragungsstrecken aufweisen und bei denen ausstreuende magnetische Felder im Hinblick auf die Exposition des Menschen und die elektromagnetische Verträglichkeit unbedenklich sind. Diese Eigenschaften werden im wesentlichen durch die konstruktive Gestaltung der induktiven Übertragerelemente erreicht.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird in der "koaxialen" Anordnung der Leiter gesehen. Der Mittelleiter ist am Ende des Fahrweges mit dem U-förmigen Außenleiter verbunden, so daß der Strom vom Mittelleiter über die Außenwandungen zurückfließt. Der Strom verteilt sich auf zwei Außenwände. Trotz der niedrigen Eindringtiefe findet der Strom einen großen Querschnitt vor. Die koaxiale Anordnung gewährleistet zum einen eine möglichst kleine Induktivität der Leitung, so daß größere Übertragungslängen möglich sind und erfüllt gleichzeitig auch die Abschirmung der Anordnung gegenüber ausstreuenden Feldern. Das Streufeld liegt im wesentlichen nur innerhalb des offenen Koaxialleiters und zwar im Inneren des Mittelleiters und um diesen herum.

Da das Abschirmgehäuse der Energieübertragungsstrecke mit der Rückleitung vereint ist, hat man einen zusätzlichen Vorteil dadurch, daß Leitermaterial eingespart wird. Man spart außerdem wegen der kleineren Induktivitäten eine bedeutende Zahl von Kondensatoren zur Kompensation der induktiven Spannungsabfälle. Das U-förmige Gehäuse kann außerdem zur Trag- und Führungsschiene ausgebildet werden.

Die Informationsübertragung mit Hilfe eines geschlitzten Koaxialkabels erfährt in Kombination mit der berührungslosen Energieübertragung keine Störungen der Wellenausbreitung, keine Reflexion oder Abschattung, wodurch Funksignale, beispielsweise in einem hohen Regallager, gestört werden können. Der Datendurchsatz kann mehrere MBit/sec betragen. Damit ist ein autonomer Fahrbetrieb mit einem Fahrzeug möglich, welches alle Automatisierungs- und Steuerungsaufgaben selbsttätig erledigt. Es ist sogar eine Kommunikation zwischen den einzelnen Fahrzeugen möglich. Außerdem kann ein Zentralrechner eine Ferndiagnose veranlassen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Transportsystems;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der berührungslosen Informationsübertragung;

Fig. 4 eine Ausführungsform von Energie- und Informationsübertragung mit parallel zur Bewegungsebene liegen Spalten zwischen der primären Leiteranordnung und dem Übertragerkopf;

Fig. 5 die erfindungsgemäße Anordnung des offenen Koaxialleiters im Längsschnitt bzw. in Draufsicht;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den koaxialen Leiter mit dem Übertragerkopf;

Fig. 7 den Querschnitt durch die Koaxialleiteranordnung an einer Stelle, an der sich im Augenblick kein bewegtes System befindet;

Fig. 8 eine besonders vorteilhafte, detaillierte Ausführungsform einer Koaxialleiteranordnung mit Übertragerkopf im Querschnitt;

Fig. 9 eine Kombination von Energieübertragung und Informationsübertragung, bei der die Leiter der Energieübertragung zugleich als Leiter der Informationsübertragung verwendet werden;

Fig. 10 das Prinzip der Informationsübertragung über einen Wellenleiter im Blockschaltbild;

Fig. 11 die mechanische Integration der Energieübertragung und der Informationsübertragung über einen Leckwellenleiter und

Fig. 12 eine Integration des Außenleiters der Energieübertragung in die Trag- und Führungsschienen.

Die Erfindung wird zunächst anhand der schematischen Darstellung in Fig. 1 beschrieben.

Der zum Transport bestimmte Wagen 10 läuft auf Rollen 18, auf Schienen 16, wobei der Antrieb mit Hilfe eines Motors 17 vonstatten geht. Seitenführung und Art des Antriebs sind für das in Fig. 1 dargestellte. Prinzip unwichtig. Die Energie für den Antrieb des Motors und für weitere Servoantriebe wird durch die berührungslose Energieübertragung sichergestellt. Letztere besteht aus Übertragerkopf 2 mit der Wicklung W&sub2; als bewegtem Sekundärteil und dem Primärteil des Übertragers aus Mittelleiter 6 und Außenleiter 7. Der Mittelleiter 6 ist in eine Leiterstütze S aus Kunststoff eingelassen. Der Kern des Übertragerkopfes 2 besteht aus einem Ferrit-Material.

Die Informationsübertragung geht aus von einer Feststation 12, welche Daten über ein mit Öffnungen 3 versehenes Koaxialkabel 1 längs der Schienenstrecke überträgt. Eine Patch-Antenne 14 leitet die Daten an eine Mobilstation 10 weiter, welche in dem hier nicht dargestellten Wagen montiert ist.

Das Primärelement ist eine zu einer Seite hin offene E-förmige Anordnung mit einem Mittelleiter 6 und dem Außenleiter 7. Der Mittelleiter 6 wird auf einem Steg 5 gehalten. Diese Anordnung ist an der Tragschiene 16 befestigt. Der Primärteil wird von einem Mittelfrequenzgenerator 11 gespeist. Die folgenden Figuren stellen Beispiele für die Ausgestaltung der Erfindung dar.

In Fig. 2 ist die Struktur der Datenübertragung dargestellt. Von der Feststation aus wird über einen Adaptermodul und einen HF- Sende-/Empfangsteil der Wellenleiter 1 gespeist. Der Wellenleiter besteht aus einem beispielsweise mit Schlitzen 3 versehenen Kupferleiter 9 eines Koaxialkabels mit dem Innenleiter 13, dem Isolator 15 und dem Mantel 19. Der Querschnitt kann kreisförmig oder aber quadratisch sein. Vom Wellenleiter werden die Signale über eine Antenne 14 auf das HF-Modem des Wagens und über einen Adaptermodul auf einen Mini-PC übertragen, welcher die Befehlsausführung sowie die Antriebssteuerung und Betätigung von Aktoren, welche von Sensoren gesteuert sind, übernimmt. Diese Konfiguration führt dazu, daß das System der einzelnen Wagen eine hohe Flexibilität besitzt, da jeder Wagen unabhängig vom anderen fahren kann. Dafür sind an bestimmten Stellen auch Ausweichmöglichkeiten mit Hilfe von Weichen vorgesehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist das äußere U-Profil 7 des Primärelements der Energieübertragung gleichzeitig als Tragelement für das Koaxialkabel für die Informationsübertragung benutzt. Das Profil besteht vorzugsweise aus Aluminium. Bei Verwendung von Stahl für die Stütze 16 ist es erforderlich, die leitfähigen Teile für die Energieübertragung aus Aluminiumblech in U-Form in das Stahlprofil einzulegen. In dieses U- Profil 7 ist die Leiterstütze 5 mit dem Mittelleiter 6 eingesetzt. Die Rollen 18, welche den Wagen tragen, sind über den Achsträger 21 am Wagenkasten 22 befestigt. Zur Führung des Wagens und Vermeidung von zu großen Seitenausschlägen bei Kurvenfahrten sind Führungsrollen 23 vorgesehen, von denen hier lediglich eine auf der Seite gezeigt wird. Diese Führungsrolle ist ebenfalls mit einem Achsträger an dem Wagenkasten 22 befestigt. Dem geschlitzten Koaxialkabel gegenüber befindet sich die Patch-Antenne 14 zur Informationsübertragung.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Fig. 4 sind Energieübertragung und Informationsübertragung voneinander unabhängig an der Tragschiene 16 befestigt. Die horizontale Lage der Leiterstütze 5 und des Übertragerkopfes 2 gewährleisten das bei Kurvenfahrten notwendige horizontale Spiel.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 12 ist der Träger 16 mit einem E-förmigen Profil versehen, wobei das U-förmige Teil 7 der Energieübertragung entfällt, da es ein Teil des elektrisch gut leitenden Trägers 16 ist.

Die Fig. 5 und 6 stellen das Prinzip der zu einer Seite hin offenen koaxialleiterähnlichen Anordnung zur Energieübertragung im Detail dar. Im Übertragerkopf 1 umfaßt ein U-förmiger Ferritkern den Mittelleiter 6 und leitet den magnetischen Fluß ø durch die Sekundärwicklung W&sub2;. Der Mittelleiter 6 wird an einem Ende über einen Mittelfrequenzgenerator MFG gespeist, so daß er den Strom Ii führt. Er ist an dem von der Speisequelle entfernten Ende E mit dem Gehäuse verbunden. Der Strom teilt sich hier wegen der Symmetrie der Anordnung in zwei gleichgroße Teilströme I1/2 und fließt über das Gehäuse zu dem Mittelfrequenzgenerator MFG zurück.

Infolge der bei hohen Frequenzen in massiven Leitern wie dem U-förmigen Gehäuse (beispielsweise aus Aluminium) auftretende Stromverdrängung, häufig auch als Skineffekt bezeichnet, verteilt sich der Strom nicht gleichmäßig in den Gehäusewandungen, sondern dringt von Innen her nur der Eindringtiefe ≡ entsprechend in die Gehäusewandungen ein (s. Fig. 7). Die Eindringtiefe beträgt bei 25 kHz und Aluminium etwa 0,5 mm. Der Strom verteilt sich auch nicht gleichmäßig über den inneren Umfang des U-Profils, sondern fließt vorwiegend an den Stellen der größten magnetischen Feldstärken.

Auf den Streckenabschnitten, an denen sich, wie in Fig. 7, kein Übertragerkopf befindet, sind das die dem Mittelleiter 6 gegenüber und am nächsten liegenden Stromführungsbereiche der Ausdehnung bI. Für die Rückleitung steht daher nur ein Querschnitt zur Verfügung, der sich aus der stromführenden Breite bI und der durch die Frequenz und die Materialeigenschaften bestimmten Eindringtiefe δE des Mittelfrequenzstromes ergibt. Der Innen- oder Mittelleiter 6 wird vorteilhafterweise aus Mittelfrequenzlitze oder Hochfrequenzlitze hergestellt, um die Stromverdrängung in diesem Bereich zu eliminieren.

Durch die begrenzte Eindringtiefe des Stromes und die ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte auf den Innenseiten des Abschirmgehäuses können der wirksame Widerstand und die Verluste in der Rückleitung 7 größer als in dem Innenleiter 6 aus Mittelfrequenzlitze sein. Durch die Formgebung von Innenleiter und dem Rück- oder Außenleiter, der gleichzeitig als Abschirmung und Gehäuse 7 dient, ist daher ein möglichst breiter Stromführungsbereich der Breite bI am inneren Gehäuseumfang anzustreben. Dies geschieht am zweckmäßigsten in einer Form, wie Fig. 8 zeigt, indem der Innenleiter 6 schmal und mit einer möglichst großen Höhe H ausgeführt wird.

Die Abmessungen der gesamten Übertrageranordnung und die zum Übertragen einer bestimmten Leistung erforderliche Stromstärke I werden entscheidend durch die Größe des wirksamen Luftspalts im magnetischen Kreis bestimmt.

Damit der Luftspalt des magnetischen Kreises der den magnetischen Fluß führt, nicht größer sein muß als das mechanische Spiel δ&sub1; und δ&sub2; des Übertragerkopfes, können in die Stütze S des Mittelleiters Ferritkörper 5 eingesetzt werden. Diese Ferritteile erhöhen die Induktivität des Mittelleiters praktisch nicht, weil sich der Strom in den Seitenwänden nach physikalischen Gesetzen stets räumlich so einstellt, daß die Induktivität ein Minimum wird, d. h. der Strom vorwiegend auf den den Mittelleitern gegenüberliegenden Seitenteilen fließt.

Bei dem U-förmigen Ferritkern 2 in Fig. 8 besteht die Sekundärwicklung aus zwei Teilwicklungen W&sub2;&sub1; und W&sub2;&sub2;, die auf beiden Schenkeln des Kerns direkt gegenüber dem in der Höhe H ausgedehnten Innenleiter angeordnet sind. Durch diese Wicklungsanordnung wird ein hoher magnetischer Koppelfaktor zum Primärleiter 6 und eine optimale Ausnutzung des verfügbaren Wickelraums bei kleiner Bauform und Induktivität des Koaxialleiters erreicht.

Das vereinfachte und verallgemeinerte Übertragungssystem besteht aus der primärseitigen Leiterschleife von der Länge l, die durch das Fenster eines Ferritkerns 2 verläuft. Er ist entlang der Leiterschleife beliebig verschiebbar. Der Ferritkern wird von der Sekundärwicklung mit der Windungszahl W&sub2; umschlossen. Sie ist mit einem Kondensator C&sub2; in Reihe geschaltet, der so bemessen ist, daß die Spannung an der sekundärseitigen Streuinduktivität L&sub2; bei der Frequenz des Mittelfrequenzgenerators MFG kompensiert wird (Fig. 6).

Am Ausgang des Übertragers ist eine beliebige Last Z, beispielsweise mit einem Stromrichterstellglied, angeschlossen, das zwischen der Spannung U&sub2; und der Grundschwingung des Eingangsstromes IE eine beliebige Phasenverschiebung einstellen kann.

Da die Übertrageranordnung mit einer konstanten Frequenz betrieben wird, ist die vollständige Kompensation der induktiven Spannungsabfälle an der sekundärseitigen Streuinduktivität L2&min; durch die in Reihe geschaltete Kapazität C2&min; und an der Induktivität der koaxialen Leiteranordnung durch eine Kapazität möglich.

Der offene Koaxialleiter überträgt dann reine Wirkleistung, obwohl ein großer durch die Spaltbreite der Übertrageranordnung bedingter Magnetisierungsstrom auftritt und die Induktivität des Koaxialleiters bei Leiterlängen 1 im 100 m-Bereich große Werte erreicht. Lediglich der sekundäre Strom I2 in der entsprechend der Übertragerkopflänge IKwesentlich kürzeren Sekundärwicklung W&sub2; ist durch den Magnetisierungsstrom erhöht.

Für viele Anwendungen der berührungslosen Energieübertragung, wie z. B. auch in der Fördertechnik, werden Übertrageranordnungen benötigt, bei denen sich mehrere Verbraucher mit beliebig veränderbarem Leistungsbedarf auf derselben Übertragungsstrecke bewegen können. Das Einsetzen mehrerer Übertragerköpfe in den offenen Koaxialleiter der Fig. 6 führt elektrisch zu einer Reihenschaltung der bewegbaren Verbraucher.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in den offenen Koaxialleiter ein konstanter Mittelfrequenzstrom I&sub1; eingeprägt. Wie bereits erläutert, sind dazu elektronische Leistungsstellglieder mit Vorteil zu verwenden.

Fig. 9 zeigt eine Kombination von Energie- und Informationsübertragung, bei der die Informationsübertragung die Leiter der Energieübertragung benutzt. Zu diesem Zweck ist an der Einspeisestelle zum Energieübertrager ein Koppelelement vorgesehen, das beispielsweise als Filter ausgeführt ist. Es überlagert den Mittelfrequenzstrom eine höhere Frequenz zur Informationsübertragung. Da die Informationsübertragung sowohl in der Richtung von dem stationären System zum Fahrzeug als auch in der umgekehrten Richtung arbeitet, ist am Eingang des Koppelelements ein Sende- Empfangsschalter vorgesehen, der abwechselnd Modulatoren und Demodulatoren für die Informationsübertragung ein- und ausschaltet. Auf dem bewegten System sind die Wicklungen W&sub2;&sub1; und W&sub2;&sub2; des Übertragerkopfes ebenfalls an ein als Filter ausgeführtes Koppelelement angeschlossen, das wieder die Trennung von Energie und Informationen vornimmt.

Fig. 10 zeigt die gleiche Struktur der Informationsübertragung mit einem separaten Wellenleiter. Hierbei ist die Informationsübertragung völlig unabhängig von der Energieübertragung. Der Wellenleiter wird vorteilhaft in dem für industrieelle wissenschaftliche und medizinische Zwecke frei gegebenen ISM-Band betrieben, weil dies bei einer Trägerfrequenz von 2,4 GHz eine schnelle Datenübertragung gewährleistet und wegen der geringen Reichweite keine Beeinträchtigung der öffentlichen Nachrichtenübertragung erfolgen kann. Der Wellenleiter ist ein Leckwellenleiter, in dessen unmittelbarer Nähe eine Antenne oder Nahfeldsonde auf dem bewegten System geführt wird und die Information zwischen beiden Koppelelementen überträgt.

Wie das Blockschaltbild zeigt, wird die Information über die Koppelelemente auf den Wellenleiter 1 übertragen und auch von ihm abgenommen. Dabei sorgt ein Schalter dafür, daß zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden kann (bidirektionaler Betrieb). Sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite dieser Informationsübertragung werden die Signale moduliert, bzw. demoduliert und von einer Ablaufsteuerung jeweils bestimmt, ob Daten empfangen oder übertragen werden sollen.

In der Fig. 11a ist eine beispielhafte Integration von Energieübertragungssystem und Informationsübertragungssystem dargestellt. Der Leckwellenleiter 1 ist am oberen Ende der Leiterstütze S über den Mittelfrequenzleiter 6 angeordnet. Der Leckwellenleiter kann mit periodisch angeordneten Querschlitzen 3 oder einem durchgehenden Längsschlitz noch Fig. 11b versehen sein. Die in Gruppen periodisch angeordneten Querschlitze bewirken eine Leckstrahlung, durch welche die Kopplung zu einer dielektrischen Patch-Antenne erfolgt. Diese Übertragungsart erfordert einen Mindestabstand zwischen Leckwellenleiter und Patch- Antenne, um ein Hochfrequenzfeld gleichbleibender Intensität in der Umgebung der Patch-Antenne zu erzeugen. Die Patch-Antenne wird daher vorzugsweise seitlich neben dem Übertragerkopf angeordnet. Der durchgehende Längsschlitz im Leckwellenleiter führt zur Ausbildung eines Nahfeldes in seiner unmittelbaren Umgebung. In diesem Fall ist eine Anordnung der Nahfeldsonde 14 wie in Fig. 12 gezeigt, im Inneren des Übertragerkopfes in einem Maximalabstand zum Leckwellenleiter von Vorteil.


Anspruch[de]
  1. 1. Spurgeführtes Transportsystem mit berührungsloser Energieübertragung mit einer Fahrstrecke (16) aus Trag- und Spurführungselementen auf der ein Fahrzeug (22) geführt ist, welches Mittel zur Spurhaltung und zum Fortbewegen längs der Fahrstrecke und einen Übertragerkopf als Sekundärelement zur Energieübertragung von einem längs der Fahrstrecke verlegten Primärkreis aufweist, wobei der am Fahrzeug angebrachte Übertragerkopf aus einem Ferritkern (2) und einer diesen Ferritkern umfassenden Sekundärwicklung (W&sub2;) besteht, welche mit dem Primärkreis (6, 7) magnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zu einer leitungsgebundenen, kontinuierlichen Informationsübertragung mit einem Primärsystem als Feststation auf das Fahrzeug über eine längs der Fahrstrecke verlegte Leitung (1) vorgesehen sind.
  2. 2. Spurgeführtes Transportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom Primärsystem mehrere Fahrzeuge mit Energie und Daten versorgt werden.
  3. 3. Spurgeführtes Transportsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz der Energie das Fahrzeug (22) durch das Informationsübertragungssystem von einer Feststation (12) gesteuert wird.
  4. 4. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der Mobilstation (10) auf dem Fahrzeug (22) Informationen über Position, Beladezustand und andere relevante Daten an eine Feststation (12) übertragen werden.
  5. 5. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsübertragung bidirektional sowohl zwischen Fahrzeugen und Fest- bzw. Basisstation als auch zwischen einzelnen Fahrzeugen erfolgt.
  6. 6. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über ein als Filter ausgebildetes Koppelelement Energie und Informationen auf den Primärleiter der Energieübertragung übertragen werden, und daß auf dem Fahrzeug (22) an die Wicklungen (W&sub2;) des Übertragerkopfes (2) ebenfalls ein Filter angeschlossen ist, welches Energie- und Informationsfluß trennt.
  7. 7. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über einen entlang des Fahrwegs verlegten Leckwellenleiter (1), welcher als Koaxialkabel ausgeführt ist, übertragen wird, und daß die Übertragungsfrequenz im ISM-Frequenzband liegt.
  8. 8. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckwellenleiter (1) als Koaxialleitung ausgebildet ist, die mit quer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen verlaufenden Schlitzen (3) als Strahlungsöffnungen versehen ist, wobei sich die Abstände der Schlitze in Gruppen periodisch wiederholen, und daß die Informationsübertragung auf das Fahrzeug über eine planare dielektrische Patch-Antenne (14) erfolgt, welche in einem Mindestabstand entlang des Leckwellenleiters geführt ist.
  9. 9. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckwellenleiter (1) als Koaxialleitung mit einem am Umfang in axialer Richtung durchgehenden Längsschlitz (3) ausgebildet ist und daß die Informationsübertragung auf das Fahrzeug über eine in einem Maximalabstand entlang des Längsschlitzes geführte Nahfeldsonde erfolgt.
  10. 10. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung des Primärkreises zur Energieübertragung als Doppelleitung ausgebildet ist, die durch die Öffnungen eines Übertragerkopfes mit E-förmigem Ferritkern verläuft, dessen Mittelschenkel eine Sekundärwicklung für den Energieabgriff trägt.
  11. 11. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung des Primärkreises aus einem offenen koaxialen, U-förmigen Gehäuse (7) als Außenleiter mit einem auf einer isolierenden Leiterstütze (5) angeordneten Innenleiter (6) besteht, wobei der Innenleiter an den von der Einspeisestelle entfernten Ende der Leiteranordnung an das Gehäuse angeschlossen ist, und daß der Innenleiter von einem U-förmigem Übertragerkopf (2) mit einem U-förmigem Ferritkern umgeben ist, der auf seinen Schenkein, die aus zwei Teilwicklungen (W&sub2;&sub1;, W&sub2;&sub2;) bestehende Sekundärwicklung für den Energieabgriff trägt.
  12. 12. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklung (W&sub2;) parallel zum Lastwiderstand (Z) ein Kondensator (C) geschaltet ist, der den Magnetisierungsstrom zum Erzeugen der magnetischen Flußdichte (B) im Luftspalt des Ferritkerns liefert.
  13. 13. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung mit einem Kondensator (C&sub2;) in Reihe geschaltet ist, der den induktiven Spannungsabfall an der Streuinduktivität des Übertragerkopfes kompensiert.
  14. 14. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstütze in der Nähe des Fußes zum Reduzieren der magnetischen Spaltweite auf die unbedingt erforderlichen mechanischen Luftspalte (δ&sub1;, δ&sub2;) einen ferritischen Bereich (5) aufweist.
  15. 15. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckwellenleiter (1) am oberen Ende der Leiterstütze (S) über dem Innenleiter (6) des als offenen Koaxialleiter ausgeführten Primärleiters angeordnet ist.
  16. 16. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung des Primärkreises einen als fast geschlossenes Gehäuse (7) ausgebildeten Außenleiter und einen etwa im Zentrum des Gehäuses befindlichen Mittelleiter (6) aufweist, wobei im Außenleiter ein gleichgroßer, dem Mittelleiter entgegengesetzt gerichteter Strom (I&sub1;) fließt, daß der Mittelleiter (6) von einem U-förmigen Ferritkern (2) umfaßt wird, der die Sekundärwicklung (W&sub2;) trägt.
  17. 17. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Mindestabstand zum quergeschlitzten Leckwellenleiter (1) geführte Patch-Antenne (14) neben dem Übertragerkopf (2) auf dessen Stirnseite angeordnet ist.
  18. 18. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Maximalabstand zum längsgeschlitzten Leckwellenleiter (1) geführte Nahfeldsonde auf der Schmalseite im Innern des U-förmigen Überträgerkopfes angeordnet ist.
  19. 19. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärleiter (7) des Energieübertragungssystems und der Leckwellenleiter (1) der Informationsübertragung mechanisch in die Trag- und Führungsschienen (16) des Transportsystems integriert und an Winkeln und Spalten der Führungsschienen angeordnet sind.
  20. 20. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltebene zwischen der Primärleiteranordnung (6, 7) und dem Übertragerkopf (2) zur Gewährleistung des für Kurvenfahrten der Fahrzeuge erforderlichen Spiels parallel zur Bewegungsebene der Fahrzeuge liegt.
  21. 21. Spurgeführtes Transportsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Außenleiter, der als offener Koaxialleiter ausgeführten primären Leiteranordnung als mechanisch belastbarer Profilkörper und somit als Trag- und Führungsschiene (16) der Fahrzeuge ausgebildet ist und die U-förmigen Innenseiten (7) des Profilkörpers eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen.






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