CZ300559B6

CZ300559B6 - Elektrická visutá dráha s bezdotykovým prenosem energie

Info

Publication number: CZ300559B6
Application number: CZ20023022A
Authority: CZ
Inventors: Futschek@Norbert
Original assignee: Lju Industrieelektronik Gmbh
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2009-06-17
Also published as: TR200400772T4; CA2403762C; CZ20023022A3; DE10014954A1; EP1269601B1; PT1269601E; ZA200207729B; AU2001239179A1; JP2003528555A; DE50101656D1; KR100568405B1; WO2001071882A1; ES2213107T3; KR20030011278A; ATE261625T1; EP1269601A1; DK1269601T3; CA2403762A1

Abstract

U elektrické visuté dráhy nebo podobného dopravníku, který se pohybuje na kolejnici (1) pojízdné dopravní jednotky pomocí elektrického pohonu, se provádí prenos energie ke spotrebicum s ruznými výkonovými nároky pomocí induktivního prenosu energie prednostne tak, že kolejnice (1) se používá soucasne jako zpetný vodic napájecího vodice (4) na primární strane a snímac proudu (6) na sekundární strane má dva oddelená, ruzne navržená vinutí (N.sub.01.n., N.sub.02.n.) a dodává pres snímací elektroniku (AE1, AE2) podle ruzné výkonové potreby spotrebicu dve oddelená napájecí napetí (U.sub.01.n., U.sub.02.n.), která mají ruzné hodnoty a zatížitelnosti.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká elektrické visuté dráhy s bezdotykovým přenosem energie z napájecího vodiče a zpětného vodiče vedeného podél kolejnice, připojeného na zdroj střídavého proudu vyšší frekvence přes feritové jádro ve tvaru U vytvořené s vinutími, obklopující napájecí vedení proudového snímače na řídicí a vodicí části dopravní jednotky pojízdné na kolejnici.

Dosavadní stav techniky

Bezdotykový induktivní přenos elektrického výkonu na elektrickými spotřebiči vybavené, po kolejích vedené dopravní jednotky je znám už velmi dlouho. Například DE44 46 779 popisuje uspořádání k bezdotykovému induktivnímu přenosu energie na uzavřené trati se pohybujících, elektricky napájených dopravních jednotek. U tohoto uspořádání obklopuje v určité vzdálenosti od kolejnice udržovaný napájecí vodič, který je napájen ze střídavého zdroje vyšší frekvence, od příslušného proudového snímače, který je upevněn na jmenované dopravní jednotce a je spojen s hnacím motorem a ovládacím dílem. Proudový snímač se skládá z feritového jádra ve tvaru U spolu svinutím na jeho ramenech. Přenos elektrického výkonu z napájecího vodiče na primární straně na vinutí sekundární strany se provádí na principu transformátoru, přičemž je pro různé spotřebiče na dopravní jednotce k dispozici taková úroveň napětí, která odpovídá požadavku na výkon. Protože však ovládací díl dopravní jednotky potřebuje jen podstatně nižší napětí (24 V), než vyžaduje výkonová část, jsou zapotřebí značné náklady na spínání pro napájení 24 V stejnosměrného napětí z úrovně stejnosměrného napětí 560 V od proudového snímače. Náklady na zpětný přívod energie na primární straně, který podle DE 44 46 779 je tvořen bočními stěnami krytu, který téměř úplně obklopuje proudový snímač, jsou rovněž značně vysoké.

Podstata vynálezu

Vynález má proto za úkol přihlásit elektrickou visutou dráhu s bezdotykovým přenosem elektrické energie, kterou je možno zhotovit s ohledem na proudový přenos z primární strany k různým spotřebičům dopravních jednotek s nízkým nákladem.

Vynález tuto úlohu řeší pomocí elektrické visuté dráhy s bezdotykovým přenosem energie vytvořené podle význaků patentového nároku 1.

Základní myšlenka vynálezu spočívá v tom, že hliníková kolejnice pro dopravní jednotky visuté dráhy je přímo použita jako zpětný vodič. V kombinaci těchto prostředků s uspořádáním dvou oddělených vinutí na feritovém jádru tvaru U (proudový snímač), aby bylo možno dát k dispozici pro řídicí a výkonovou část dopravní jednotky nezávisle na sobě stejnosměrná napětí různé velikostí a zatížitelnosti a tím podstatně zjednodušit zapojení pro přípravu nízké napěťové úrovně, se podstatně sníží celkové náklady na přívod proudu ke spotřebičům dopravních jednotek.

Přívod elektrické energie k dopravním jednotkám podle vynálezu není samozřejmě omezen jen na visutou dráhu, ale může být stejně výhodně použit i u jiných dopravníků, u nichž se pohybuje dopravní jednotka podél kolejnice aje napájena proudem induktivním bezdotykovým přenosem.

Tímto způsobem mohou být využity známé přednosti dopravních zařízení s bezdotykovým přenosem energie, u kterých se vyžaduje vysoká provozní bezpečnost i za obtížných podmínek použití, jakož i provoz bez údržby a opotřebení, nízká hlučnost, vysoká dopravní rychlost a vysoká účinnost při snížených nákladech.

-1 CZ 300559 B6

Z vedlejších nároků a následujícího popisu jedné jako příklad uvedené formy provedení vyplývají další důležité význaky vynálezu, například ve vztahu k způsobu přípravy konstantního proudu střední frekvence na primární straně, uspořádání a upevnění napájecího vodiče ve speciálně vytvořeném držákovém rámu k upevnění na kolejnici, elektrickému vytvoření proudových sní5 mačů nebo vytvoření odboček visuté dráhy.

Přehled obrázků na výkresech

Příklad provedení vynálezu bude blíže vysvětlen pomocí výkresu. Zde značí:

Obr. 1 schéma uspořádání k bezdotykovému přenosu elektrické energie na dopravní jednotku, která se pohybuje na kolejnici elektrické visuté dráhy;

Obr. 2 částečný perspektivní řez nosiče napájecího vodiče jako zarážky na kolejnici elektrické visuté dráhy s mechanickým kódováním snímáním polohy;

Obr. 3 zapojení uspořádání k bezdotykovému přenosu energie k proudovému napájení na primární straně;

Obr. 4 principiální schéma můstkového usměrňovače podle obr. 3;

Obr. 5 principiální schéma konstantního zdroje proudu pro napájení energií podle obr. 3;

Obr. 6 principiální schéma proudového snímače na sekundární straně;

Obr. 7 znázornění napájení mobilního napájecího vedení v oblasti rozvětvení dráhy a Obr. 8 znázornění místa rozvětvení podle obr. 7, ale s předřazeným zabezpečovacím blokem.

Příklady provedení vynálezu

Uspořádání k bezdotykovému přenosu energie podle obr. 1 se skládá z kolejnice 1 z hliníku k vedení dopravní jednotky obsahující řídicí a výkonovou jednotku (nezobrazenou) k přenášení a dopravě zátěží. Na kolejnici 1 je připevněn nosník napájecího vodiče 2 z nevodivého materiálu, přednostně z umělé hmoty, který na svém volném konci v určité vzdálenosti od kolejnice i má nosný žlab 3 (viz obr. 2) k uložení napájecího vodiče 4 vytvořený jako vysokofrekvenční lanko. Nosník napájecího vodiče 2 je kromě toho -jak ukazuje obr. 2 - vybaven mechanickým kódová40 ním 5, které pomoct skeneru (nezobrazeného) upevněného na dopravní jednotce zajišťuje absolutní snímání polohy dopravní jednotky. Nosník napájecího vodiče 2 se skládá v zakřivených úsecích kolejnice 1 z krátkých segmentů (nenakreslených), které se jako lineární nosníky napájecího vodiče 2 dají spojit na delší straně s kolejnicí i spojenými kompaktními držáky. Nosník napájecího vodiče 2 zasahuje do proudového sběrače 6 vytvořeného jako feritové jádro 6.1 ve tvaru U, na jehož obou ramenech je vždy uspořádáno jedno vinutí NCh nebo NO?. Vinutí NO, a NO? jsou spojeny se snímací elektronikou AE1 nebo AE2, které vytváří dvě oddělená napájecí napětí V0] a V0₂ k napájení stejnosměrným proudem (10_b 10₂). Vinutí NOi a NO? jsou navržena různě, takže napětí V0| a V0₂ jsou k dispozici v různé velikosti a zatížitelnosti jednak pro výkonovou jednotku a také pro řídicí jednotku dopravní jednotky. Tím jsou náklady na obvod výkonové jednotky velmi nízké. Malé napětí je možno použít i k napájení malých spotřebičů. Napájecí vodič 4 je uložen ve feritových jádrech tvaru U (proudový sběrač 6) nejméně v hloubce 40 % jejich celkové hloubky k zajištění vytvoření magnetického toku ve feritových jádrech a aby vznikly dostatečné magnetické toky (10], NO?, I0₂).

-2 CZ 300559 B6

Proudové napájení do primární strany uspořádání k bezdotykovému přenosu energie skládající se z napájecího vodiče 4 a zpětného vodiče 7 se provádí podle obr. 3 z třífázové nízkonapěťové sítě přes 6-cestný můstkový usměrňovač 8, který dává k dispozici meziobvodové napětí V_z. Principiální schéma můstkového usměrňovače je na obr. 4. K napájení konstantního středně frekvenČ5 ního proudu je zařazen do série můstkovému usměrňovači 8 jako konstantní proudový zdroj 9 (kteiý je znázorněn na schématu na obr. 5) PWM střídač 10, který pracuje se dvěma L—C členy 11 a jedním výstupním transformátorem 12. PWM střídač 10 určuje výstupní frekvenci konstantního proudu, zatím co oba L-C členy 11 zodpovídají za jakost sinusového tvaru konstantního proudu a omezení rušivého spektra podél napájecího vodiče.

io

Ve schématu podle obr. 3 jsou znázorněny dva vždy s jedním spotřebičem spojené (neznázoměné, podél napájecího vodiče pohyblivé proudové sběrače 6, které mohou dodávat různé výkony. Na obr. 6 je principiální schéma proudového sběrače 6 pojízdného na napájecím vodiči 4 s elektronikou AE1 a AE2 podle obr. 1 pro různá vysoká napětí V0! a V0₂. Ve snímací elektronice is AE2 je regulátor 13 (R_s) jakosti kmitavého obvodu. Vzhledem k napájení konstantním proudem nedochází přitom ze zpětnému působení na sousední proudové sběrače 6. Ke kompenzaci induktivních napěťových podílů a tím ke zvýšení účinnosti zařízení jsou uspořádány podél dopravní dráhy tvořené zpětným vodičem 7 a napájecím vodičem 4 kompenzační moduly 22, které na obr. 3 jsou vyjádřeny kondenzátorem.

Zatím co napájecí vodič 4 je tvořen lankem z jemných drátků, která je v kritických místech silněji izolována, používá se jako zpětný vodič 7 kolejnice L Segmenty kolejnice 1 sloužící jako zpětný vodič 7 jsou pro nutné vyrovnání potenciálu pospojovány nízkoohmově, přičemž na všech dilatačních místech se předpokládají pružné zemnicí pásy (nejsou znázorněny). Napájecí vodič 4 je možno pomocí speciálních modulačních a demodulačních technik využít i jako komunikační kanál k programování a dálkovému ovládání dopravních jednotek.

Komunikace s řídicí jednotkou spojenou s dopravní jednotkou (neznázoměno) se zde provádí známým způsobem pomocí infračervených modulů integrovaných do řídicí jednotky, nebo pomocí radiových modulů.

Každá řídicí jednotka obsahuje standardně palubní infračervený modul, který se používá k programování a dálkovému ovládání pohybového ústrojí dopravní jednotky. Dále mohou tyto mobilní infračervené moduly na vybraných místech komunikovat v průběhu dopravy se speciálními čtečkami a popisovačkami, které jsou opět řízeny z nadřazeného ovládání zařízení. V těchto místech je možná výměna stavových a příkazových informací a v řídicí jednotce mohou být uloženy v datové paměti zajištěné proti výpadku napětí. Tyto infračervené moduly se dají podle požadavku použít i pro funkce start/stop nebo jiné.

Podobně jako u infračervené techniky je možno použít i mobilní radiové moduly, které jsou na přání integrovatelné jako součást řídicí jednotky, ale umožňují i stálou komunikaci s ovládáním zařízení. Vzhledem k omezenému dosahu v surovém průmyslovém prostředí instaluje se v tomto případě propojení s pevnými radiovými stanicemi, přičemž každá jednotlivá stanice představuje buňku. Tyto jednotlivé buňky se překrývají, takže jsou všechny dopravní jednotky nacházející se v dopravním provozu bezpečně dosažitelné. Toto radiové propojení je tak řízeno a hlídáno, že mohou být podvozky bez ztráty dat při opuštění jedné buňky odhlášeny a bezpečně u nej bližší buňky opět přihlášeny. Pomocí této techniky se dají uskutečnit i hrubé odhady kontingentu. Ve spolupráci s evidencí polohy vznikne tak transparentní zobrazení všech pohybujících se vozů a podle šířky komunikačního pásma je možné uskutečnit při ovládání zařízení nadřazené způsoby řízení.

Řídicí jednotka má k dispozici skener (není zobrazen), kteiý pomocí mechanického kódu 5 realizuje absolutní vyhledání polohy podél jízdní dráhy. Kromě toho se tato informace využívá i k interní regulaci motoru. Skoky nebo jiné nespojitosti v průběhu absolutního kódu je možné v řídící jednotce s jistotou nulového napětí uchovat a umožní to při pokládání kolejnice s mecha-3 CZ 300559 B6 nickým kódem 5 větší toleranci. Užitečná je tato funkce zvláště tehdy, když snímá skener nosníky napájecího vodiče 2, které mají mechanický kód 5.

Řídicí jednotka je vytvořena tak, že může přímo ovládat motor se standardní převodovkou s na5 montovaným kolem přebírajícím pohonné a nosné vlastnosti na straně pohonu a elektromechanickou brzdou nebo lineární motorovou jednotkou s elektromechanickou brzdou jako čistou stop-brzdu.

V oblastech rozdvojení elektrické visuté dráhy, jako výhybkách, křižovatkách, ve stanicích se io stoupáním, klesáním a na seřadištích se předpokládají - jak je vidět z obr. 7 - mobilní napájecí vodiče 14 upevněné na mobilní stanici 18. které mohou být napájeny vysokofrekvenčním proudem z pevně nainstalovaného napájecího modulu 17 v blízkosti dráhy, spojeného s mobilním napájecím vodičem J_4.

Jak je vidět na obr. 8, jsou před a v rozdvojeních vytvořeny segmenty nouzového vypínání a bezpečnostní bloky 19, které jsou připojeny k pevně nainstalovaným napájecím modulům 20 v blízkosti dráhy a vytvářejí při běžných nákladech na spínání částečné vypínací segmenty. Napájecí modul 20 je vytvořen tak, že může být připojen přes vlečný kabel 21 k napájecímu modulu 17.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Elektrická visutá dráha s bezdotykovým přenosem energie z napájecího vodiče se zpětným vodičem, kde napájecí vodič je veden podél kolejnice a připojen na zdroj střídavého proudu vyšší frekvence, a to přes proudový sběrač vytvořený jako feritové jádro ve tvaru U s vinutími a zahrnující napájecí vedení, na řídicí a výkonovou část dopravní jednotky pojízdné na kolejnici,

30 vyznačená tím, že zpětný vodič (7) je tvořen přímo kolejnicí (1) a na proudovém sběrači (6), tvořeném feritovým jádrem, jsou uspořádána dvě vzájemně oddělená, různě navržená vinutí (Νοι, N02) k zajištění různě vysokých napájecích napětí (U_Oi, U02) pro výkonovou část, popřípadě řídicí část dopravní jednotky.

35
2. Elektrická visutá dráha podle nároku 1, vyznačená tím, že napájecí vodič (4) skládej íeí se zvysokovýkonného lanka je držen v nosníku (2) napájecího vodiče upevněného izolovaně na kolejnici (1) a složeného z lineárních a krátkých jednotlivých deskovitých segmentů.
3. Elektrická visutá dráha podle nároku 2, vyznačená tím, že segmenty nosníku (2)

40 napájecího vodiče jsou ustavitelné na kompaktním držáku (la) upevněném na kolejnici (1) a přiléhají k sobě čelně nebojsou vzájemně zasouvatelné.
4. Elektrická visutá dráha podle nároků 2a 3, vyznačená tím, že na volném konci nosníku (2) napájecího vodiče odvráceném od kolejnice (1) je vytvořen nosný žlábek k uložení

45 napájecího vodiče (4).
5. Elektrická visutá dráha podle nároků 2 až 4, vyznačená tím, že v deskovitém nosníku (2) napájecího vodiče je mechanický kód (5) ve tvaru štěrbinového kódování k vyhledání polohy dopravních jednotek pomocí na nich připevněného skeneru.
6. Elektrická visutá dráha podle nároku 1, vyznačená tím, že napájecí a zpětný vodič (4, 7) je připojen na třífázovou nízkonapěťovou síť k napájení napájecího vodiče (4) konstantním proudem určité vyšší frekvence přes 6-cestný pul zní můstkový usměrňovač (8) k přípravě meziobvodového napětí (U_z) a zdroj (9) konstantního proudu se střídačem (10) PWM, jehož výstup je

55 napojen přes dva L/C členy (11) do výstupního transformátoru (12).

-4CZ 300559 B6
7. Elektrická visutá dráha podle nároku 6, vyznačená tím, že konstantní napájecí proud primární strany vykazuje střední frekvenci < 20 kHz.

5
8. Elektrická visutá dráha podle některého nároků laž7, vyznačená tím, že dopravní jednotky jsou programovatelné a dálkově ovladatelné pomocí integrovaných infračervených nebo radiových modulů integrovaných v jejich řídicí části.
9. Elektrická visutá dráha podle nároků laž7, vyznačená tím, že napájecí vodič (4) ío je využitelný s použitím určitých modulačních obvodů a demodulaěních technik jako komunikační kanál k programování a dálkovému ovládání dopravních jednotek.
10. Elektrická visutá dráha podle nároků laž9, vyznačená tím, že v oblastech jejího rozvětvení je uspořádán vždy jeden mobilní napájecí vodič (14) s mobilním napájecím modulem

15 (17) upevněný k mobilní sekcí (18), který je napájen z pevně nainstalovaného napájecího modulu (15) přes vlečný kabel (16).
11. Elektrická visutá dráha podle nároků 1 až 10, vyznačená tím, že před rozvětveními nebo v nich jsou uspořádány segmenty nouzového vypínání a bezpečnostní bloky (19), které jsou

20 připojeny k blízko dráhy pevně nainstalovaným zabezpečovacím modulům (20), přičemž příslušný zabezpečovací modul (20) je připojitelný k mobilnímu napájecímu modulu (17) pomocí vlečného kabelu (21).