PT929926E

PT929926E - Processo e aparelho para fornecer energia sem contacto

Info

Publication number: PT929926E
Application number: PT98939305T
Authority: PT
Inventors: Jurgen G Meins; John D Sinsley
Original assignee: Jurgen G Meins; John D Sinsley
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2007-03-30
Also published as: DE69836468T2; ATE346415T1; EP0929926A4; EP0929926A1; WO1999008359A1; US6515878B1; AU8776598A; DE69836468D1; EP0929926B1; ES2278417T3

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO E APARELHO PARA FORNECER ENERGIA SEM CONTACTO

Campo Técnico A presente invenção refere-se a sistemas de distribuição de energia eléctrica e, mais em concreto, a processos e a aparelhos para a transferência sem contacto (em especial a transferência magnética) de energia eléctrica desde os condutores eléctricos primários até às bobinas de detecção secundárias.

Antecedentes da Invenção

Em muitas aplicações os sistemas de transporte de passageiros e de carga como sejam os comboios ou os mono carris possuem motores rotativos ou lineares de modo a proporcionarem a propulsão. Os motores destinados a tais sistemas possuem de um modo geral escovas destinadas a fazer a correcta

distribuição da energia eléctrica dentro dos motores. A energia eléctrica é produzida por fontes de alimentação de energia eléctrica. De um modo adicional, as fontes de alimentação de energia eléctrica destinadas a estes sistemas de transporte usam habitualmente ou baterias que são transportadas a bordo dos aparelhos ou pantógrafos que transportam a energia eléctrica para o sistema de transporte a partir dos condutores que são paralelos ao caminho dos sistemas de transporte. A energia eléctrica pode ser também fornecida por intermédio de barras que são de um tipo de contacto deslizante dos colectores actuais, dos sistemas de festas ou das bobinas de cabos, assim como ou outros dispositivos de processamento do cabo. 1

Muitas aplicações impõem condições de processamento extraordinariamente cansativas. Estas incluem a necessidade de uma maior velocidade e/ ou de uma maior aceleração, as configurações de caminho complexas, ou correlações complexas e trilhos complexos superfície, e as condições ambientais difíceis. A vida da bateria limita a utilidade dos sistemas de transporte alimentados por baterias. A produção de faíscas, o ruído e os elevados custos de instalação limitam a utilidade dos pantógrafos e/ ou dos motores. 0 desgaste e os custos de manutenção limitam a utilidade de todos os sistemas de transporte de passageiros acima descritos pois eles não são fiáveis e requerem muita manutenção.

As condições ambientais difíceis tornam os sistemas de transporte convencionais vulneráveis à água, ao vento, à neve e ao gelo, assim como à atmosfera explosiva, à sujidade e a outras situações ambientais possíveis. De um modo adicional, os sistemas de transporte convencionais podem ser perigosos em funcionamento, produzindo por exemplo formação de arcos ou de faíscas para alem de estarem carregados com electricidade e, como tal, não poderem ser tocados. A transferência de energia indutiva e sem contacto proporciona uma alternativa atraente aos sistemas de transporte acima descritos pois não produz faíscas, não tem desgaste nem apresenta riscos de funcionamento. Uma tal transferência de energia é também segura, silenciosa e marcada por uma elevada fiabilidade. De um modo adicional, a transferência de energia indutiva e sem contacto proporciona uma velocidade sem limite e sem aceleração. As propostas de acordo com as técnicas anteriores de sistemas de transferência de energia indutiva e sem contacto não têm tido como resultado uma grande utilização de transferência de 2 energia eléctrica sem contacto pois a transferência de energia eléctrica indutiva satisfatória somente pode ser conseguida tomando factores adicionais em linha de conta.

Nas técnicas anteriores foram concedidas várias patentes que revelam a transferência de energia eléctrica indutiva usada para mover dispositivos. De um modo geral todas estas patentes de acordo com as técnicas anteriores revelam a transferência de pequenas quantidades de energia eléctrica pois é necessária uma quantidade relativamente elevada de energia aparente como consequência do grande intervalo de ar em tais sistemas de acordo com as técnicas anteriores.

Tem havido um grande número de Patentes que descrevem a transferência de energia motriz (por exemplo, Tesla na Patente dos Estados Unidos n° 514 972) . No entanto, a patente histórica que é a mais relevante para a presente invenção é a que pertence a Hutin e outros (Patente dos Estados Unidos n° 527 857) que descreveu, em 1984, o uso de corrente alterna de indução e aproximadamente 3 kHz. Em 1974, Otto (Patente da

Nova Zelândia n° 167 422) sugeriu uma solução prática para a transferência de energia de indução usando uma série de bobinas ressonantes secundárias a funcionarem dentro da amplitude de entre 4 e 10 kHz para a transferência de energia de indução para um veiculo em movimento.

Em 1994 Boys e Green (Patente dos Estados Unidos n° 5 293 308) sugeriu um outro sistema prático para a transferência de energia indutiva unidireccional usando os resultados de Otto em relação à bobina secundária ressonante e acrescentando alguns dispositivos de modo a melhorar as caracteristicas de transferência. O sistema de Boys e Green acrescenta um condensador em paralelo com o primário. Este processo reduz a energia aparente requerida mas tem pelo menos duas desvantagens. Uma das desvantagens reside no facto de o ponto 3 de compensação variar com a carga secundária. 0 factor de energia deste sistema assim como dos outros sistemas de acordo com as técnicas anteriores reside no facto de o mesmo ser dependente da carga e nunca ser igual à unidade. A outra desvantagem do sistema de Boys e Green reside no facto de ser uma grande quantidade de energia reactiva circular no primário, o que tem como resultado elevadas perdas primárias e menores valores de eficácia os quais que se encontram, infelizmente quase independentes da energia transferida. De modo a reduzir ainda mais os efeitos destas e de outras desvantagens, Boys e outros sugerem a rotação em paralelo de um primário em paralelo em relação ao condensador numa frequência de toque que depende das, sendo perturbada pelas, condições de carga secundária. Deste modo, somente certas quantidades limitadas de verdadeira energia podem ser transferidas nestes sistemas de acordo com as técnicas anteriores levando à sua utilidade marginal. Boys e outros sugerem também o uso de um cabo de Liste para o primário de modo a reduzir as perdas no primário. Outras sugestões reflectem a necessidade de uma concepção especial dos controlos e do material fixo de modo a que se consigam alcançar outras e menos importantes caracteristicas de transferência de energia. Por exemplo, a separação magnética primário - secundário complexa é necessária para múltiplos secundários e a segmentação primária complexa e a concepção de afinação tem como resultado limitações do sistema.

Em 1993 Nishino e Boys (Pedido de Patente da Nova Zelândia n° NZ 93 / 00032) sugeriram a formação de primário a partir de vários de entre os módulos que são segmentos primários previamente sintonizados ligados em série. Os pólos de ligação com a mesma polaridade com um cabo não indutivo tendem a limitar o seu sistema , limitando as possíveis frequências ressonantes. 4

Um sistema de acordo com o preambulo da reivindicação 1 encontra-se revelado na Patente WO - A - 940 9558. Alguns problemas específicos, no entanto, resultam da concepção tanto do lado primário como do lado secundário do sistema. Isto é especialmente verdadeiro em relação aos pequenos circuitos do condutor primário e em relação à compensação paralela no lado primário e à concepção da segunda bobina de recolha e a sua compensação paralela no lado secundário.

Resumo da Invenção A presente invenção proporciona um sistema melhorado de acordo com a reivindicação 1 para a transferência indutiva (magnética) de grandes quantidades de energia eléctrica devido à sua elevada eficácia, à concepção simples e aos baixos custos de instalação e ao correspondente processo de acordo com a reivindicação 33. Isto é conseguido, em parte, através da nova concepção de bobina de recolha, ao único factor de compensação da energia e aos circuitos de transferência de energia, e a capacidade de fluxo de energia invertido. A presente invenção é aplicável a sistemas que incluem fontes de alimentação de corrente continua e de corrente alterna e de uma ou mais cargas de corrente continua e/ ou de corrente alterna, de cargas passivas e/ ou passivas secundárias. A concepção simplificada de acordo com a presente invenção alberga o uso de componentes e deste modo reduz os custos instalados para as aplicações habituais. O sistema de energia sem contacto (CPS) de acordo com a presente invenção ultrapassa as limitações seguintes, entre outras: proporciona capacidade de transferência de energia para a frente e para trás; tem um factor de energia unitária sob todas as condições de carga; aplica somente a energia real ao primário, levando a uma eficácia mais elevada e a uma maior capacidade de transferência de energia; a quantidade de 5 energia transferida é somente limitada pela capacidade do primário; a separação magnética entre o primário e o secundário não se torna necessária para múltiplos secundários; e tem uma geometria primária sem quaisquer limitações do sistema. 0 sistema de acordo com a presente invenção tem um grande número de aspectos. É um sistema de energia sem contacto universal que transfere, de um modo magnético, grandes quantidades de energia eléctrica de fase de entrada (isto é, com o factor de energia = 1) entre a fonte de alimentação de corrente continua ou de corrente alterna e de uma ou mais cargas de corrente continua e/ ou de corrente alterna, de cargas activas e/ ou passivas secundárias. 0 sistema de acordo com a presente invenção tem uma bobina de recolha de enrolamento distribuído que melhora as ligações magnéticas primário - secundário, o que vai aumentar a eficácia e permitir uma melhor transferência da energia. A bobina de recolha tem uma compensação paralela e consiste por condensadores paralelos ressonantes fixos ou por condensadores paralelos com compensação adaptativa adicional. Esta compensação adaptativa adicional transfere a energia da fase de entrada para a carga com uma voltagem constante sem que seja importante o magnetismo ou o estado (isto é, consumidor ou gerador) da carga. Por outro lado, nas técnicas anteriores e como aspecto adicional, a presente invenção usa uma nova concepção de bobina de recolha que consiste por dois enrolamentos que se encontram em parte enrolados de um modo magnético e em parte não ligados de um modo magnético. Os dois enrolamentos encontram-se, cada um deles, distribuídos na meio da alavanca e uma das alavancas laterais diferentes de um núcleo ferro-magnético que conduz a uma ligação magnética significativamente melhorada e a uma eficácia de 6 transferência de energia entre o primeiro ciclo indutivo e a bobina de recolha.

Em outro aspecto da invenção, os dois enrolamentos da bobina de recolha encontram-se cada um deles, ligado a um condensador ressonante paralelo e compensados com um factor de energia unitária.

Em outro aspecto da presente invenção, os condensadores paralelos compensam em parte os enrolamentos e os componentes adicionais compensam de um modo adaptativo os enrolamentos colectivos até ao factor de energia unitária e fornecem de um modo automático a energia de entrada à carga secundária a uma voltagem considerável independentemente da magnitude da carga. 0 sistema de acordo com a presente invenção também proporciona séries de compensação do circuito primário, o que tem como resultado um factor unitário de energia unitária sob todas as condições de carga e aumenta a eficácia e permite uma maior transferência de energia. Esta compensação é conseguida através de séries distribuídas de condensadores ou com condensadores concentrados ligados com transformadores.

Em contraste com as técnicas anteriores e como aspecto adicional da presente invenção, o circuito indutivo primário é compensado com um factor de energia unitário com uma ou mais séries de condensadores e deste modo a presente invenção não necessita de qualquer energia reactiva que circule no circuito primário; ao invés, a energia aplicada ao primário e é magneticamente transferida para o secundário e é sempre um factor de energia unitário. 0 controlo de energia inverso proporcionado no sistema de acordo com a presente invenção permite a energia inversa 7 desde uma carga activa e que seja transferida de novo através da bobina de recolha até ao primário e depois volte para a linha de alimentação ou para outros consumidores intermédios.

As bobinas de recolha do sistema de acordo com a presente invenção podem ser ligadas em paralelo à sua saida de corrente continua para uma maior transferência de energia. 0 sistema de acordo com a presente invenção pode ainda proporcionar um controlo essencialmente constante que permite a transferência de energia para vários secundários sem que tenha de se desligar de um modo magnético os secundários do primário. Isto pode ser conseguido através do controlo dos impulsos do inversor de saida primário. 0 sistema de acordo com a presente invenção pode ainda proporcionar um controlo constante da voltagem primária, o que permite que a corrente suba e desça com a magnitude da carga secundária e caia até ao nivel da magnetização quando a carga é zero. Isto aumenta a eficácia e permite uma maior transferência de energia.

De um modo adicional, o sistema de acordo com a presente invenção pode ser condutores primários paralelos, o que aumenta as amperagens do circuito indutivo primário e deste modo proporciona uma maior transferência de energia. Isto pode ser conseguido através do equilíbrio da corrente com perdas minimizadas e aumenta a eficácia. 0 sistema de acordo com a presente invenção pode também ter um circuito primário indutivo de três fases e uma segunda bobina de recolha para uma maior transferência de energia. Isto pode ser conseguido através de um inversor de saida primário de três fases e por um inversor de entrada secundário de três fases. 0 sistema de acordo com a presente invenção pode ainda proporcionar uma configuração de ramificação secundária, na qual as aplicações que envolvem os eixos motrizes adicionais podem ser alimentadas a partir de um sistema primário simples.

De um modo adicional, o sistema de acordo com a presente invenção pode proporcionar zonas primárias múltiplas que podem ser comutadas entre magneticamente activas e magneticamente neutras. Isto permite somente a transferência de energia quando uma zona se encontra magneticamente activa e, deste modo, aumenta a segurança do sistema e a eficácia do mesmo. 0 controlo da zona pode permitir somente uma carga por zona e, deste modo, coloca todos os secundários em paralelo pelo que todos os secundários apresentam uma fonte de voltagem constante comum e, deste modo, asseguram que qualquer um dos secundários não pode estar em contacto com qualquer um dos secundários. Isto é um sistema de anti-colisão. 0 sistema de acordo com a presente invenção pode ainda proporcionar inversores de saida primário múltiplos com comutação de partilha de carga para circuitos indutores de primário múltiplos, pontes de inversor primário paralelos, e um circuito de indução primário feitos de um cabo industrial de padrão não-Litz.

Num outro aspecto e na sua forma mais geral, a invenção é um sistema sem contacto de modo a fazer a transferência magnética de energia de fase de entrada entre uma fonte primária e uma carga secundária. 0 sistema inclui um conversor de energia primário, uma rede de transferência de energia primário que se encontra ligado de um modo magnético 9 a uma segunda rede de transferência de energia e um conversor de energia secundário.

De acordo com um dos seus aspectos, a presente invenção é um sistema sem contacto destinado a transferir de um modo magnético a energia eléctrica desde uma fonte de alimentação de energia eléctrica até uma carga secundária, em que o sistema inclui um conversor de energia primário, um circuito de indução primário, uma bobina de recolha secundária, e um conversor de energia secundário. 0 conversor de energia primário pode ser ligado ao inversor de saida e inclui pelo menos uma volta que é compensada para o factor de energia unitário. A bobina de recolha secundária encontra-se ligada de um modo magnético ao circuito de indução primário e compensada para o factor de energia unitária. 0 conversor de energia secundário está ligado à bobina de recolha secundário, e inclui um inversor de entrada podendo ser ligado à carga secundária.

Num outro aspecto da presente invenção, a mesma é um sistema magnético sem contacto destinado a transferir energia eléctrica de fase de entrada desde a fonte primária até várias cargas secundárias.

Num outro aspecto da presente invenção, a mesma é um sistema magnético sem contacto destinado a transferir energia eléctrica de fase de entrada de um modo bidirecional entre uma fonte de origem primária e uma ou mais cargas secundárias activas.

Em outro aspecto da presente invenção, uma ou mais bobinas de recolha idênticas encontram-se ligadas em paralelo nas suas respectivas saídas de corrente contínua para aumentar a saída total de energia. 10

Em outros aspectos da presente invenção a série de compensação em que o circuito indutivo primário é efectuado quer pelos condensadores distribuídos em série ou por intermédio de condensadores concentrados ligados por transformador. Este último processo elimina vários locais de compensação e torna mais fácil o ajuste da compensação.

Em contraste com as técnicas anteriores e sendo um outro aspecto da presente invenção, o controlador de energia secundária inclui o controlo da energia invertida que vai medir o estado da carga activa e controla o fluxo de energia inversa quando a carga se encontra num estado de gerar. A energia inversa é transferida de volta para o primário onde dá entrada de novo na linha ou, de um modo alternativo, nos outros consumidores intermédios.

Em contraste com a técnica anterior e de acordo com um outro aspecto da presente invenção, o controlador da energia primário inclui o controlo da corrente constante que permite a transferência de energia para as cargas múltiplas secundárias sem que haja necessidade de desligar as bobinas de recolha secundárias do circuito indutivo primário.

Em outro aspecto da presente invenção, o controlo constante da corrente primária é conseguido através do controlo variável dos impulsos do inversor de saída primário.

Em contraste com as técnicas anteriores e de acordo com um outro aspecto da presente invenção, a energia é fornecida ao circuito indutivo primário a uma voltagem constante e com um factor de energia unitário constante. A magnitude da corrente primária é determinada pela magnitude da carga e cai para o nível de magnetização quando a carga é zero.

Como outro aspecto da presente invenção, o circuito indutivo primário é constituído por múltiplas voltas paralelas que são 11 equilibradas pela corrente. Os amperes desligam o primário e, deste modo, a transferência de energia é aumentada.

Como aspectos adicionais da presente invenção, o circuito indutivo primário e a bobina de recolha secundária ligam de um modo magnético as três fases de energia e o inversor de saida primária e o inversor de entrada secundária são pontes de três fases.

Num outro aspecto da presente invenção, o conversor de energia secundária introduz um circuito indutivo auxiliar que se encontra ligado a uma bobina de recolha auxiliar e a um conversor de energia. Esta disposição permite a transferência de energia para o equipamento que funciona em eixos múltiplos como sejam a ponte e um carrilho de uma catenária superior.

Num outro aspecto da presente invenção, o circuito indutivo primário é configurado em zonas múltiplas que podem ser comutadas entre as que são magneticamente activas e as que podem ser magneticamente neutras de modo a que a energia possa ser magneticamente transferida para um secundário somente quando a zona se encontra magneticamente activa. Num outro aspecto da presente invenção encontram-se incluídos meios de controlo destinados a permitir que somente uma carga seja localizada em qualquer zona, colocando deste modo todas as cargas em paralelo e evitando a colisão física de uma das cargas com a outra.

Num outro aspecto da presente invenção, vários conversores de energia primários são convertidos em vários circuitos indutivos primários de um modo que permite que um conversor de energia primário alimente mais de um circuito primário através de uma disposição de comutação. Através desta configuração um conversor de energia primário pode ser 12 retirado de serviço. Sem perturbar a transferência de energia da globalidade do sistema.

Num outro aspecto da invenção, o circuito indutivo primário é feito de um cabo industrial convencional (não - Liste) o qual é possibilitado através da elevada eficácia da presente invenção. A transferência sem contacto de energia eléctrica revelada no presente pedido tem lugar num grande intervalo de ar cuja separação é medida em centímetros. 0 princípio físico da invenção agora revelada é baseado nas leis de Maxwell pois elas referem-se a campos magnéticos alternados. Muito embora somente uma ou algumas poucas aplicações específicas da presente invenção sejam reveladas no presente pedido, os campos de aplicação envolvem geralmente a transferência de energia para mover ou para estacionar equipamento como sejam veículos comerciais ou industriais, guindastes, elevadores, sistemas de manuseamento de materiais, máquinas ferramentas, e outros equipamentos similares.

De acordo com um dos seus aspectos, a presente invenção é um sistema indutivo sem contacto destinado a transferir energia eléctrica para uma primeira carga. O sistema inclui uma primeira bobina de recolha, um primário, um primeiro inversor de corrente alterna e um interruptor controlado de corrente constante. A primeira bobina de recolha é sintonizada para uma frequência de ressonância. 0 primário é formado como um circuito. Entra também em ligação com um ou com mais condensadores dispostos em série e sintonizados para a frequência de ressonância. 0 primeiro inversor de corrente alterna é também sintonizado para a frequência de ressonância. 0 primeiro inversor de corrente alterna alimenta o sistema primário com uma voltagem 13 constante ou com uma corrente constante e mantém o seu factor de energia igual a um, independente da primeira carga. A corrente constante controlada do interruptor alimenta o inversor de corrente alterna pelo que a energia eléctrica transferida para a primeira carga tem um factor de potência unitária.

De acordo com um outro aspecto, a invenção refere-se a um sistema de indução sem contacto destinado a transferir energia eléctrica desde um sistema primário até uma primeira carga. 0 sistema de indução sem contacto inclui uma primeira bobina de recolha, um primário, um primeiro inversor de corrente alterna, e uma fonte de alimentação de corrente eléctrica constante. A primeira bobina de recolha inclui dois enrolamentos que se encontram em parte ligados de um modo magnético e em parte desligados de um modo magnético. Cada um destes dois enrolamentos encontra-se ligado a um condensador ressonante em paralelo de modo a que a bobina de recolha seja sintonizada para uma frequência de ressonância. 0 primário é formado como um circuito e é ligado com um ou mais de entre os condensadores em série, os quais são sintonizados para uma frequência de ressonância. 0 primeiro inversor de corrente alterna é sintonizado para a frequência de ressonância e alimenta o sistema primário com uma voltagem constante ou com uma corrente constante. 0 primeiro inversor de corrente alterna também mantém o seu factor de energia igual a um, independente da primeira carga. A alimentação de energia de corrente eléctrica constante fornece corrente eléctrica ao inversor de corrente alterna.

De acordo com um outro aspecto, a presente invenção é um sistema de indução sem contacto destinado a transferir energia eléctrica entre um primeiro sistema e um segundo 14 sistema. 0 primeiro sistema pode, de um modo alternativo, funcionar como uma fonte de alimentação de energia eléctrica e como um consumidor de energia eléctrica. 0 sistema de indução sem contacto inclui uma primeira bobina e uma segunda bobina. As primeira e segunda bobinas são sintonizadas para uma frequência de ressonância. 0 sistema inclui ainda um primeiro circuito de controlo ligado entre a primeira bobina e o primeiro sistema, e um segundo circuito de controlo ligado entre a segunda bobina e o segundo sistema. Os primeiro e segundo sistemas de controlo funcionam para 1) alimentar com energia eléctrica o segundo sistema quando o primeiro sistema funciona como uma fonte de alimentação de energia eléctrica e 2) alimentar com energia eléctrica o primeiro sistema quando o primeiro sistema funciona como um consumidor de energia eléctrica.

Em contraste com as técnicas anteriores, a presente invenção recorre ao uso de uma nova concepção de uma bobina de recolha que consiste por dois enrolamentos que se encontram em parte ligados de um modo magnético e em parte desligados de um modo magnético, em que cada um dos enrolamentos se encontra ligado a um condensador ressonante. De acordo com a presente invenção, os dois lados do primário apresentam uma simetria em relação a si próprios pois apresentam correntes idênticas, mas também permitem voltagens diferentes ao longo da bobina de recolha. A energia total de saída é gerada por dois rectificadores de ponte completos, em que cada um deles se encontra atribuído a um dos distintos enrolamentos da bobina de recolha. Ainda em conformidade com a presente invenção, é também possível aumentar a corrente de saída de corrente contínua sem ligar os dois enrolamentos da bobina de recolha de um modo directo e em paralelo. (A ligação dos dois enrolamentos de bobinas de recolha de um modo directo e em paralelo iria levar a um aumento inaceitável nas perdas de 15 recolha devidas aos diferentes campos magnéticos dispersos provenientes dos dois enrolamentos da bobina de recolha.) A tentativa de aumento da energia de saida de corrente continua através do uso de um cabo com uma secção em corte transversal de maiores dimensões tem a desvantagem de perdas de corrente acrescidas e de limitações geométricas.

Num outro aspecto da presente invenção, a saida de corrente continua de uma ou mais bobinas de recolha pode ser ligada em paralelo de modo a aumentar a energia de saida.

Num outro aspecto adicional da presente invenção, a distribuição de cada um dos dois enrolamentos de uma bobina de recolha de acordo com a presente invenção tanto no meio da alavanca como no meio da alavanca e uma distinta das duas alavancas laterais conduz a um aumento da ligação magnética entre a bobina primária e a bobina de recolha. Isto, por seu lado, representa um aumento da eficácia da ligação. A bobina primária de acordo com o presente sistema é alimentada com uma corrente constante, desligando deste modo as várias cargas secundárias que de um modo geral constituem um sistema de transporte. Como um novo aspecto da presente invenção, uma corrente alterna constante na bobina primária é gerada por um circuito de controlo da corrente que se encontra ligado a um inversor de corrente alterna de alta frequência. Esta disposição mantém o factor de energia da bobina primária sempre em um independentemente da carga, e conduz a custos mínimos de instalação da voltagem mínima e do inversor de saída de corrente alterna mínima. De um modo adicional, a corrente requerida no primário é minimizada em relação às técnicas anteriores conhecidas. Deste modo, as perdas das correntes induzidas no primário são minimizadas de modo a que não se torne necessário nenhum cabo de Liste fino, 16 podendo, ao invés, ser usado um cabo de Liste com uma espessura padrão. A transferência sem contacto de energia eléctrica revelada no presente pedido tem lugar ao longo de um grande intervalo de ar cuja separação é medida na ordem dos centímetros. 0 princípio físico da invenção revelada baseia-se nas leis de Maxwell pois refere-se a campos magnéticos alternados. Muito embora somente uma ou algumas poucas de entre as possíveis aplicações da presente invenção sejam aqui descritas neste pedido, os campos de aplicação são de um modo geral consumidores que se encontram em movimento ou em rotação, como sejam veículos, guindastes ou elevadores, sistemas de manuseamento do material e máquinas ferramentas.

De acordo com um outro aspecto, a presente invenção compreende: uma ou mais bobinas de recolha que 1) recebem um ou mais condensadores secundários ligados em paralelo com os enrolamentos das bobinas de recolha, 2) a sintonização da frequência de toque da bobina, e 3) a ligação a um ou mais rectificadores de ponte que se encontram ligados entre si em paralelo em relação à saída da corrente contínua; um conversor que é atribuído a cada um dos consumidores de energia primária sendo usado para manter a voltagem de saída constante nos casos de cargas diferentes na secundária; um cabo primário que é formado como um circuito e que inclui uma ou mais voltas; um ou mais condensadores em séries que se encontram ligados em série ao primário e que se encontram sintonizados para a frequência de corte; 17 um inversor de corrente alterna e de alta frequência que alimenta o sistema primário com uma voltagem constante ou com uma corrente constante; e um controlador de corrente constante que tem um dispositivo de desligar no caso de vários consumidores se divergirem. A separação da bobina de recolha em dois enrolamentos individuais isolados se encontram em parte ligados de um modo magnético numa alavanca central de um núcleo de ferro em forma de E e em parte desligado de um modo magnético nas alavancas laterais do núcleo leva a várias vantagens. Os efeitos assimétricos devidos aos campos soltos não conduzem a perdas adicionais pois a simetria ajusta-se sozinha como resultado da ligação magnética individual que une cada um dos enrolamentos das bobinas com um lado do primário.

Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é um desenho esquemático dos componentes e dos subsistemas de uma forma de realização preferencial da presente invenção. A figura 2 é uma vista em corte transversal de uma bobina de recolha de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção.

As figuras 3A - C são comparações entre o sistema de CPS de acordo com a presente invenção e um sistema de acordo com a técnica anterior. A figura 4 é um diagrama esquemático de uma forma de realização preferencial da presente invenção. 18 A figura 5 é um gráfico da resposta de uma forma de realização preferencial da presente invenção sob uma condição de ausência de carga. A figura 6 é um gráfico da resposta de uma forma de realização preferencial da presente invenção sob uma condição de carga. A figura 7 é um gráfico da resposta de uma forma de realização melhorada da presente invenção sob uma condição de ausência de ! carga. A figura 8 é um gráfico da resposta de uma forma de realização melhorada da presente invenção sob uma condição de carga. A figura 9A é um diagrama que ilustra o fluxo de linhas em torno da peça de haste da forma de realização preferencial do sistema de CPS de acordo com a presente invenção, em que o sistema de CPS de acordo com a presente invenção se encontra sob uma primeira condição de teste. A figura 9B é um diagrama que ilustra a densidade de fluxo em torno da peça de haste da forma de realização preferencial do sistema de CPS de acordo com a presente invenção, em que o sistema de CPS de acordo com a presente invenção se encontra sob uma primeira condição de teste. A figura 10A é um diagrama que ilustra o fluxo de linhas em torno da peça de haste da forma de realização preferencial do sistema de CPS de acordo com a presente invenção, em que o sistema de CPS de acordo com a presente invenção se encontra sob uma segunda condição de teste. 19 A figura 10B é um diagrama que ilustra a densidade de fluxo em torno da peça de haste da forma de realização preferencial do sistema de CPS de acordo com a presente invenção, em que o sistema de CPS de acordo com a presente invenção se encontra sob uma segunda condição de teste. A figura 11 é um outro diagrama esquemático de uma forma de realização preferencial da presente invenção.

As figuras 12A - E são diagramas esquemáticos de uma forma de realização preferencial da presente invenção tendo uma configuração primária de zonas múltiplas.

As figuras 13A - E são diagramas de comutação de uma forma de realização preferencial da presente invenção tendo uma configuração primária de zonas múltiplas. A figura 14 é um diagrama de temporização que ilustra o principio do controlo de corrente de uma alimentação de energia de múltiplos veiculos de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção. A figura 15 é um diagrama esquemático que ilustra o principio do controlo de corrente da alimentação de energia de veiculos múltiplos de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção. A figura 16A é um diagrama esquemático que explica o funcionamento de um aspecto da presente invenção. A figura 16B é um diagrama esquemático que explica o funcionamento de uma forma de realização prática da presente invenção. 20 A figura 17A é um diagrama esquemático que explica a voltagem real não variável e a corrente real da presente invenção. A figura 17B é um diagrama de temporização que ilustra as relações de fase das várias voltagens e das correntes numa forma de realização preferencial da presente invenção.

As figuras 18A - B são diagramas esquemáticos que ilustram a capacidade da presente invenção para funcionar tanto no modo de energia para a frente como de energia para trás, de voltagem real sem variação e de corrente real de acordo com a presente invenção. A figura 19 é um diagrama esquemático que ilustra uma forma de realização prática preferencial da presente invenção. A figura 20 é um diagrama esquemático de um principio geral da transferência de energia sem contacto entre uma fonte de alimentação primária e uma carga de energia secundária. A figura 21 é um diagrama esquemático de uma primeira transferência de energia sem contacto especifica entre uma fonte de energia primária e uma carga de energia secundária. A figura 22 é um diagrama esquemático de um circuito equivalente de transformador para a transferência de energia sem contacto usando as redes de transferência de energia primária e secundária ligadas de um modo magnético. A figura 23 é um diagrama esquemático de um circuito equivalente de transformador prático da transferência de energia sem contacto da Figura 22. A figura 24 é um outro circuito equivalente de uma porção da presente invenção. 21 A figura 25 é um diagrama esquemático de um aspecto da presente invenção, incluindo os conversores de energia primário e secundário. A figura 26 é um diagrama em blocos da presente invenção. A figura 27 é um diagrama esquemático de um circuito indutivo primário da presente invenção. A figura 28 é um diagrama esquemático de uma forma de realização da presente invenção em que as redes de transferência de energia primária e secundária são sistemas de três fases. A figura 29 é um diagrama esquemático de uma forma de realização da presente invenção que ilustra uma primeira bobina de recolha ligada de um modo magnético a um circuito de indução primário. A figura 30 é um diagrama esquemático detalhado de uma forma de realização preferencial da presente invenção.

As figuras 31A - B são diagramas esquemáticos de aspectos adicionais da compensação das séries do circuito de indução primário de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada da Forma de Realização Preferencial da

Presente Invenção A figura 20 é um diagrama esquemático do principio geral da transferência de energia sem contacto entre uma fonte de alimentação de energia primária e uma carga de energia secundária. O sistema 2000 de acordo com a presente invenção é um sistema sem contacto que, de um modo magnético, transfere energia eléctrica entre uma fonte de energia

primária 2002 e uma carga de energia secundária 2003. O 22 sistema 2000 inclui uma rede 2004 de transferência de energia primária e uma rede 2006 de transferência de energia secundária, a qual se encontra ligada de um modo magnético à rede 2004 através da ligação magnética indicada pelo número de referência 2008. A figura 21 é um diagrama esquemático de uma primeira forma especifica de uma transferência de energia sem contacto entre uma fonte de energia primária e uma carga de energia secundária. A figura 21 mostra que a rede 2004 de transferência de energia primária do sistema 2000 inclui um circuito de indução primário 2100 e o circuito 2102 de factor de compensação de energia primária. Mostra também que a rede 2006 de transferência de energia secundária inclui uma bobina de recolha secundária 2104 e um circuito 2106 de compensação de factor de energia secundário. Como aspecto da presente invenção, a compensação primária é conseguida através de um condensador 2108 em série com o circuito 2100 de indução primário e a compensação principal secundária é conseguida com uma capacidade eléctrica 2110 em paralelo com a indutância ligada principal. A figura 22 é um diagrama esquemático de um circuito equivalente a um transformador destinado à transferência de energia sem contacto usando redes de transferência de energia primária e secundária ligadas de um modo magnético. Os números de referência identificam os elementos das figuras 20 e 21 que servem a mesma função. A figura 23 é um diagrama esquemático de um transformador prático equivalente ao diagrama da transferência de energia sem contacto ilustrada na figura 22. A figura 23 ilustra as resistências 2300 e 2302 que se encontram presentes tanto no circuito de indução primário como na bobina de recolha secundária em qualquer aplicação fisica efectiva. 23 A figura 4 é um diagrama esquemático de uma forma de realização preferencial de uma porção da presente invenção. Conforme se encontra ilustrado no diagrama esquemático, Cr é um condensador externo que se encontra calculado de modo a compensar as induções Lsf e Lsk do primário. RA é a resistência primária, a qual afecta as perdas primárias. Lh é a indução principal da bobina de recolha 400. Lss é a indução secundária dispersa da bobina de recolha. Esta indução é produzida pela concepção da bobina de recolha e é compensada pelo condensador CSi, o qual se encontra calculado como sendo igual a Lss. Rs é a resistência da bobina de recolha, a qual conduz a perdas secundárias. CS2 é um condensador que se encontra calculado de modo a compensar a indução principal Lh (por outras palavras, gera uma corrente de magnetização para o campo magnético da bobina de recolha). A figura 24 é um outro diagrama de um circuito equivalente de uma porção da presente invenção. A porção da presente invenção opera com uma voltagem de entrada V0 e com uma corrente 10. VM é a voltagem induzida na bobina de recolha, VL é a voltagem na carga e ii, 12 e i3 são as correntes das derivações. CP é a capacidade eléctrica da série primária, que compensa a indução do circuito de indução primário LP. RP é a resistência do circuito de indução primário, CSi é a capacidade eléctrica da série secundária que compensa a indução da segunda bobina de recolha Ls, Rs é a resistência da bobina de recolha secundária, LM é a indução ligada principal do circuito de indução primário com a bobina de recolha secundária, Cs2 é a capacidade eléctrica paralela que compensa Lm, e Ri é a resistência da carga. O circuito equivalente da figura 24, o qual é equivalente ao circuito da Figura 4, revela um outro aspecto da invenção que é o de que a corrente primária irá subir e descer de acordo com a magnitude da carga. Numa condição de carga zero, a 24 corrente primária cai para um nível próximo de zero, reflectindo somente as pequenas perdas de resistência no circuito de indução primário 2100 e na bobina de recolha secundária 2104.

As vantagens da invenção são o funcionamento no factor de potência unitária sob todas as condições de carga, permanecendo a elevada eficácia e a capacidade para transferir grandes quantidades de energia, e uma frequência ressonante estável, sem estarem afectados pelas condições de carga. A figura 7 é um gráfico da resposta de uma forma de realização melhorada da presente invenção sob uma condição de ausência de carga. A voltagem primária e a corrente encontram-se em fase, a forma de onda 620 de voltagem primária é substancialmente rectangular, muito embora possa, caso se deseje, ser sinusoidal. A forma de onda 622 primária corrente tem algumas das mesmas harmónicas da forma de onda 620 de voltagem primária. Ambas as formas de onda 624 e 626 de voltagem secundária e de voltagem corrente são substancialmente sinusoidais. A figura 8 é um gráfico da resposta de uma forma melhorada de realização da presente invenção sob uma condição de carga. A voltagem primária e a corrente encontram-se em fase. A forma de onda 630 de voltagem primária é substancialmente rectangular muito embora possa ser, caso se deseje, sinusoidal. A forma de onda 632 corrente primária tem algumas das mesmas harmónicas da forma de onda 630 de voltagem primária corrente. Ambas as formas de onda 634 e 636 de voltagem secundária e de voltagem corrente são substancialmente sinusoidais. 25 A figura 5 é um gráfico da resposta de uma forma de realização preferencial da presente invenção sob uma condição de ausência de carga. A voltagem primária e a corrente encontram-se em fase. Ilustra-se a forma de onda 600 de voltagem primária, a forma de onda 602 de voltagem corrente, a forma de onda 604 de voltagem secundária, e a forma de onda 606 corrente secundária. A forma de onda 600 de voltagem primária é substancialmente uma onda quadrada de 20 kHz que faz a comutação entre uma voltagem positiva de 200 volts e uma voltagem negativa de -200 volts. No entanto, a forma de onda 600 de voltagem primária pode ser sinusoidal se for usado um inversor com uma concepção adequada. A forma de onda 602 corrente primária é bastante baixa em relação à corrente secundária (sendo inferior a cerca de 10 A), mas estar em fase com a forma de onda 600 de voltagem primária. A forma de onda 604 de voltagem secundária tem um formato substancialmente sinusoidal e está em fase com a forma de onda 600 de voltagem primária. A forma de onda 604 de voltagem secundária tem um formato substancialmente sinusoidal e está em fase com a forma de onda 600 de voltagem primária. A forma de onda 606 de corrente secundária tem uma mudança de fase de 180 em relação à forma de onda 602 de corrente primária sendo igual à corrente de magnetização da bobina de recolha 400. A forma de onda 606 de corrente secundária também apresenta pequenas transições (mudanças de comutação) quando se verifica a mudança da forma de onda 600 de voltagem primária. A figura 6 é um gráfico da resposta de uma forma de realização preferencial da presente invenção sob uma condição de carga. A voltagem primária e a corrente encontram-se em fase. Ilustra-se a forma de onda 610 de voltagem primária, a forma de onda 612 de voltagem primária corrente, a forma de onda 614 de voltagem secundária, e a forma de onda 616 corrente secundária. A forma de onda 610 de voltagem primária 26 é, tal como a forma de onda 600 de voltagem primária, substancialmente uma onda quadrada no entanto, pode ser sinusoidal se for usado um inversor com uma concepção adequada. A forma de onda 612 de corrente primária está em fase com a voltagem primária e tem um valor igual às condições de carga pelo que o facto de energia é um. A forma de onda 614 de voltagem secundária é substancialmente sinusoidal. A forma de onda 616 de corrente secundária também apresenta pequenas transições quando se verifica a mudança da forma de onda 600 de voltagem primária. A figura 25 é um diagrama esquemático de um aspecto da presente invenção, incluindo os inversores de energia primário e secundário. O sistema 2000 ilustrado na figura 25 inclui um conversor 2502 de energia primária e um conversor 2504 de energia secundário. Os conversores de energia 2502 e 2504 tornam possível a aplicação da presente invenção a sistemas que apresentam fontes de alimentação de corrente alterna e cargas, que sejam cargas activas ou passivas, e cargas simples e múltiplas. O conversor de energia primária inclui um inversor de entrada primário 2506, um controlador de energia primária 2508 e um inversor de saída primária 2510. O inversor de entrada primário 2506 é somente necessário para fontes de alimentação de corrente alterna, convertendo de corrente alterna para corrente contínua para o fluxo de energia para a frente e de corrente contínua para corrente alterna para o fluxo de energia para trás, em que o controlador de energia primária 2508 fornece energia de corrente contínua ao inversor de saída primário 2510 como uma voltagem constante para cargas simples ou como uma corrente constante para cargas múltiplas. O inversor 2510 de saída primária converte a energia de corrente contínua numa saída de corrente alterna simples na frequência de funcionamento seleccionada de até 30 kHz. 27 0 conversor de energia secundária 2504 inclui um inversor de entrada secundária 2512, um controlador de energia secundária 2514 e um inversor de saida secundária 2516. O inversor de entrada secundária 2512 converte a voltagem de alta frequência que se encontra induzida na bobina de recolha em corrente continua. O controlador 2514 de energia secundária fornece energia de corrente continua a uma voltagem constante ao inversor 2516 de saida secundária para cargas simples, e controla ainda o fluxo de energia inversa através do inversor 2512 de entrada secundária. O inversor 2516 de saida secundária é somente necessário para cargas de corrente alterna, fazendo a conversão de corrente alterna para corrente continua para o fluxo de energia para a frente e de corrente continua para corrente alterna para o fluxo de energia para trás. A figura 26 é um diagrama em blocos da presente invenção.

As figuras 3A - C são comparações entre o sistema CPS de acordo com a presente invenção e um sistema de acordo com uma técnica anterior. O sistema CPS de acordo com a presente invenção é um sistema de fornecimento de energia sem contacto (CPS) que se encontra descrito anteriormente e também de seguida. O sistema de acordo com a técnica anterior é conhecido como sendo o sistema IPT. Conforme se encontra ilustrado na folha que tem as figuras 3A - C, algumas das caracteristicas do sistema de fornecimento de energia sem contacto de acordo com a presente invenção residem no facto de que a porção secundária do sistema de fornecimento de energia sem contacto da presente invenção ser equivalente a um circuito ressonante em série que inclui séries de elementos de capacidade eléctrica secundários, elementos de indução e elementos de resistência em série com uma carga variável. Conforme se encontra ilustrado no canto superior do 28 lado esquerdo da folha que tem as figuras 3A - C, e conforme será compreendido pelos peritos na técnica, no sistema de fornecimento de energia sem contacto de acordo com a presente invenção as impedâncias dos elementos de capacidade eléctrica secundário e de indução cancelam-se um ao outro na frequência de toque, independentemente do facto de existir alguma carga na carga máxima classificada. A corrente que passa através do sistema é constante (em 86 , 4 A para o sistema em concreto estudado). Não há exigências relativamente à relação entre taxa de impedância da impedância secundária e a resistência da carga. 0 ângulo de fase entre a voltagem na combinação de série é independente da carga. Finalmente, a energia transferida para a secundária é limitada à concepção do bloco de energia.

Na comparação proporcionada pela figura 3, a carga secundária tem sido referida como sendo a primária e os circuitos equivalentes com os diagramas de vectores correspondentes para as condições de carga nula e de uma carga máxima. 0 conversor de energia primário de acordo com o desenho da presente invenção fornece uma corrente constante e, deste modo, a energia pode ser transferida para várias cargas de magnitude variável sem que uma das cargas afecte as restantes. Usando o processo de compensação anteriormente descrito, o sistema funciona com um factor de energia unitária sob todas as condições de carga e, deste modo, a eficácia é bastante elevada. De um modo adicional, a frequência ressonante do sistema é estável e não é afectada pelas condições variáveis de carga. A titulo de contraste, o sistema IPT é um circuito ressonante

paralelo que funciona sob condições de voltagem constante. A impedância da secundária é de pelo menos 3 vezes a resistência da carga. A recolha do sistema IPT é desligada 29 pela reactância do sistema secundário. 0 ângulo de fase entre a voltagem (constante) e a corrente através do sistema IPT depende da carga. Por fim, a energia transferida para o secundário é limitada pelo facto a voltagem do sistema ser limitada e pelo comprimento da zona na qual o secundário opera. Em resumo, conforme se encontra ilustrado na figura 3A, o sistema CPS de acordo com a presente invenção é de aproximadamente 97 por cento eficaz, enquanto que o sistema IPT é de aproximadamente 88 por cento eficaz. Conforme se encontra ilustrado na figura 3B, a energia transmitida pelo sistema de CPS de acordo com a presente invenção (sob certas condições previamente determinadas) é de cerca de 40 kW, enquanto que a energia transmitida pelo sistema IPT (sob as mesmas condições previamente determinadas) é de 28 kW. De um modo adicional, conforme se encontra ilustrado na figura 3C, as perdas do cabo de acordo com o sistema CPS da presente invenção (sob condições previamente determinadas) é de cerca de 900 W, enquanto que as perdas do cabo do sistema IPT são maiores do que 3,7 kW.

Em contraste com a presente invenção, as técnicas anteriores usam capacidade eléctrica paralela para compensar o circuito de indução primária, o que tem como resultado uma corrente de circulação muito elevada que é quase independente da magnitude da carga. Este elevado nivel de energia de reacção é descrito como sendo necessário de modo a que, de uma forma parcial, mas não de um modo completo, anula as consequências da variação da magnitude da carga forçando o sistema a funcionar sempre a um valor inferior a uma unidade e, deste modo, aumenta as perdas e reduz a transferência de energia.

De um modo adicional, as técnicas anteriores descrevem a necessidade de desligar os secundários de modo a, de uma forma parcial mas não de uma forma completa, ultrapassa o efeito de limitação da energia de um secundário com uma carga ligeira sobre os outros secundários. Por fim, as técnicas 30 anteriores descrevem a forma como as cargas variáveis fazem mudar a frequência de ressonância e, deste modo, tornam necessário algum tipo de ajuste de sintonização. A figura 9A é um diagrama que ilustra as linhas de fluxo em torno do núcleo secundário da forma de realização preferida do sistema de fornecimento de energia sem contacto em que o sistema de fornecimento de energia sem contacto da presente invenção se encontra sob uma primeira condição de teste. 0 núcleo secundário tem uma alavanca central 421 e das duas alavancas 422 e 423. 0 núcleo é formado a partir do ferro do núcleo convencional e tem um fluxo livre de cerca de 48 por cento (isto é, a relação entre o fluxo secundário e o fluxo primário é de 1,48). A figura 9B é um gráfico da densidade de fluxo em torno do núcleo secundário a partir da forma de realização preferencial do sistema de fornecimento de energia sem contacto da presente invenção, em que o sistema de fornecimento de energia sem contacto se encontra sob a primeira condição de teste. A figura 10A é um diagrama que ilustra as linhas de fluxo em torno da peça de haste anteriormente discutida da forma de realização preferida do sistema de fornecimento de energia sem contacto de acordo com a presente invenção, onde o sistema de fornecimento de energia sem contacto de acordo com a presente invenção se encontra sob uma segunda condição de teste. 0 núcleo secundário tem a alavanca central 421, e duas alavancas laterais 422 e 423. 0 núcleo é feito de um novo núcleo de ferro e tem um fluxo livre de somente 8 por cento (ou seja, a relação entre o fluxo secundário e o fluxo primário é de 1,08). A figura 10B é um gráfico da densidade de fluxo em torno da peça de haste da forma de realização preferida do sistema de fornecimento de energia sem contacto, em que o sistema de fornecimento de energia sem contacto se encontra sob uma segunda condição de teste. 31 A figura 16A é um diagrama esquemático que explica o funcionamento de um aspecto da presente invenção e a figura 16B é um diagrama esquemático que explica o funcionamento de uma forma de realização prática da presente invenção. Em ambas as figuras as bobinas 700A e 700B representam duas metades da indução distribuída do primário 200 (ver a figura 1 e a sua discussão) . A bobina 702 é um dos enrolamentos de uma bobina de recolha (como seja a primeira recolha 300 e a segunda recolha 400) . A bobina 704 é um outro dos dois enrolamentos de uma bobina de recolha (como seja a primeira recolha 300 e a segunda recolha 400). A bobina 702 encontra-se ligada à bobina 700A e a bobina 704 está ligada à bobina 700B. A bobina 700A tem uma impedância de indução de jXPi e a bobina 700B tem uma impedância de indução de jXP2. A frequência de toque da bobina 702 é estabelecida pelo condensador 710, o qual tem uma impedância de condensador de -jXCPi e a frequência de toque da bobina 704 é estabelecida pelo condensador 712 que tem uma impedância de condensador de -jXCP2. Na figura 16A a carga é representada por duas resistências 706 e 708. Na figura 16B, a carga é representada pela resistência 806.

Durante o funcionamento, o circuito representado pelas figuras 16A e 16B é activado por uma voltagem V0 de corrente alterna que induz uma corrente I0. A passagem da corrente Io através das bobinas 700A e 700B gera as respectivas voltagens VPl e VP2 que, através do funcionamento do circuito das figuras 16A e 16B, faz com que as respectivas voltagens VLi e VL2 sejam geradas nas resistências 706 e 708. O condensador 714 e o indutor 716 são seleccionados de modo a que as suas impedâncias (respectivamente -jXCs e jXLs) se cancelem uma à outra na frequência de toque. 32 A figura 27 é um diagrama esquemático do circuito indutivo primário de acordo com a presente invenção. 0 circuito indutivo 2100 inclui os condutores múltiplos 2700 ligados em paralelo. De modo a aumentar os amperes, o circuito indutivo primário 2100 inclui múltiplos condutores 2700 ligados em paralelo. De modo a aumentar os amperes, o circuito indutivo primário 2100 pode ser configurado com várias voltas. A desvantagem é que a voltagem do inversor de saída primária aumenta com cada uma das voltas, e esta voltagem encontra-se limitada pela classificação do componente. Ao ligarem-se múltiplos condutores em paralelo as voltas de amperes do circuito de indução primário 2100 aumentam sem que se aumente a voltagem do inversor. Os condutores individuais 2700 são aumentados através do equilíbrio dos transformadores 2702 de equilíbrio de corrente, conforme poderá ser entendido pelos peritos na técnica. Cada um dos transformadores 2702 compara as duas correntes e adiciona uma voltagem ao condutor 2 700 com a corrente baixa e subtrai uma voltagem do condutor 2700 com a corrente mais elevada equalizando deste modo as correntes nos condutores 2700. Isto minimiza as perdas e aumenta a eficácia. A figura 28 é um diagrama esquemático de uma forma de realização da presente invenção em que as redes primária e secundária de transferência de energia são sistemas de três fases. O inversor 2510 de saída primária está concebido como sendo um inversor de três fases e o circuito de indução primário 2100 inclui três condutores paralelos 28000 ao invés de dois. A bobina de recolha 2802 tem um núcleo ferro magnético de quatro alavancas e enrolamentos distribuídos que se encontram ligados de um modo magnético ao circuito de indução primário 2100. Isto permite uma maior transferência de energia. 33 A figura 29 é um diagrama esquemático de uma forma de realização da presente invenção que ilustra uma primeira bobina de recolha 2900 ligada de um modo magnético a um circuito primário 2902. O circuito de indução primário 2902 é compensado até ao factor de energia unitária com um condensador em série 2904. A primeira bobina de recolha 2900 encontra-se ligada a uma primeira carga 2906 por intermédio de um primeiro inversor de entrada 2908. A primeira bobina de recolha 2900 está ainda associada a um circuito de indução secundária 2910 que se encontra compensado até ao factor de energia unitária com a capacidade eléctrica em série 2912. Uma segunda bobina de recolha 2914 encontra-se ligada de um modo magnético ao circuito de indução secundário 2910, compensado até ao factor de energia unitário com a capacidade eléctrica 2916 e ligado a uma segunda carga 2916 através de um segundo inversor de entrada 2920. Mais de uma bobina de recolha pode ser ligada de um modo magnético ao circuito de indução primário 2902 ou ao circuito de indução secundário 2910, e mais de um inversor de entrada secundário 2920 pode ser ligado a cada uma das bobinas de recolha 2914. Isto vai permitir que a energia seja transferida desde um dos primários a um ou mais dos secundários com cargas múltiplas em que as cargas se encontram em funcionamento em eixos de movimentação diferentes.

Um exemplo de uma tal aplicação é uma catenária superior em que a ponte se desloca na direcção longitudinal, o carrinho se encontra a deslocar-se lateralmente, e o gancho se encontra a deslocar-se na vertical. Podem estar em deslocação uma ou catenárias ao mesmo tempo na pista. Este aspecto da presente invenção possibilita que a energia sem contacto possa ser transferida para todas as drives da catenária a partir de um primário simples. 34

As figuras 12A - E são diagramas esquemáticos de uma forma de realização preferencial da presente invenção com uma configuração de zona primária. Conforme se encontra ilustrado, cada uma das zonas é ou activa (ver figura 12B) ou passiva (ver figura 12C), dependendo da posição do(s) comutador(es) 650, conforme se encontra ilustrado pelas setas que indicam a corrente através das várias linhas.

Quando uma zona está inactiva encontra-se magneticamente neutra e não pode transmitir energia para a secundária. Isto permite o controlo da zona para a anti colisão de vários veículos. Como cada uma das zonas se encontra restrita a uma carga, todas as cargas se encontram ligadas em paralelo e apresentam a mesma voltagem. A ligação em paralelo das cargas elimina o fenómeno da impedância de reflexo através de várias séries de cargas. Através da comutação adequada das zonas há uma configuração de comutação que permite que os inversores alimentem várias zonas de energia de modo a fazerem a partilha da carga numa zona adjacente no caso de uma falha do inversor. A figura 12D é um circuito equivalente ao circuito ilustrado na figura 12b e a figura 12E é o circuito equivalente ao circuito que se encontra ilustrado na figura 12C. O princípio do controlo da corrente primária constante implica uma corrente alterna de elevada frequência Iprim na

saída do inversor, a qual flúi através do primário. A corrente alterna lprim é formada com uma forma de onda contendo a entrada de corrente contínua i0 na entrada de inversor. A ondulação que contém a corrente contínua de entrada Io forma uma corrente contínua lisa e sem ondulação I4 de igual valor através de um pequeno condensador de alisamento que proporciona a voltagem de corrente contínua variável U41. A corrente contínua I4 é medida com uma sonda de 35 corrente sendo introduzida num controlador de corrente. Este controlador de corrente proporciona um sinal ao transístor no primário (conversor) que varia a voltagem sempre constante da corrente continua 1½ formando uma carga secundária total dependente da voltagem de corrente continua 1½ de modo a que a amplitude da corrente primária alterna Iprim que fica constante. Como o condensador de alisamento e a indução de alisamento do interruptor de corrente continua (conversor) actua como sendo um "tampão" em relação à variação de energia no secundário. Deste modo. Somente as fracas variações de energia (com uma frequência inferior a 10Hz) têm de ser controladas por um controlador de corrente primário. Deste modo, os componentes de elevada frequência (30 kHz) de Io podem ser facilmente separados através do condensador de alisamento U41.

Em resumo, os secundários podem ser desligados alimentando o primário com a corrente constante ao invés de uma voltagem constante. Como a série de corrente eléctrica das secundárias (como pode observar-se do lado primário), a corrente primária não irá mudar mesmo se as cargas individuais do secundário se alterarem pois a corrente é controlada por um controlador de corrente primária é controlado por um controlador de corrente primária. De um modo adicional, um conversor de impulsão (descrito de um modo detalhado em relação à figura 1) em cada um dos secundários converte a corrente primária constante (a qual é transformada em cada um dos lados do secundário por intermédio da bobina de recolha) formando uma voltagem de corrente de saida constante na saida secundária.

Conforme se encontra ilustrado nas figuras 12D e 12E, a voltagem constante U0 dá entrada no lado de entrada do lado esquerdo da secção activa. Esta voltagem será transmitida para o lado direito da secção de modo a alimentar a seguinte secção (não ilustrada) com a energia U0 10. A corrente de 36 entrada do lado esquerdo de entrada é igual à corrente de saída (10) mais a secção de corrente (11), que é o equivalente à energia do veículo no interior da secção activa. Os transformadores extra de saída são pequenos como resultado da elevada frequência aplicada. No interior da caixa de comutação 652 encontram-se condensadores de compensação (não ilustrados), transformadores sobressalentes (até 20 kW), e um comutador mecânico ou semicondutor. As vantagens desta configuração são que: não se torna necessário qualquer dispositivo de sintonização dependente das cargas variáveis, existe uma voltagem constante para todas as secções, há unidades de controlo e de energia simples para a alimentação energética dos veículos não havendo ligação entre os diferentes veículos dependendo das cargas variáveis. Por outro lado, na técnica anterior, para cargas secundárias múltiplas a bobina de recolha tem de ser desligada de modo a minimizar o efeito de uma ou mais das bobinas de recolha de carga ligeira.

As figuras 13A - C são diagramas de comutação de uma forma de realização preferencial da presente invenção com uma configuração primária de zonas múltiplas. A figura 13A ilustra a condição por defeito em que um primeiro inversor 660 impulsiona uma primeira zona 662 de acordo com as posições do comutador 663, e um segundo inversor 664 impulsiona uma segunda zona 666 de acordo com as posições do comutador 668. A figura 13B ilustra uma primeira condição de fracasso em que o primeiro inversor 660 falha e o segundo inversor 664 impulsiona a primeira zona 662 e a segunda zona 666. O primeiro inversor 660 é desligado de acordo com o comutador 663, o qual também uniu a primeira zona 662 ao segundo inversor 664. A figura 13C ilustra uma segunda condição de fracasso em que o segundo inversor 664 fracassa e o primeiro inversor 660 impulsiona a primeira zona 662 e a segunda zona 666. O segundo inversor 664 +e desligado de 37 acordo com o comutador 668, o qual ligava também a segunda zona 666 ao primeiro inversor 660. A figura 1 é um diagrama esquemático dos componentes e dos subsistemas de uma forma de realização preferencial da presente invenção. O sistema 90 de transferência de energia sem contacto inclui uma alimentação de energia 100, um primário 200, uma primeira recolha 200, uma segunda recolha 400 e um elemento de carga 500. Conforme pode ser facilmente compreendido pelos peritos na técnica, recolhas adicionais, idênticas às primeira e segunda recolhas 300 e 400, podem ser adicionadas ao sistema 90 de transferência de energia sem contacto sem afectarem a descrição seguinte. A alimentação de energia 100 inclui um interruptor de corrente constante que inclui um interruptor de transístor 104, um indutor 103, um sensor 102, um controlo 101 de corrente constante e um rectificador 106. O comutador de transístor 104 controla a corrente que passa através do indutor 103 e do sensor 102 como resposta a um sinal de controlo produzido pelo controlo de corrente constante 101. o sinal de controlo produzido pelo controlo de corrente constante 101 é determinado por um sinal de sensor que é produzido pelo sensor 102. Um condensador de entrada de corrente contínua 105 alisa os reflexos da voltagem de entrada de corrente contínua. O condensador 107 alisa a saída de voltagem do interruptor da corrente constante controlada. A alimentação de energia 100 inclui ainda um inversor de alta frequência que inclui comutadores de transístor 108, 109, 110 e 111. Cada um dos comutadores de transístor 108 - 111 inclui a combinação em paralelo de um díodo com um transístor que é controlada por um controlador convencional (não ilustrado). O controlador faz a comutação dos interruptores de transístor 108 - 111 na frequência de toque do primário 200 e das primeira e segunda recolhas 300 e 400. A frequência de toque encontra-se habitualmente compreendida entre 10 kHz e 20 kHz. 38 0 primário 200 é formado como sendo um circuito com dois troços 200a e 200b e inclui uma pluralidade de voltas. O primário 200 é ligado por indução a um ou mais de entre as primeira e segunda recolhas 200 e 300. O primário 200 está ainda ligado à alimentação de energia 100 através de séries de condensadores 201 e 202. As séries de condensadores 201 e 202 são sintonizadas para a mesma frequência de toque, assim como as primeira e segunda recolhas 300 e 400. Deste modo, o factor de energia do sistema 90 de transferência de energia sem contacto é sempre configurado para um independentemente da saida efectiva de energia.

As primeira e segunda recolhas 300 e 400 são idênticas. Deste modo, somente a segunda recolha 400 será descrita de seguida. A segunda recolha 400 encontra-se também ilustrada na figura 2, que é uma vista em corte transversal de uma bobina de recolha de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção. A segunda bobina de recolha 400 inclui um núcleo 410 de ferro ferroso em forma de E com uma alavanca

central 421 e com duas alavancas laterais 422 e 423. A segunda recolha 400 inclui ainda um primeiro enrolamento 412 e um segundo enrolamento 414. O primeiro enrolamento 412 inclui um enrolamento 401 (que é enrolado em torno da alavanca lateral 422) e o enrolamento 402 (que é enrolado em torno da alavanca central 421). O segundo enrolamento 414 inclui o enrolamento 404 (que se enrola em torno da alavanca lateral 423) e o enrolamento 403 (que se enrola em torno da alavanca central 421). O troço 200a do primário 200 passa

entre a alavanca central 421 e a alavanca lateral 423. O primeiro enrolamento 412 é ligado em paralelo com um condensador 405 de modo a formar um segundo circuito ressonante. O segundo enrolamento 414 é ligado em paralelo com um condensador 406 de modo a formar um segundo circuito ressonante. Cada um dos primeiro e segundo circuitos 39 ressonantes é sintonizado para a frequência de toque. Os primeiro e segundo circuitos ressonantes são ligado a porções de um rectificador de ponte 407 ligado em paralelo à saída de corrente continua das primeira e segunda recolhas 300 e 400.

As saidas de corrente contínua das primeira e segunda recolhas 300 e 400 são ligadas uma à outra em paralelo num circuito secundário 490 em conjunto com o elemento de carga 500. O elemento de carga 500 inclui um indutor 501, um condensador 502 e uma carga 503. O elemento de carga 500 pode ainda incluir um conversor de impulso 504. A voltagem de saída de corrente contínua das primeira e segunda recolhas 300 e 400 é alisada pela indutância 501 e pelo condensador 502. Caso haja várias recolhas como sejam as primeiras recolhas 300 e 400 ligadas ao secundário, o conversor de impulso 504 pode ser incluído no elemento de carga 500 de modo a manter uma voltagem de saída constante na carga 503. Isto vai compensar o efeito das cargas individuais. A figura 30 é um diagrama esquemático detalhado de uma forma de realização preferencial da presente invenção. No lado primário o conversor de energia primário inclui o inversor de entrada controlada, o controlador de energia intermédia e o inversor de saída controlada. O inversor de saída é somente necessário se a fonte de alimentação de energia primária for de corrente alterna. Se rectificar a energia de entrada e através do condensador de filtro e do indutor estabelece um ligação de voltagem de corrente contínua intermédia lisa e constante. Dependendo do facto de o sistema secundário ter uma ou mais cargas múltiplas, o controlador de saída intermédia fornece ao inversor de saída uma voltagem constante ou uma corrente constante. O inversor de saída controlado converte a energia 40 de corrente contínua de saída numa saída de alta frequência de até 30 kHz e aplica-lhe o circuito de indução primário. O circuito primário é ilustrado como sendo quatro condutores paralelos com transformadores de equilíbrio da energia, de acordo com o que se encontra descrito na outra figura, sendo o circuito compensado para uma energia unitária, neste caso através de condensadores concentrados ligados por transformadores, de acordo com o que se encontra anteriormente descrito. O primeiro sistema secundário tem uma carga de corrente contínua activa de modo a que o conversor de energia secundário irá consistir por um inversor de impulsos controlado, por um controlador de energia intermédio e por um inversor de saída. A bobina de recolha é compensada por adaptação para o factor de energia unitária e fornece uma voltagem constante de energia de entrada ara o inversor de entrada onde se verifica a respectiva rectificação e alisamento e onde se dá o envio para o emissor de saída para a distribuição da carga. Quando a carga se torna activa a secção de rectificador do inversor de saída converte a corrente alterna em corrente contínua e o controlo de energia inversa do controlador de energia intermédia gere o fluxo de energia inversa de volta para o primário de acordo com o anteriormente descrito. O segundo sistema secundário tem uma carga de corrente contínua activa pelo que o conversor de energia secundário não inclui um inversor de saída. Um outro aspecto importante da presente invenção encontra-se ilustrado, ou seja, duas bobinas de recolha encontram-se ligadas em paralelo na saída de corrente contínua de modo a aumentar a transferência de energia. Este controlo da energia invertida é essencialmente a mesma que para a carga de corrente alterna. 41 A figura 11 é um outro diagrama esquemático de uma forma de realização preferencial da presente invenção. Os componentes apresentam os mesmos números de referência que já lhes tinham sido atribuídos nas figuras 1 e 2. A figura 14 é um diagrama de temporização que ilustra o princípio do controlo da corrente de uma alimentação de energia de vários veículos de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção, conforme se encontra ilustrado nas figuras 12A - E e nas Figuras 13A - C. A figura 15 é um diagrama esquemático que ilustra o princípio do controlo de corrente de uma alimentação de energia de vários veículos de acordo com uma forma de realização preferencial da presente invenção. Quando é adequado, os componentes recebem os mesmos números de referencia que nas figuras 1 e 2. Os transístores 104i - 1046 são impulsionados pelas formas de onda intituladas, respectivamente, como Τχ -T6 na figura 14. De todos os modos, os componentes ilustrados na figura 15 serão entendidos pelos peritos na técnica. A figura 17A é um diagrama esquemático que explica a voltagem

real sem variação e a corrente real da presente invenção. A figura 17A ilustra quatro diagramas de vectores que se referem a cargas crescentes. A condição de ausência de carga encontra-se ilustrada no lado esquerdo da figura 17A enquanto que uma grande carga se encontra ilustrada no lado direito na figura 17A. Os níveis intermédios de carga encontram-se ilustrados no meio da figura 17A. Nas condições que se encontram ilustradas no circuito das figuras 16A e 16B, em que os vectores representam as voltagens e as correntes ilustradas nas figuras 16A e 16B. 0 ponto mais significativo ilustrado pela figura 17 é que, muito embora a voltagem induzida em qualquer uma das bobinas 702 e 704 possa variar tanto em termos de magnitude como em termos de ângulo de 42 fase, o componente real da voltagem (isto é, a sua projecção no eixo vertical) não apresenta variação. Do mesmo modo, o componente real das correntes através das bobinas 702 e 704 (isto é, a sua projecção no eixo horizontal) são invariáveis. A figura 17B é um diagrama de temporização que ilustra as relações de fase das várias voltagens e das várias correntes numa forma de realização preferencial da presente invenção. A voltagem VO e a corrente 10 encontram-se na mesma fase pois o circuito ilustrado nas figuras 16A e 16B apresenta uma impedância real (isto é, uma impedância não indutiva e não capacitante) . As voltagens Vpi, Vp2, VRLi e VRL2 apresentam várias fases.

As figuras 31A - B são diagramas esquemáticos de aspectos adicionais da compensação em série do circuito de indução da presente invenção. A figura 31A ilustra um circuito primário de duas voltas que é compensado com condensadores que se encontram distribuídos ao longo do circuito. A figura 31B ilustra o mesmo circuito primário de duas voltas no qual a compensação é efectuada por um grupo concentrado de condensadores em paralelo os quais podem ser ligados e desligados do circuito de modo a aumentar ou a diminuir a capacidade de condensadores total. O grupo de condensadores é ligado através do transformador a cada um dos troços do circuito e a sintonização é tornada mais fácil simplesmente ajustando o número de enrolamentos de cada uma das bobinas do transformador.

As figuras 18A - B são diagramas esquemáticos que ilustram a capacidade da presente invenção para funcionar tanto com a energia para a frente como com a energia a alimentar para trás. Isto é bem entendido pelos peritos na técnica pois o controlo de um inversor primário 900 incluindo uma fonte de alimentação de corrente 902 e transístores de controlo 904 43 geram energia eléctrica que passa através de ma bobina primária 906 que se encontra ligada a uma bobina (secundária) de recolha 908. O campo magnético induzido na bobina primária 906 induz uma voltagem ao longo da bobina de recolha 908, a qual é então rectificada pela ponte de díodo que inclui os díodos 910 e a energia resultante de corrente contínua é feita passar para a carga 912. Através de simetria a energia pode ser transferida na direcção inversa pois o circuito ilustrado na porção inferior da figura 18 encontra-se configurado para ser simétrico em relação ao que se encontra ilustrado na porção superior da figura 18. Na porção inferior ilustrada na parte de cima da figura 18. Na porção inferior da figura 18 a fonte de alimentação de corrente 902 é controlada pelos transístores de controlo 904 de modo a gerar energia eléctrica que passa através da bobina de recolha 908 e vai até à bobina primária 906 onde se dá a sua rectificação através da ponte de díodo incluindo os díodos 910. A energia de corrente contínua resultante é feita passar para a carga 912 (que pode ser a linha ou outro consumidor, como seja uma outra carga em outra zona). A figura 19 é um diagrama esquemático que ilustra uma forma de realização prática de uma forma de realização preferida da presente invenção. O circuito 1000 ilustra uma carga controlada 1002 que se encontra a ser impulsionada pelo circuito ilustrado na figura 16B (que é equivalente ao circuito ilustrado na figura 16A). Por outro lado, e conforme será compreendido pelos peritos na técnica correspondente, a carga controlada 1002 pode ser tida como incorporando ambos os circuitos (isto é, a alimentação de para a frente e para trás) que se encontram ilustrados na figura 18. Por outras palavras, dependendo da forma como a energia invertida do circuito de controlo 1004 activa os transístores Tl, T2, T3 e T4, somente existe uma de entre duas situações possíveis.

Numa das situações, a energia flúi a partir da linha à qual o 44 circuito de bobina se encontra ligado à carga 1000 pois os diodos Dl, D2, D3 e D4 rectificam a energia recebida (isto é, os transístores Tl, T2, T3 e T4 são desligados) . Na outra situação, a energia flúi a partir da carga 1002 para a linha à qual o circuito 1006 se encontra ligado pois os díodos Dl, D2, D3 e D4 são desligados quando se ligam os transístores Tl, T2, T3 e T4. Se uma outra carga controlada como seja a carga controlada 1002 for ligada ao circuito primário que apresenta a voltagem v0, essa carga controlada pode ser configurada para receber energia do circuito 1000. Por outro lado, a energia que flúi do circuito 1000 é transferida de volta para a fonte de energia que se encontra a alimentar a voltagem V0 e a corrente I0.

Muito embora tenha sido acima feita uma descrição detalhada da forma de realização preferencial da presente invenção, há muitas formas de realização alternativas da presente invenção que poderiam ocorrer aos peritos na técnica e que se encontram dentro do âmbito da presente invenção e que é determinada pelas reivindicações. 22-02-2007 45

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema sem contacto destinado a transferir de um modo magnético energia de uma fonte de alimentação de energia (100. 2002 para uma carga secundário (500, 2003), que compreende: um conversor de energia primário (2502) que pode ser ligado à fonte de alimentação de energia de entrada (100, 2002) e que inclui um inversor de saída (2510); um circuito de indução primário (100, 2100) que é fornecido pelo inversor de saída (2510), em que o circuito inclui pelo menos uma volta; uma bobina de recolha secundária (200, 300, 2104) ligada de um modo magnético ao circuito de indução primário (200, 2100) ; e um conversor de energia secundário (2504) fornecido pela bobina de recolha secundária (200, 300, 2104), em que o conversor de energia secundário (2504) inclui um inversor de entrada (2512) e pode ser ligado à carga secundária (500, 2003), caracterizado por um primeiro inversor (2510) que é configurado para a frequência de funcionamento desejada, em que o primeiro inversor alimenta um sistema primário (2004, 2008) com uma voltagem constante ou com uma corrente constante e mantém o factor de energia do sistema de indução sem contacto igual a um, independente da primeira carga, 1 uma unidade de recolha de energia secundária (2104) que inclui um núcleo ferro magnético (410) e pelo menos duas bobinas (412, 414) que se encontram cada uma delas distribuídas no núcleo ferro magnético de modo a que se encontrem em parte ligadas de um modo magnético e em parte desligadas de um modo magnético, e dois enrolamentos em que cada um deles se encontra em parte compensado com um condensador paralelo, e um circuito de compensação que de um modo automático e passivo compensa os dois enrolamentos num factor de energia unitário e de um modo passivo fornece energia em fase a uma voltagem constante à primeira carga secundária independentemente da magnitude da primeira carga secundária.
2. O sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os dois enrolamentos (412, 414) serem, cada um deles, compensados para um factor de energia unitário com um ou mais condensadores (405, 406) ligados em paralelo com os enrolamentos.
3. O sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o circuito de indução primário (200) ser compensado para um factor de energia unitário com um ou mais condensadores (201, 202; Cl - C4) ligados em série com o circuito de indução.
4. O sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os condensadores em série (Cl - C4) se encontrarem distribuídos ao longo do circuito de indução primário.
5. O sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por os condensadores em série se encontrarem concentrados e ligados por transformador ao circuito de indução primário (fig. 31B) 2 6. 0 sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado por uma pluralidade de bobinas de recolha (300, 400) se encontrarem ligadas em paralelo de modo a aumentarem a transferência de energia.
7. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado por o conversor de energia secundário (2504) incluir um controlador de energia inversa (2514) de modo a que a energia gerada pela carga possa ser transferida de um modo magnético de volta para o primário através da bobina de recolha.
8. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado por o conversor de energia primário (2502) incluir um controlo constante da corrente (101, 2506) de modo a que a energia fornecida ao circuito de indução primário (200, 300, 2100) se encontra sempre a uma corrente constante.
9. O sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o controlo da corrente constante ser conseguido por intermédio de um controlo variável dos impulsos do inversor de saida (2510) .
10. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado por o conversor de energia primário (2502) fornecer uma voltagem constante ao inversor de saida (2510).
11. O sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a magnitude da corrente primária ser dependente da carga e cair no nivel de magnetização quando a carga secundária (500, 2003) é zero.
12. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado por o circuito de indução primário (2700) 3 incluir condutores múltiplos ligados em paralelo de moço a aumentar o total de voltas de amperes. 13. 0 sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os condutores múltiplos do circuito de indução primário (2700) se encontrarem ligados por intermédio de transformadores de equilíbrio da corrente (2702) .
14. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 13, caracterizado por o conversor de energia primário (2502) incluir um inversor de entrada (2506) de modo a albergar uma fonte de corrente alterna.
15. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 14, caracterizado por o conversor de energia secundário (2504) incluir um inversor de saída (2516) de modo a albergar uma carga de corrente alterna.
16. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 15, caracterizado por o circuito de indução primário (2100) e a bobina de recolha secundária (2802) funcionarem com uma corrente de três fases.
17. O sistema de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por o inversor de saída primário (2510) e o inversor de entrada secundário (2512) funcionarem como pontes de três fases.
18. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 17, caracterizado por um circuito de indução secundário (2910) se encontrar ligado à primeira bobina de recolha secundária (2900) através de uma série de condensadores de compensação (2912) e em que o circuito de indução secundário (2910) se encontra ligado de um modo magnético a uma segunda bobina de recolha secundária (2914) em que a segunda bobina de recolha 4 secundária (2914) é compensada com condensadores em paralelo (2916) de modo a transferir a energia para uma segunda carga secundária (2918) através de um segundo conversor de energia secundário (2920).
19. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 18, caracterizado por o circuito de indução primário se encontrar dividido em múltiplas zonas (SI - S5) e em que cada uma das múltiplas zonas (SI - S5) poder ser comutada entre magneticamente activa e magneticamente neutra, em que cada uma das múltiplas zonas (SI - S5) tem a capacidade para transmitir a energia somente quando se encontra magneticamente activa, em que cada uma das zonas múltiplas (SI - S5) se encontra ligada em paralelo em relação ao inversor de saida primário (2006).
20. O sistema de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por as zonas múltiplas (SI - S5) serem controladas de um modo tal que somente uma carga secundária tem a possibilidade de ocupar qualquer uma das zonas (fig. 12A).
21. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 20, caracterizado por o conversor de energia primário (2502) incluir uma pluralidade de inversores de energia primários (2510) em que cada um dos inversores de saída primários (2510) se encontra ligado a um de entre uma pluralidade de circuitos de indução primários (200, 300, 2100).
22. O sistema de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por qualquer um dos inversores de saída primários (2510) fornecer energia a duas ou mais de entre os circuitos de indução primários (200, 300, 2100) .
23. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 22, caracterizado por o conversor de energia primário (2502) 5 incluir uma pluralidade de pontes de inversor de saída ligadas em paralelo. 24. 0 sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 23, caracterizado por o circuito de indução primário (200, 300, 2100) se feito por um cabo industrial padrão (não Litz) de condutores múltiplos.
25. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 24, caracterizado pelo facto de, para um dispositivo móvel serem fornecidos uma bobina de recolha (400) com dois enrolamentos (412, 414) que se encontram em parte ligados de um modo magnético e em parte desligados de um modo magnético, em que cada um deles se encontra ligado com um condensador de ressonância (405, 406) em paralelo e que se encontra sintonizado com a frequência de ressonância; um circuito de indução primário que se encontra ligado com um ou mais condensadores (201, 202) em série e que se encontram sintonizados para a mesma frequência de ressonância que a bobina de recolha (400); um inversor de corrente alterna de alta frequência (108 -111) que se encontra sintonizado para a frequência de ressonância e fornece ao sistema primário uma voltagem constante ou uma corrente constante, configurando sempre o factor de energia para um valor independente da carga efectiva, e um interruptor de corrente constante (101 - 106) que alimenta o inversor de corrente alterna (108 - 111). 6 26. 0 sistema de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por uma bobina de recolha ser dotada de enrolamentos adicionais mas não de condensadores que se encontram ligados em paralelo. 27. 0 sistema de transferência de energia de indução de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por uma pluralidade de bobinas de recolha (2700) se encontrar ligada em paralelo na saída da corrente continua.
28. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 27, caracterizado por o primário ter uma corrente primária que é determinada pela primeira carga.
29. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 28, caracterizado por a corrente primária cair num nível de magnetização da primeira bobina de recolha quando a primeira carga cai em zero.
30. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 29, caracterizado por um sistema de comutação destinado a permitir que um inversor de corrente alterna alimente uma zona de energia com uma porção de carga adjacente a uma zona de energia no caso de um dos inversores de corrente alterna falhar.
31. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 30, caracterizado por pelo menos uma das cargas incluir um circuito de controlo da voltagem destinado a manter uma voltagem constante em pelo menos uma das cargas.
32. O sistema de acordo com uma das reivindicações de 1 a 31, caracterizado por primeiros meios de recolha destinados a receber energia magnética, estando os primeiros meios de 7 bobina de recolha sintonizados para uma frequência de ressonância; meios primários para transportarem a energia magnética à frequência de ressonância, em que os meios primários incluem um circuito, estando o circuito ligado com um ou mais condensadores em série; primeiros meios de inversor de corrente alterna destinados a alimentarem os meios primários com uma voltagem constante ou com uma corrente constante, em que os primeiros meios de inversor da corrente alterna mantêm o seu factor de energia igual a um, independentemente da primeira carga; e meios de corrente constante destinados a produzir energia eléctrica para o primeiro inversor de corrente alterna, em que a energia eléctrica transferida para a primeira carga tem um factor de energia unitário.
33. Um processo para transferir energia eléctrica de um sistema primário para uma primeira carga (500, 2003) através de um sistema de indução sem contacto, em que o processo compreende as etapas de: a) fornecimento de uma primeira bobina de recolha (300, 400, 2104) destinada a receber energia magnética, em que a primeira bobina de recolha (300, 400, 2104) se encontra sintonizada para uma frequência de ressonância; b) fornecimento de um primário (200, 2100) destinado a transportar a energia magnética à frequência de ressonância, em que o primário (200, 2100) inclui um circuito que se encontra ligado com um ou mais condensadores (201, 202) em série; 8 c) fornecimento de um primeiro inversor de corrente alterna (108, 111) de modo a introduzir o primário (200, 2100) com uma voltagem constante ou com uma corrente constante, em que o primeiro inversor de corrente alterna (108 - 111) mantém o seu factor de energia igual a um, independente da primeira carga (500 - 2003); e d) fornecimento de um dispositivo de corrente constante (101 106) para produzir energia eléctrica para o primeiro inversor de corrente alterna (108 - 111), em que a energia eléctrica transferida para a primeira carga (500, 2003) tem um factor de energia unitário. 22-02-2007 9