DE10048040A1

DE10048040A1 - Schwingkreis zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Magnetfeld

Info

Publication number: DE10048040A1
Application number: DE10048040A
Authority: DE
Inventors: Guntram Scheible; Jean Schutz; Berthold Dilger
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-11

Abstract

Es wird ein Schwingkreis zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Magnetfeld mit einer Wicklung (1) als induktivem Glied und mindestens zwei in Reihe liegende Kondensatoren (3, 4) als kapazitivem Glied vorgeschlagen, wobei einem dieser Kondensatoren (4) ein Gleichrichter (5) parallelgeschaltet ist, dem ausgangsseitig elektrische Energie gewünschter Spannung entnehmbar ist, wobei das Verhältnis der Kapazitäten der Kondensatoren (3, 4) derart bemessen ist, daß aus der Gesamtspannung des Schwingkreises der gewünschte Spannungsanteil abgreifbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingkreis zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Magnetfeld und kann beispielsweise zur Energieeinspeisung von Sensoren und/oder Aktoren verwendet werden.

Aus der DE 39 22 556 C3 ist eine Anordnung zur kontaktlosen Energie- und Sensorsi gnalübertragung mit einem HF-Sender zum Aufbau eines unmodulierten magnetischen Hochfrequenzfeldes über eine Sendespule bekannt, bei der ein Transponder das hoch frequente Magnetfeld aufnimmt und zu seiner Energieversorgung heranzieht. Mit der aus dem magnetischen Feld gewonnenen Versorungsenergie werden Sensor und Transponder versorgt. Dabei ergibt sich das Problem, daß der Schwingkreis zur Erzeu gung elektrischer Energie aus einem Magnetfeld eine elektrische Spannung zur Verfü gung stellt, welche zu hoch zur Versorgung elektronischer Schaltungen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingkreis zur Erzeugung elektri scher Energie aus einem Magnetfeld anzugeben, mit dem eine elektrische Spannung produziert werden kann, welche zur Versorgung elektronischer Schaltungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Schwingkreis zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Magnetfeld mit einer Wicklung als induktivem Glied und mindestens zwei in Reihe liegende Kondensatoren als kapazitivem Glied, wobei einem dieser Kondensatoren ein Gleichrichter parallelgeschaltet ist, dem ausgangsseitig elek trische Energie gewünschter Spannung entnehmbar ist, wobei das Verhältnis der Kapa zitäten der Kondensatoren derart bemessen ist, daß aus der Gesamtspannung des Schwingkreises der gewünschte Spannungsanteil abgreifbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schwingkreis zur Erzeugung elektrischer Energie hinsichtlich seiner induktiven und ka pazitiven Baukomponenten optimal für den Resonanzfall ausgelegt werden kann, ohne daß dabei die Gesamtspannung (Nutzspannung) des Resonanzkreises zu beachten ist. Die für die Versorgung elektronischer Schaltungen bzw. Geräte gewünschte relativ niedrige Spannung wird in einfacher Art und Weise aus der Gesamtspannung des Schwingkreises unter Verwendung handelsüblicher, kostengünstiger Baukomponenten gewonnen. Zusätzliche Transformatoren oder Verluste produzierende ohmsche Span nungsteiler zur Herabsetzung der Gesamtspannung auf den für elektronische Schal tungen geeigneten Wert werden nicht benötigt. Die Kondensatoren des vorgeschlage nen kapazitiven Spannungsteilers übernehmen zumindest teilweise Funktionen des ka pazitiven Gliedes des Schwingkreises.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Schwingkreises zur Erzeugung elektri scher Energie aus einem Magnetfeld,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Schwingkreises zur Erzeugung elektri scher Energie aus einem Magnetfeld,

Fig. 3 eine Ausführungsform zur Erzeugung von unterschiedlich hohen Spannun gen.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Schwingkreises zur Erzeugung elektri scher Energie aus einem Magnetfeld dargestellt. Eine Wicklung 1 stellt das induktive Glied des Schwingkreises dar, wobei die Wicklung 1 vorzugsweise einen Kern aus ei nem magnetisch wirksamen Material aufweist. Der Wicklung 1 ist ein Resonanzkonden sator 2 (kapazitives Glied des Schwingkreises) parallelgeschaltet. Der Schwingkreis befindet sich in einem Magnetfeld mit mittelfrequenten Schwingungen im Bereich von etwa 15 kHz bis etwa 15 MHz. Bei korrekter Abstimmung von induktivem und kapaziti vem Glied des Schwingkreises auf die Frequenz des Magnetfeldes stellt sich ein opti mal hoher Stromfluß (Wechselstrom) im Schwingkreis ein.

Ein Gleichrichter 5 mit Stützkondensator 6 zwischen seinen Ausgangsklemmen 7 dient im Zusammenwirken mit dem Schwingkreis zur Auskopplung elektrischer Energie aus dem Magnetfeld. Die an den Ausgangsklemmen 7 des Gleichrichters 5 anstehende Gleichspannung dient zur Versorgung elektronischer Schaltungen bzw. Geräte, welche Mikrorechner enthalten, so daß die Spannungshöhe relativ niedrig zu bemessen ist und beispielsweise im Bereich von etwa 5 bis 30 V liegt. Dementsprechend muß auch die dem Gleichrichter 5 eingangsseitig anliegende Wechselspannung in diesem Span nungsbereich liegen. Die am Resonanzkondensator 2 anstehende Wechselspannung überschreitet bei optimaler Auslegung des Schwingkreises diesen Spannungsbereich jedoch beträchtlich, so daß die dem Gleichrichter 5 eingangsseitig zuzuführende Span nung auf einen niedrigeren Wert herabzusetzen ist.

Hierzu ist dem Resonanzkondensator 2 die Serienschaltung von zwei Kondensatoren 3, 4 parallelgeschaltet. Die Eingangsklemmen des Gleichrichters 5 liegen am Kondensator 4. Das Verhältnis der Kapazitäten der beiden als kapazitiver Spannungsteiler wirksa men Kondensatoren 3, 4 ist derart bemessen, daß sich am Eingang des Gleichrichters 5 die gewünschte relativ niedrige Spannungshöhe einstellt.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Schwingkreises zur Erzeugung elektri scher Energie aus einem Magnetfeld dargestellt. Bei dieser Ausführungsform entfällt der separate Resonanzkondensator 2 und seine Funktion wird von den beiden in Serie geschalteten Kondensatoren 3, 4 des kapazitiven Spannungsteilers übernommen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform zur Erzeugung von zwei unterschiedlich hohen Spannungen dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist in Erweiterung zum Beispiel gemäß Fig. 2 außer dem Gleichrichter 5 ein weiterer Gleichrichter 9 mit Stützkonden sator 10 zwischen seinen Ausgangsklemmen 11 vorgesehen, ferner liegt ein weiterer Kondensator 8 in Reihe zu den Kondensatoren 3 und 4. Der weitere Gleichrichter 9 liegt eingangsseitig einerseits am Verbindungspunkt der beiden Kondensatoren 3, 8, ande rerseits am Verbindungspunkt zwischen Wicklung 1 und Kondensator 4. Wie ersichtlich, greift der Gleichrichter 9 eine höhere Spannung als der Gleichrichter 5 ab.

Alternativ kann der weitere Gleichrichter 9 auch direkt mit beiden Klemmen des Kon densators 3 verbunden sein, wobei das Verhältnis der Kapazitäten der Kondensatoren 8, 3, 4 derart bemessen ist, daß die von den Gleichrichtern 9, 5 abgegriffenen Teilspan nungen der Gesamtspannung des Schwingkreises den gewünschten relativ niedrigen Werten entsprechen.

Claims

1. Schwingkreis zur Erzeugung elektrischer Energie aus einem Magnetfeld mit einer Wicklung (1) als induktivem Glied und mindestens zwei in Reihe liegende Kondensatoren (3, 4) als kapazitivem Glied, wobei einem dieser Kondensatoren (4) ein Gleichrichter (5) parallelgeschaltet ist, dem ausgangsseitig elektrische Energie ge wünschter Spannung entnehmbar ist, wobei das Verhältnis der Kapazitäten der Kon densatoren (3, 4) derart bemessen ist, daß aus der Gesamtspannung des Schwingkrei ses der gewünschte Spannungsanteil abgreifbar ist.

2. Schwingkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wick lung (1) ein Resonanzkondensator (2) parallel liegt und die mindestens zwei als Span nungsteiler dienenden in Reihe liegenden Kondensatoren (3, 4) parallel zum Reso nanzkondensator angeordnet sind.

3. Schwingkreis nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Kondensator (8) in Serie zu den in Reihe liegenden Konden satoren (3, 4) angeordnet ist, welcher zum Anschluß mindestens eines weiteren Gleich richters (9) dient.