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Technisches Anwendungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur induktiven Energieübertragung
mit einer Spulenanordnung und einem mit der Spulenanordnung verbundenen
Generator zur Erzeugung von Wechselströmen in der Spulenanordnung.
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Die
drahtlose Energieversorgung von Einzelkomponenten oder Geräten spielt
in vielen technischen Anwendungsbereichen eine wichtige Rolle. Dies
betrifft vor allem miniaturisierte Geräte, die aufgrund ihres Einsatzgebietes
keine Möglichkeit
einer eigenen unabhängigen
Energieversorgung haben oder die zwar mit einem wieder aufladbaren
Energiespeicher versehen sind, der jedoch mangels direkter Zugänglichkeit
nur auf drahtlosem Wege wieder aufgeladen werden kann. Zur drahtlosen
elektrischen Energieübertragung
sind in derartigen Fällen
mehrere Techniken bekannt.
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So
beschreibt bspw. die US 2003/0069051 A1 ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zur drahtlosen elektrischen Energieübertragung, bei dem die Energie
mittels Hochfrequenzstrahlung über
eine Antenne ausgestrahlt wird. Die Hochfrequenzstrahlung wird von
einer darauf abgestimmten Empfangsspule auf dem Gerät empfangen,
die in diesem Fall die elektrische Energie für einen Sensor liefert. Derartige,
auf der Energie übertragung
durch hochfrequente elektromagnetische Strahlung basierende Techniken sind
jedoch bisher lediglich für
die Energieübertragung
geringer Energiemengen geeignet.
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Eine
weitere Technik der drahtlosen Energieübertragung, wie sie bspw. in
der US 2003/0075670 A1 oder der
US 6635818 B2 beschrieben ist, setzt optische
Strahlung zur Übertragung
der Energie ein, die von einem optischen Empfänger auf Seite des zu versorgenden
Gerätes
empfangen wird. Auch mit dieser Technik lassen sich jedoch nur geringe
Energiemengen pro Zeiteinheit übertragen.
Für die Übertragung
höherer
Leistungen muss die Licht- oder Hochfrequenzstrahlung in stark gebündelter
Form auf den Empfänger
gerichtet werden. Gerade bei bewegten Geräten erfordert dies jedoch ein
komplexes Nachführungssystem,
um die Energieversorgung jeder Zeit zu gewährleisten.
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Ein
weiteres bekanntes Verfahren zur elektrischen Energieübertragung
nutzt die induktive Kopplung zwischen einer Sende- und einer Empfangsspulenanordnung
für die
Energieübertragung.
So ist bspw. aus der
US 6055062 eine
derartige Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung bekannt, bei der auf
der Sendesowie auf der Empfangsseite jeweils eine auf einen ringförmigen Kern
gewickelte Spule angeordnet ist, die sich koaxial gegenüberliegen. Durch
Beaufschlagung der Sendespule mit einem Wechselstrom wird in der
Empfangsspule eine Wechselspannung induziert, die der Stromversorgung
des Gerätes
dient.
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Auch
aus J. Wu et al., "A
simple, wireless powering scheme for MEMS devices", Proceedings of SPIE Vol.
4559 (2001), Seiten 43–52,
ist eine Vorrichtung zur drahtlosen Energieübertragung mittels induktiver
Kopplung bekannt, mit die Energie auf ein mikroelektromechanisches
Gerät (MEMS) übertragen
wird. Die sendeseitige Spule ist in dieser Veröffentlichung um einen Ferritkern
ausgebildet, der einen variablen Luftspalt aufweist. Die empfangsseitige
Spule wird innerhalb dieses Luftspaltes angeordnet, so dass die
Energie von der sendeseitigen in die empfangsseitige Spule eingekoppelt
wird. Die Technik der induktiven Kopplung erlaubt die Übertragung höherer Leistungen.
Jedoch lässt
sich auch bei den bisher bekannten Realisierungen ohne aufwendige Nachführung keine
konstante Leistung in einem größeren räumlichen
Bereich übertragen,
in dem sich das Gerät
bewegen kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
sowie ein Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung anzugeben, die die Übertragung
hoher konstanter Leistungen in einem vergrößerten räumlichen Bereich ohne Nachführung ermöglicht.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird mit der Vorrichtung sowie dem Verfahren der Patentansprüche 1 bzw.
6 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand
der Unteransprüche
oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
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Die
vorliegende Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung mit einer Spulenanordnung
und einem mit der Spulenanordnung verbundenen Generator zur Erzeugung
von Wechselströmen
in der Spulenanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spulenanordnung
mehrere Sendespulen umfasst, die so ausgebildet und angeordnet sind,
dass durch phasenversetzte Ströme
durch die Sendespulen außerhalb
der Sendespulen ein sich entlang der Spulenanordnung bewegendes
heterogenes magnetisches Wanderfeld erzeugt wird. Die gegeneinander phasenversetzten
Ströme
in den einzelnen Sendespulen werden dabei durch den Generator erzeugt,
der entsprechend für
diese Aufgabe ausgebildet ist. Eine Empfängerspule auf Seiten des Empfangsgerätes kann
dann frei in dem Bereich angeordnet oder bewegt werden, in dem sich
das Wanderfeld ausbreitet. Dabei wird in der Empfängerspule
durch das Magnetfeld eine elektrische Spannung induziert, die für die Energieversorgung
des Empfangsgerätes abgegriffen
wird.
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Ein
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines stabilen heterogenen magnetischen Wanderfeldes, das sich in einem
durch die Ausdehnung der Spulenanordnung vorgegebenen räumlichen
Bereich bewegt. Durch ein derartiges magnetisches Wanderfeld wird
eine konstante Energieübertragung über den
vorgegebenen räumlichen
Bereich erreicht.
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Ein
wesentlicher Vorteil der vorliegenden Vorrichtung sowie des zugehörigen Verfahrens
besteht darin, dass die in der Empfängerspule induzierte Spannung
sich nicht ändert,
wenn die Empfängerspule
bzw. das diese tragende Gerät
frei in einer Ebene bei der Spulenanordnung bewegt wird, die parallel zu
einer Bewegungsebene des magnetischen Wanderfeldes liegt. Durch
geeignet großflächige Ausgestaltung
der Spulenanordnung kann somit eine große Bewegungsfreiheit des Gerätes ohne
Schwankungen der Energieversorgung erreicht werden. Die induktive
Kopplung ermöglicht
zudem eine Energieübertragung
auf einem relativen hohen Energieniveau. Weiterhin lassen sich mit
der vorliegenden Vorrichtung sowie dem zugehörigen Verfahren auch gleichzeitig
mehrere Empfängerspulen
bzw. Empfangsgeräte
mit nur einer Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung betreiben. Die Anzahl
der Geräte
ist hierbei lediglich durch die Ausdehnung der Spulenanordnung sowie
die Leistungskapazität
der Vorrichtung begrenzt. Selbstverständlich lassen sich neben der
drahtlosen Energieübertragung
durch geeignete Modulation des Magnetfeldes auch Signale in ein oder
beiden Richtungen übertragen.
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In
einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung
weist jede Sendespule eine periodische Folge von parallel verlaufenden
geradlinigen Spulenabschnitten auf, von denen benachbarte Spulenabschnitte
gegenläufig
von Strom durchflossen werden. Diese Spulenabschnitte sind dabei über entsprechende
Verbindungsleitungen seriell miteinander verbunden. Die Perioden
der zumindest zwei Sendespulen sind jeweils gleich. Weiterhin sind die
Sendespulen mit ihren geradlinigen Spulenabschnitten in einer gemeinsamen
Ebene parallel zueinander und um einen Bruchteil der Periode gegeneinander
versetzt in Richtung senkrecht zum geradlinigen Verlauf der Spulenabschnitte
angeordnet. Durch diese spezielle Ausgestaltung der Spulenanordnung
lässt sich
ein magnetisches Wanderfeld erzeugen, das sich parallel zur gemeinsamen
Ebene auf einer Gerade bewegt. Die zumindest eine Empfängerspule
wird für
die Energieübertragung
parallel und in einem wählbaren
Abstand zu dieser gemeinsamen Ebene angeordnet oder bewegt. Je weiter
die Empfängerspule
von dieser Ebene entfernt ist, desto geringer ist die übertragbare
Leistung. Im gesamten von der Spulenanordnung abgedeckten Bereich
wird bei konstantem Abstand zu dieser Ebene eine konstante Spannung
in der Empfängerspule
induziert, so dass die übertragene
Energie in diesem Fall unabhängig
von der lateralen Position der Empfängerspule in diesem Bereich
ist.
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Bei
der letztgenannten sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung
werden auch stärkere elektromagnetische
Interferenzen mit möglicherweise
benachbart angeordneten elektrischen Geräten vermieden, da die Stärke des
erzeugten Magnetfeldes mit dem Abstand zur gemeinsamen Ebene der Spulenanordnung
stark abnimmt. Weiterhin lassen sich bei dieser Ausgestaltung auf
beiden Seiten der gemeinsamen Ebene Empfangsgeräte mit Energie versorgen, da
das magnetische Wanderfeld auf beiden Seiten in gleicher Weise erzeugt
wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
vorliegende Vorrichtung sowie das zugehörige Verfahren werden nachfolgend
anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Grundaufbaus der vorliegenden Vorrichtung
sowie eines Empfangsgerätes;
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2 ein
Blockdiagramm zur Veranschaulichung des elektrischen Aufbaus der
vorliegenden Vorrichtung;
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3 eine
schematische Darstellung einer Spulenanordnung der vorliegenden
Vorrichtung;
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4a–f ein Beispiel
für die
Verteilung des erzeugten magnetischen Feldes um die Sendespulen
bei unterschiedlichen Phasen des Wechselstromes;
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5a/b
zwei Sendespulen mit unterschiedlichem Aufbau; und
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6a–c ein Beispiel
für die
Intensitätsverteilung
der z-Komponente des mit einer Spulenanordnung aus 5a erzeugten
magnetischen Feldes.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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1 zeigt
den Grundaufbau der vorliegenden Vorrichtung 10 zur induktiven
Energieübertragung
sowie eines Empfängers 20,
der mit einem zu versorgenden Gerät 30, beispielsweise
einem elektrischen Energiespeicher, verbunden ist. Die dargestellte
Vorrichtung 10 umfasst einen Signalgenerator 11 zur
Erzeugung von zumindest zwei Phasensignalen, eine Treibereinheit 12 für die Sendespulen
mit zumindest zwei in der Figur nicht erkennbaren Verstärkern, über die
ein Wechselstromfluss in den Sendespulen der Spulenanordnung 1 auf
Basis der Phasensignale erzeugt wird.
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Die
Spulenanordnung 1 umfasst hierbei zumindest zwei Sendespulen
für die
Erzeugung eines heterogenen magnetischen Wanderfeldes. Die elektrische
Leistung für
den Signalgenerator 11 sowie die Treibereinheit 12 wird über eine
Stromversorgungseinheit 13 bereitgestellt. Die in 1 nicht
erkennbaren Sendespulen sind vorzugsweise als Flachspulen in einer
Ebene, bspw. auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet, wie dies
durch die plattenförmige Darstellung
in der 1 angedeutet ist. Die Anzahl der vom Signalgenerator 11 erzeugten
Phasensignale sowie die Anzahl der Verstärker in der Treibereinheit 12 entsprechen
dabei der Anzahl der Sendespulen in der Spulenanordnung 1.
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Der
Empfänger 20 umfasst
eine Empfängerspule 21,
einen Rensonanzkreis 22 sowie einen Spannungsumformer 23.
Der Resonanzkreis 22 weist in der Regel einen einzelnen
Kondensator für eine
Resonanz mit der Induktivität
der Empfängerspule 21 auf,
um die für
die nachfolgenden Schaltkreise erforderliche Ausgangscharakteristik
bereitzustellen. Der Spannungsumformer 23, in der Regel
ein Gleichrichter- und Filterkreis, konvertiert die induzierte Wechselspannung
in die für
das angeschlossene Gerät 30 erforderliche
Form, bspw. in eine stabile Gleichspannung.
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Bei
einer Erzeugung eines heterogenen magnetischen Wanderfeldes mit
der in der 1 gezeigten Vorrichtung 10 wird
in der nahe der Spulenanordnung 1 angeordneten oder bewegten
Empfängerspule 21 eine
elektrische Wechselspannung induziert, die der Energieversorgung
des angeschlossenen Gerätes 30 dient. Auf
diese Weise lässt
sich die in das Magnetfeld eingebrachte Energie von dem Gerät 30 nutzen.
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2 zeigt
ein Beispiel für
den elektrischen Aufbau der vorliegenden Vorrichtung 10,
bei dem lediglich beispielhaft 3 Sendespulen 2, 3 und 4 in
der Spulenanordnung 1 erkennbar sind. Wie in dieser Figur
ebenfalls angedeutet, lässt
sich die Vorrichtung 10 auch mit mehr als drei Sendespulen
realisieren. Auch eine Ausgestaltung mit lediglich zwei Sendespulen
ist selbstverständlich
möglich.
In diesen Fällen
erhöht
oder erniedrigt sich die Anzahl der Verstärker 121–123 in
der Treibereinheit 12 sowie die Anzahl der Phasensignale θi des Signalgenerators 11.
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Der
Signalgenerator 11 erzeugt für jede der Sendespulen 2–4 ein
Phasensignal 111, 112, 113 mit identischer
Periode, bspw. als Rechtecksignal. Die Phasen benachbarter Sendespulen 2–4 unterscheiden
sich dabei um die Phase π/N,
wobei N der Gesamtzahl der Sendespulen 2–4 in
der Spulenanordnung 1 und π dem Phasenwinkel einer halben
Periode jedes Phasensignals entspricht. Im vorliegenden Beispiel
ist das Signal 112 gegenüber dem Signal 111 um π/N, das Signal 113 gegenüber dem
Signal 112 durch π/N
usw. verzögert.
Jedes dieser Phasensignale 111–113 wird dem zugehörigen Verstärker 121–123 der
Treibereinheit 12 zugeführt.
Die durch den Signalgenerator 11 vorgegebenen Phasenbeziehungen
zwischen den einzelnen Sendespulen 2–4 bleiben bei der
Verstärkung
erhalten. Mit den in der Treibereinheit 12 aus den Phasensignalen
erzeugten phasenversetzten Wechselströmen werden die Sendespulen 2–4 betrieben,
die vorzugsweise identisch aufgebaut sind. Die Phasendifferenz zwischen
den durch die Sendespulen 2–4 fließenden Wechselströmen ist
eine Vorraussetzung für
die Erzeugung einer konstanten, drahtlosen Energieversorgung innerhalb eines
räumlichen
Bereiches nahe und parallel zur Oberfläche der Spulenanordnung 1.
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3 zeigt
ein Beispiel für
die Ausbildung und Anordnung der Sendespulen in einer Spulenanordnung 1,
die im vorliegenden Fall lediglich zwei Sendespulen 2, 3 umfasst.
Beide Sendespulen 2, 3 sind identisch aufgebaut.
In der Figur ist aus Gründen der
besseren Darstellbarkeit lediglich eine der beiden Sendespulen 2 schematisch
im Detail ersichtlich, während
von der weiteren Sendespule 3 nur ein kleiner Abschnitt
angedeutet ist. Die Sendespule 2 weist einen Eingangsanschluss 2a sowie
einen Ausgangsanschluss 2b auf und umfasst eine Folge von
geradlinigen Spulenabschnitten 7 die parallel zueinander
in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die Spulenabschnitte 7 sind über elektrische
Verbindungen 8 so in Reihe miteinander verbunden, dass
benachbarte geradlinige Spulenabschnitte 7 von gegenläufigen Strömen durchflossen
werden und die Gesamtanordnung zur Spule 2 verschaltet
wird. Für die
Bildung der Spule 2 muss zumindest ein einzelnes Spulenelement 6 vorhanden
sein, das sich durch zwei gegenläufig
von Strom durchflossene geradlinige Spulenabschnitte auszeichnet.
In der Regel bildet eine Vielzahl derartiger Spulenelemente 6,
die entsprechend der Darstellung der 3 nebeneinander in
der gleichen gemeinsamen Ebene mit ihren Spulenabschnitten parallel
zueinander angeordnet sind, die Sendespule 2. Die durch
den Abstand der geradlinigen Spulenabschnitte 7 vorgegebene
Periode w/2 der Sendespule 2 ist über die gesamte Ausdehnung der
Sendespule 2 konstant.
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Die
identisch ausgebildete Sendespule 3 liegt in der gleichen
gemeinsamen Ebene und überlappt
die Sendespule 2 derart, dass die Spulenabschnitte 7 der
Sendespule 3 parallel zu den Spulenabschnitten 7 der
Sendespule 2 und in Richtung senkrecht zu den Spulenabschnitten
um 1/4 der Breite w eines Spulenelementes 6 versetzt liegen.
Dies ist aus der 3 ersichtlich. Selbstverständlich sind die
einzelnen die Spulenabschnitte 7 und Verbindungsleitungen 8 bildenden
Drähte
oder Leiterbahnen hierbei ausreichend gegeneinander isoliert.
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Bei
einer Ausgestaltung der Spulenanordnung 1 mit mehr als
zwei Sendespulen 2 sind ebenfalls die geradlinigen Spulenabschnitte 7 aller
Sendespulen parallel zueinander in der gleichen gemeinsamen Ebene
angeordnet. Der Versatz der Spulenabschnitte 7 der einzelnen
Sendespulen ist dabei so gewählt,
dass die Spulenabschnitte 7 jeweils benachbarter Sendespulen
um eine Distanz von w/2N gegeneinander versetzt sind, wobei w der
Breite eines Spulenelementes 6 und N der Anzahl der vorhandenen
Sendespulen entspricht. Eine Ausgestaltung der Spulenanordnung 1 mit
lediglich zwei Sendespulen hat neben dem einfachen Aufbau jedoch auch
den Vorteil, dass zumindest theoretisch keine wechselseitige Induktion
zwischen den beiden Sendespulen vorliegt, so dass die Ausgestaltung
der Treibereinheit 12 bei dieser Ausgestaltung vereinfacht
wird.
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Auch
wenn in der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung
jede Sendespule die gleiche Anzahl von Spulenelementen aufweist, lässt sich
die vorliegende Vorrichtung auch mit einer unterschiedlichen Anzahl
von Spulenelementen für jede
der eingesetzten Sendespulen realisieren.
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Die 4a–e zeigen
die Verteilung des magnetischen Feldes um die Sendespulen zu unterschiedlichen
Zeitpunkten während
des Wechselstromflusses. Bei diesem Beispiel wurde eine Spulenanordnung 1 mit
zwei Sendespulen 2, 3 angenommen, wie sie bereits
in Verbindung mit 3 beschrieben wurde. Die durch
die beiden Sendespulen 2, 3 fließenden Wechselströme I2 = sin (ωt)
für Spule 2 und
I3 = sin (ωt – π/2) für Spule 3 sind in
der 4a dargestellt.
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Die 4b–4e repräsentieren
einen senkrechten Schnitt durch die in der gemeinsamen Ebene 9 liegenden
geradlinigen Spulenabschnitte der beiden Sendespulen 2 und 3.
In den Figuren sind lediglich vier dieser geradlinigen Spulenabschnitte 7 zusammen
mit den durch die Pfeile angedeuteten magnetischen Flusslinien dargestellt,
die durch den Wechselstromfluss in den geradlinigen Spulenabschnitten
hervorgerufen werden. Die momentanen Stromrichtungen in den geradlinigen
Spulenabschnitten sind im Falle eines positiven Stroms mit einem Kreuz,
im Falle eines negativen Stroms mit einem gefüllten Punkt und im Falle einer
Stromstärke
von 0 ohne besondere Kennzeichnung angedeutet. Aus den 4b–4e,
die die Verhältnisse
in unterschiedlichen Phasen zeigen, ist ersichtlich, dass sich das
magnetische Feld der Spulenanordnung mit der Zeit von links nach
rechts bewegt. Mit dieser Spulenanordnung wird somit ein magnetisches
Wanderfeld erzeugt, dass sich entlang der Spulenanordnung bewegt.
Auch bei einer Spulenanordnung mit mehr als zwei Spulen oder mit
mehreren jeweils einen geradlinigen Spulenabschnitt bildenden elektrisch
Leitungen oder Drähten
wird eine vergleichbare Verteilung bzw. Bewegung des Magnetfeldes
erhalten.
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Die 5a und 5b zeigen
zwei Ausgestaltungen für
eine Sendespule 2 nochmals im Detail. In der 5b ist
eine Sendespule 2 mit nur einer Windung zu erkennen, wobei
einige Spulenabschnitte 7 hierbei durch zwei Leitungen 5 oder
Leiterbahnen gebildet werden. 5a zeigt
demgegenüber eine
Ausgestaltung der Sendespule 2 mit zwei Windungen, wobei
selbstverständlich
auch eine noch größere Anzahl
von Windungen realisiert werden können. Jede einzelne in dieser
oder den vorangehenden Figuren gezeigte Leitung 5 kann
sich auch aus einem Bündel
gegeneinander isolierter Verbindungsdrähte zusammensetzen, um den
Skineffekt zu reduzieren.
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Die 6a–c zeigen
schließlich
die Verteilung der Intensität
der z-Komponente des durch eine Spulenanordnung 1 mit zwei
gemäß 5a ausgebildeten
Sendespulen erzeugten magnetischen Feldes in den unterschiedlichen
Raumrichtungen. Unter der z-Komponente
wird hierbei die Komponente des magnetischen Feldes senkrecht zur
gemeinsamen Ebene der geradlinigen Spulenabschnitte verstanden.
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Die
Anzahl der Spulenelemente in jeder der Sendespulen ist M = 5, die
Länge der
geradlinigen Spulenabschnitte 7 beträgt l = 264 mm, die Breite eines Spulenelementes
w = 48 mm und der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Leitungen
eines Spulenabschnittes d = 3 mm. Beide Sendespulen sind gemäß der Darstellung
der 3 um einen Abstand von w/4 gegeneinander versetzt
angeordnet. Der Strom in der Sendespule 2 alterniert mit
sin ωt, der
Strom in der Sendespule 3 demgegenüber um π/2 phasenversetzt, so dass sich
ein Verlauf von sin (ωt – π/2) ergibt.
Die in den 6a–6c dargestellten
Kurven wurden auf Basis des Biot-Savart-Gesetztes bei ωt = 0 berechnet.
Die x-, y- und z-Richtung sowie der 0-Punkt sind in den Figuren
mit Bezug auf die Darstellung der 5a festgelegt,
in der dieser 0-Punkt sowie die x-, y- und z-Richtung eingezeichnet
sind.
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Die 6a zeigt
die Variation der z-Komponente der magnetischen Feldintensität in x-Richtung, zwischen
dem Punkt (–w;
l/2; 6) und dem Punkt ((M+1)w; 1/2; 6). Mit fortschreitender Zeit
t wandern die Maxima dieser Kurve mit der Periode T = 2π/ω und der
Geschwindigkeit v = w/T nach rechts. Wird der Phasenversatz der
beiden durch die Sendespulen 2, 3 fließenden Ströme in entgegengesetzter Richtung
gewählt,
d. h. dass der Strom durch Sendespule 3 dem Strom durch
die Sendespule 2 vorauseilt, so bewegen sich die Maxima
der in 6a dargestellten Kurve nach
links.
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6b zeigt
die z-Komponente der magnetischen Feldintensität in y-Richtung, zwischen dem Punkt
(118,5; –w;
6) und dem Punkt (118,5; l+w; 6). Die x-Position von 118,5 mm entspricht der
Position des mittleren positiven Maximums in der 6a.
Mit fortschreitender Zeit t bewegt sich die gesamte Kurve mit der
Periode T = 2π/ω proportional
in Richtung der Hz=0 Linie bis zu einer negativen Maximalposition und
anschließend
wieder zurück
zur momentan dargestellten Position.
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Die 6c zeigt
die z-Komponente der magnetischen Feldintensität entlang der z-Richtung, d. h.
senkrecht zur gemeinsamen Ebene 9 der geradlinigen Spulenabschnitte 7 der
Sendespulen zwischen dem Punkt (118,5; l/2; 0) und Punkt (118,5;
l/2; w/2). Mit fortschreitender Zeit bewegt sich diese Kurve in Richtung
der Hz=0 Linie, erreicht das negative Maximum und bewegt sich dann
wieder zurück
in die vorliegende Position mit der Periode T=2π/ω.
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Die
x-Komponente der magnetischen Feldintensität der vorliegenden Spulenanordnung
verhält sich ähnlich wie
die Verteilung in z-Richtung. Die y-Komponente der magnetischen
Feldintensität
ist 0, solange der Einfluss der Verbindungsleitungen 8 der Spulenelemente 6 vernachlässigbar
ist.
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Aus
den 6a–6c ist
ersichtlich, dass an jedem Punkt nahe der Spulenanordnung ein in
der z- und x-Komponente wechselndes magnetisches Feld vorliegt.
Dieses wechselnde magnetische Feld bleibt annähernd konstant innerhalb einer
zur Oberfläche
der Spulenanordnung, d.h. der gemeinsamen Ebene 9, parallelen
und nahe dieser Oberfläche
liegenden Ebene. Wird eine Empfängerspule
an einer beliebigen Stelle in dieser Ebene platziert oder in dieser
Ebene bewegt, so wird in der Empfängerspule eine konstante Spannung
unabhängig
von deren momentaner Position induziert.
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- 1
- Spulenanordnung
- 2
- Sendespule
- 2a
- Eingangsanschluss
- 2b
- Ausgangsanschluss
- 3
- Sendespule
- 4
- Sendespule
- 5
- elektrische
Leitungen bzw. Leiterbahnen
- 6
- Spulenelement
- 7
- geradliniger
Spulenabschnitt
- 8
- Verbindungsleitungen
- 9
- gemeinsame
Ebene
- 10
- Vorrichtung
zur induktiven
-
- Energieübertragung
- 11
- Signalgenerator
- 111
- Phasensignal
- 112
- Phasensignal
- 113
- Phasensignal
- 12
- Treibereinheit
- 121
- Verstärker
- 122
- Verstärker
- 123
- Verstärker
- 13
- Stromversorgungseinheit
- 20
- Empfänger
- 21
- Empfängerspule
- 22
- Resonanzkreis
- 23
- Spannungsumformer