DE102010001484A1

DE102010001484A1 - Transmission device for use as e.g. data transmitter for contactless bidirectional transmission of data with sensor in transmission system, has compensating coil compensating influence of energy field provided on data coil

Info

Publication number: DE102010001484A1
Application number: DE102010001484A
Authority: DE
Inventors: Paul Frohn; Albert Dornreich
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-09-29

Abstract

The device (12) has an energy coil (44) performing contactless energy transmission via electromagnetic energy field and a data coil unit (52) with a data coil (54) for contactless data transmission. A compensating coil device (60) is actuated with a compensating coil (62) based on the energy field produced by the energy coil. The compensating coil is formed and coupled to the data coil, so that the compensating coil partly compensates influence of the energy field provided on the data coil. The data coil and the compensating coil are switched in an anti-serial manner. An independent claim is also included for a method for contactless inductive energy transmission and transfer of data.

Description

Die Erfindung betrifft eine Übertragungsvorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und von Daten, umfassend eine Energiespuleneinrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung mittels eines elektromagnetischen Energiefelds und eine Datenspuleneinrichtung mit mindestens einer Datenspule zur kontaktlosen Datenübertragung.The invention relates to a transmission device for the contactless transmission of energy and data, comprising an energy coil device for contactless energy transmission by means of an electromagnetic energy field and a data coil device with at least one data coil for contactless data transmission.

Die Erfindung betrifft ferner ein Übertragungssystem.The invention further relates to a transmission system.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontaktlosen induktiven Energieübertragung und Datenübertragung.Furthermore, the invention relates to a method for contactless inductive energy transmission and data transmission.

Aus der EP 1 705 673 B1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Energie- und Datenübertragung bekannt, bei dem eine mindestens eine Datenwindung einer Datenwicklung und mindestens eine Energiewindung einer Energiewicklung derart umschließt, dass ein erster Teil der Datenwindung mit dem Wicklungssinn der Energiewicklung gewickelt ist und ein zweiter Teil der Datenwicklung entgegen dem Wicklungssinn der Energiewicklung gewickelt ist.From the EP 1 705 673 B1 a device for non-contact power and data transmission is known in which a at least one data winding of a data winding and at least one energy winding of a Energiewicklung surrounds such that a first part of the data winding is wound with the winding sense of the energy winding and a second part of the data winding against the sense of winding the energy winding is wound.

Aus der DE 10 2007 006 394 B4 ist ein induktiver Drehübertrager zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie zwischen einem stationären und einem rotierendem Teil bekannt. Es ist eine Messeinrichtung vorgesehen, welche zumindest eine elektrische Kenngröße, wie eine Spannung, ein Strom, ein Phasenwinkel, der von einem Leistungsgenerator in eine Primärseite des Leistungsübertragers eingespeisten elektrischen Energie ermittelt. Eine Funktionseinheit steuert den Leistungsgenerator und Zuhilfenahme der mindestens einen elektrischen Kenngröße.From the DE 10 2007 006 394 B4 is an inductive rotary transformer for contactless transmission of electrical energy between a stationary and a rotating part known. A measuring device is provided which determines at least one electrical parameter, such as a voltage, a current, a phase angle, of the electrical energy fed into a primary side of the power transformer by a power generator. A functional unit controls the power generator and the aid of the at least one electrical parameter.

Aus der WO 2009/033573 A1 ist eine Koppeleinrichtung mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil bekannt, die relativ zueinander um eine Achse drehbar gelagert sind. Eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung bilden ein induktives Koppelelement, wobei die Primärwicklung am ersten Gehäuseteil konzentrisch zur Achse angeordnet ist und die Sekundärwicklung am zweiten Gehäuseteil konzentrisch zur Achse angeordnet ist. Am ersten Gehäuseteil ist eine elektrisch leitfähige Fläche als erste Koppelfläche ausgebildet und am zweiten Gehäuseteil ist eine elektrisch leitfähige Fläche als zweite Koppelfläche ausgebildet. Diese bilden zusammen ein kapazitives Koppelelement.From the WO 2009/033573 A1 a coupling device with a first housing part and a second housing part is known, which are rotatably mounted relative to each other about an axis. A primary winding and a secondary winding form an inductive coupling element, wherein the primary winding is arranged on the first housing part concentric with the axis and the secondary winding is arranged on the second housing part concentric to the axis. On the first housing part, an electrically conductive surface is formed as a first coupling surface and on the second housing part an electrically conductive surface is formed as a second coupling surface. These together form a capacitive coupling element.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Übertragungsvorrichtung und ein Übertragungssystem der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welchem sich zusätzlich zu einer kontaktlosen induktiven Energieübertragung auch Daten mit hohen Datenraten induktiv übertragen lassen.The invention has for its object to provide a transmission device and a transmission system of the type mentioned, by means of which in addition to a contactless inductive energy transfer and data can be transmitted inductively at high data rates.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Übertragungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Kompensationsspuleneinrichtung mit mindestens einer Kompensationsspule vorgesehen ist, welche durch das Energiefeld, welches auf die Energiespuleneinrichtung wirkt oder von dieser erzeugt ist, beaufschlagt ist, wobei die mindestens eine Kompensationsspule so angeordnet und ausgebildet ist und so an die mindestens eine Datenspule gekoppelt ist, dass der Einfluss des Energiefelds auf die mindestens eine Datenspule mindestens teilweise durch die mindestens eine Kompensationsspule kompensiert ist.This object is achieved according to the invention in the transmission device mentioned above in that a compensation coil device is provided with at least one compensation coil, which is acted upon by the energy field, which acts on the energy coil device or generated by this, wherein the at least one compensation coil is arranged and configured is and is coupled to the at least one data coil, that the influence of the energy field on the at least one data coil is at least partially compensated by the at least one compensation coil.

Das Energiefeld sorgt für die induktive Energieübertragung von einer Energiespuleneinrichtung einer Übertragungsvorrichtung zu der Energiespuleneinrichtung einer anderen Übertragungsvorrichtung. Dieses Energiefeld weist eine hohe Feldstärke auf. Das Energiefeld induziert an einer Datenspule eine Spannung. Diese Spannung überlagert sich mit dem eigentlichen Datensignal und kann zu einer Störung führen. Aufgrund der induktiven Überlagerung kann eine solche induzierte Spannung in der Regel auch nicht durch Signalauswertung eliminiert werden.The energy field provides for the inductive energy transfer from an energy coil device of a transmission device to the energy coil device of another transmission device. This energy field has a high field strength. The energy field induces a voltage on a data coil. This voltage is superimposed with the actual data signal and can lead to a fault. Due to the inductive superposition, such an induced voltage can generally not be eliminated by signal evaluation.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist eine Kompensationsspuleneinrichtung vorgesehen, welche ebenfalls von dem Energiefeld beaufschlagt ist. An der mindestens einen Kompensationsspule der Kompensationsspuleneinrichtung wird ebenfalls eine Spannung induziert. Durch entsprechende Ausbildung und Positionierung der Kompensationsspuleneinrichtung relativ zu der mindestens einen Datenspule können die an der mindestens einen Datenspule und der mindestens einen Kompensationsspule induzierten Spannungen entgegenwirken. Wenn die Ausbildung und Anordnung derart ist, dass die durch das Energiefeld induzierten Spannungen an der mindestens einen Datenspule und an der mindestens einen Kompensationsspule mindestens näherungsweise die gleiche Größe haben, lässt sich der Einfluss des Energiefelds auf die Datenübertragung zumindest verringern. Eine vollständige Elimination ist in der Regel nicht notwendig.In the solution according to the invention a compensation coil device is provided, which is also acted upon by the energy field. A voltage is also induced at the at least one compensation coil of the compensation coil device. By appropriate design and positioning of the compensation coil device relative to the at least one data coil, the voltages induced on the at least one data coil and the at least one compensation coil can be counteracted. If the design and arrangement is such that the voltages induced by the energy field at the at least one data coil and at the at least one compensation coil are at least approximately the same size, the influence of the energy field on the data transmission can at least be reduced. Complete elimination is usually not necessary.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Einfluss des induktiven Energiefelds auf die Datenübertragung verringert. Dies wiederum ermöglicht eine hohe Rate für die Datenübertragung.The inventive solution reduces the influence of the inductive energy field on the data transmission. This in turn allows a high rate for data transmission.

Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung kann dabei sowohl als Energiefeldsender (Energiefelderzeuger) als auch als Energiefeldempfänger ausgebildet sein oder eingesetzt sein. Sie kann sowohl als Datensender als auch als Datenempfänger eingesetzt sein.The transmission device according to the invention can be designed or used both as an energy field transmitter (energy field generator) and as an energy field receiver. It can be used both as a data transmitter and as a data receiver.

Günstig ist es, wenn Windungszahlen der mindestens einen Kompensationsspule und der mindestens einen Datenspule und die Position der mindestens einen Kompensationsspule und der mindestens einen Datenspule angepasst sind zur Energiefeldkompensation. Durch entsprechende Anordnung und Ausbildung lässt sich dadurch eine mindestens teilweise Kompensation erreichen, um eine Datenübertragung mit hoher Datenrate realisieren zu können. Vorzugsweise ist die Anpassung derart, dass der Einfluss des Energiefelds auf die mindestens eine Kompensationsspule in die gleiche Richtung geht wie der Einfluss des Energiefelds auf die mindestens eine Datenspule, wenn ein Abstand zwischen einer ersten Übertragungsvorrichtung und einer zweiten Übertragungsvorrichtung variiert wird. Dadurch ist die Energiefeldkompensation zumindest in gewissen Grenzen mindestens näherungsweise unabhängig von dem Abstand zwischen der ersten Übertragungsvorrichtung und der zweiten Übertragungsüberrichtung. It is favorable if the number of turns of the at least one compensation coil and of the at least one data coil and the position of the at least one compensation coil and of the at least one data coil are adapted for energy field compensation. By appropriate arrangement and training can thereby achieve at least partial compensation in order to realize data transmission at a high data rate. The adaptation is preferably such that the influence of the energy field on the at least one compensation coil goes in the same direction as the influence of the energy field on the at least one data coil when a distance between a first transmission device and a second transmission device is varied. As a result, the energy field compensation is at least approximately independent of the distance between the first transmission device and the second transmission transmission, at least within certain limits.

Grundsätzlich ist es möglich, dass die Kompensationsspule ein Kompensationssignal bereitstellt, welches für die Ansteuerung der Datenspule und/oder für die Auswertung von Signalen der Datenspule verwendet wird. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die mindestens eine Datenspule und die mindestens eine Kompensationsspule antiseriell geschaltet, das heißt die mindestens eine Datenspule und die mindestens eine Kompensationsspule sind direkt ”hardwaremäßig” aneinander gekoppelt. Dies lässt sich auf einfache Weise erreichen, wenn die mindestens eine Datenspule und die mindestens eine Kompensationsspule entgegengesetzten Windungssinn aufweisen. Dadurch werden an der mindestens einen Datenspule und der mindestens einen Kompensationsspule durch das Energiefeld Induktionsspannungen mit entgegengerichtetem Vorzeichen erzeugt. Durch die serielle Schaltung entsteht dadurch mindestens eine Teilkompensation. Eine weitergehende Ansteuerung bzw. Auswertung zur Kompensation ist dann nicht notwendig.In principle, it is possible that the compensation coil provides a compensation signal, which is used for the control of the data coil and / or for the evaluation of signals of the data coil. In an advantageous embodiment, the at least one data coil and the at least one compensation coil are connected in antiseries, that is to say the at least one data coil and the at least one compensation coil are directly coupled to one another in terms of "hardware". This can be achieved in a simple manner if the at least one data coil and the at least one compensation coil have opposite winding directions. As a result, induction voltages with opposite signs are generated at the at least one data coil and the at least one compensation coil by the energy field. Due to the serial circuit, this results in at least a partial compensation. A further control or evaluation for compensation is then not necessary.

Insbesondere weisen die mindestens eine Kompensationsspule, eine oder mehrere Energiespulen der Energiespuleneinrichtung und die mindestens eine Datenspule parallele und insbesondere koaxiale Spulenachsen auf.In particular, the at least one compensation coil, one or more energy coils of the energy coil device and the at least one data coil have parallel and in particular coaxial coil axes.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die mindestens eine Kompensationsspule bezogen auf eine Übertragungsseite der Übertragungsvorrichtung vor der Energiespuleneinrichtung positioniert ist. Die mindestens eine Kompensationsspule ist dadurch einem starken Feld ausgesetzt. Dies wiederum ermöglicht es, eine Kompensationsspule mit einer geringen Zahl von Windungen (im Extremfall genau einer Windung) bereitzustellen. Dadurch ist unter mindestens teilweiser Kompensation des Einflusses des Energiefeldes auf die mindestens eine Datenspule der direkte Einfluss der Kompensationsspule auf die Datensendung bzw. den Datenempfang minimiert.It has proved to be advantageous if the at least one compensation coil is positioned in front of the energy-coil device with respect to a transmission side of the transmission device. The at least one compensation coil is thereby exposed to a strong field. This, in turn, makes it possible to provide a compensation coil with a small number of turns (in extreme cases exactly one turn). As a result, the at least partial compensation of the influence of the energy field on the at least one data coil minimizes the direct influence of the compensation coil on the data transmission or the data reception.

Insbesondere weist die Energiespuleneinrichtung einen Kern (insbesondere Ferritkern) auf, an welchem mindestens eine Energiespule angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine hohe Energiedichte übertragen.In particular, the energy coil device has a core (in particular ferrite core) on which at least one energy coil is arranged. This allows a high energy density to be transferred.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Kern ein Schalenkern. Dadurch lässt sich gerichtet eine hohe Energiedichte übertragen.In an advantageous embodiment, the core is a shell core. This can be directed a high energy density transmitted.

Es ist günstig, wenn der Kern eine Stirnseite aufweist, welche zu einer Übertragungsseite weist, und die mindestens eine Kompensationsspule an oder in der Nähe der Stirnseite angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Kompensationsspule in einem Bereich positionieren, in welchem eine hohe Feldstärke herrscht.It is favorable if the core has an end face which points to a transmission side, and the at least one compensation coil is arranged at or in the vicinity of the end face. As a result, the compensation coil can be positioned in a region in which a high field strength prevails.

Insbesondere ist die mindestens eine Kompensationsspule an einem Ringbereich eines Schalenkerns angeordnet. Dadurch lässt sich diese zum einen mit einem Feld einer hohen Feldstärke beaufschlagen und zum anderen wird die Energieübertragung durch die mindestens eine Kompensationsspule minimal beeinflusst.In particular, the at least one compensation coil is arranged on an annular region of a shell core. As a result, these can be acted upon on the one hand with a field of high field strength and on the other hand, the energy transfer is minimally influenced by the at least one compensation coil.

Insbesondere ist die mindestens eine Datenspule um den Kern angeordnet und beispielsweise um diesen gewickelt. Dadurch lässt sich die mindestens eine Datenspule in einem Bereich mit relativ kleiner Stärke des Energiefelds anordnen, sodass a priori der Einfluss des Energiefelds auf die mindestens eine Datenspule verringert ist.In particular, the at least one data coil is arranged around the core and, for example, wound around it. As a result, the at least one data coil can be arranged in a region of relatively small strength of the energy field, so that a priori the influence of the energy field on the at least one data coil is reduced.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Datenspule an einem Folienträger angeordnet. Die mindestens eine Datenspule lässt sich dadurch auf einfache Weise herstellen, indem beispielsweise gerade Leiterbahnen auf dem Folienträger hergestellt werden, beispielsweise durch ein Printverfahren. Der Folienträger wird dann um einen Halter für eine Energiespule, welche insbesondere ein Schalenkern ist, gewickelt.In an advantageous embodiment, the at least one data coil is arranged on a film carrier. The at least one data coil can thereby be produced in a simple manner, for example by producing straight strip conductors on the film carrier, for example by a printing method. The film carrier is then wound around a holder for an energy coil, which is in particular a shell core.

Bei einer Ausführungsform ist die mindestens eine Kompensationsspule an einem Scheibenelement angeordnet. Das Scheibenelement ist eine Platine für die Kompensationsspule.In one embodiment, the at least one compensation coil is arranged on a disk element. The disk element is a circuit board for the compensation coil.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Scheibenelement Öffnungen aufweist. Wenn die mindestens eine Kompensationsspule bezüglich der Energiespuleneinrichtung positioniert ist, dann kann ein Vergießen mit einer Vergussmasse durch die Öffnungen des Scheibenelements hindurch erfolgen. It is particularly advantageous if the disk element has openings. If the at least one compensation coil is positioned with respect to the energy coil device, then a potting compound can be cast through the openings of the disk element.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Scheibenelement einstückig mit einem Träger für die mindestens eine Datenspule verbunden ist. Dadurch lässt sich eine entsprechende Übertragungsvorrichtung auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Die Anzahl der Montageschritte ist minimiert.It is particularly advantageous if the disk element is integrally connected to a carrier for the at least one data coil. This makes it possible to produce a corresponding transmission device in a simple and cost-effective manner. The number of assembly steps is minimized.

Insbesondere ist das Scheibenelement quer und vorzugsweise rechtwinklig zu einem Träger für die mindestens eine Datenspule orientiert. Dadurch lässt sich die Datenspule gewissermaßen um einen Kern wickeln und der Kern, insbesondere ein Schalenkern, lässt sich nach vorne über das Scheibenelement schließen.In particular, the disk element is oriented transversely and preferably at right angles to a carrier for the at least one data coil. As a result, the data coil can to a certain extent be wound around a core and the core, in particular a shell core, can be closed forward over the disk element.

Günstig ist es, wenn ein Windungsdurchmesser der mindestens einen Datenspule größer ist als ein Windungsdurchmesser an einer Energiespule der Energiespuleneinrichtung. Dadurch Lässt sich insbesondere die Datenspule an einem Energiefeldbereich mit relativ geringer Feldstärke positionieren.It is favorable if a winding diameter of the at least one data coil is greater than a winding diameter on an energy coil of the energy coil device. As a result, in particular, the data coil can be positioned on an energy field region with a relatively low field strength.

Es ist dann günstig, wenn ein Windungsdurchmesser der mindestens einen Kompensationsspule zwischen einem Windungsdurchmesser der mindestens einen Datenspule und einem Windungsdurchmesser einer Energiespule der Energiespuleneinrichtung liegt. Die mindestens eine Kompensationsspule lässt sich dadurch in einem Bereich großer Stärke des Energiefelds positionieren.It is advantageous if a winding diameter of the at least one compensation coil is between a winding diameter of the at least one data coil and a winding diameter of an energy coil of the energy coil device. The at least one compensation coil can thereby be positioned in a region of great strength of the energy field.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die mindestens eine Kompensationsspule genau eine Windung auf. Dadurch lässt sich der direkte Einfluss der mindestens einen Kompensationsspule auf die Datenspule minimieren.In an advantageous embodiment, the at least one compensation coil has exactly one turn. This minimizes the direct influence of the at least one compensation coil on the data coil.

Entsprechend ist es günstig, wenn die mindestens eine Datenspule eine Mehrzahl von Windungen aufweist und insbesondere eine Anzahl von Windungen aufweist, welche deutlich (Faktor 2 oder mehr) an Windungen aufweist als die mindestens eine Kompensationsspule. Dadurch ist der direkte Einfluss der mindestens einen Kompensationsspule auf die mindestens eine Datenspule minimierbar.Accordingly, it is favorable if the at least one data coil has a plurality of windings and, in particular, has a number of windings which has significantly (factor 2 or more) windings than the at least one compensation coil. As a result, the direct influence of the at least one compensation coil on the at least one data coil can be minimized.

Günstigerweise erfolgt die Datenübertragung durch modulierte Signale. Beispielsweise werden Daten auf ein Hochfrequenzsignal aufmoduliert und übertragen. Die Modulation kann eine Amplitudenmodulation (ASK – amplitude shift keying), Frequenzmodulation (FSK – frequency shift keying), Phasenmodulation (PSK – phase shift keying) oder eine Mischform sein.Conveniently, the data transmission takes place by means of modulated signals. For example, data is modulated onto a radio frequency signal and transmitted. The modulation may be amplitude modulation keying (ASK), frequency shift keying (FSK), phase shift keying (PSK) or a hybrid form.

Günstig ist es, wenn die mindestens eine Datenspule in einem Bereich angeordnet ist, in welchem die Stärke des Energiefelds geringer ist als in einem Bereich, in dem die mindestens eine Kompensationsspule angeordnet ist. Dadurch lässt sich die mindestens eine Kompensationsspule im Vergleich zu der Datenspule mit einer geringeren Anzahl von Windungen ausbilden. Der direkte Einfluss der Kompensationsspule außerhalb der Energiefeldkompensation auf die mindestens eine Datenspule ist dadurch wiederum minimiert.It is favorable if the at least one data coil is arranged in a region in which the strength of the energy field is lower than in a region in which the at least one compensation coil is arranged. As a result, the at least one compensation coil can be formed with a smaller number of turns compared to the data coil. The direct influence of the compensation coil outside the energy field compensation on the at least one data coil is thereby minimized.

Die erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung kann als Energiefeldempfänger oder Energiefeldsender ausgebildet oder eingesetzt sein.The transmission device according to the invention can be designed or used as an energy field receiver or energy field transmitter.

Insbesondere ist eine bidirektionale Datenübertragung vorgesehen. Dadurch können Daten von der einen Übertragungsvorrichtung auf eine andere Übertragungsvorrichtung gesendet werden und umgekehrt kann die eine Übertragungsvorrichtung von der anderen Übertragungsvorrichtung Daten empfangen.In particular, bidirectional data transmission is provided. Thereby, data can be sent from one transmission device to another transmission device, and conversely, one transmission device can receive data from the other transmission device.

Eine erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung lässt sich insbesondere zur Energieversorgung eines Sensors und zum Datenaustausch mit dem Sensor verwenden. Der Sensor kann Sensorsignale bereitstellen, welche über eine Übertragungsvorrichtung drahtlos übertragen werden.A transmission device according to the invention can be used, in particular, to supply energy to a sensor and to exchange data with the sensor. The sensor may provide sensor signals which are transmitted wirelessly via a transmission device.

Insbesondere wird die Übertragungsvorrichtung als Datensender und/oder Datenempfänger verwendet.In particular, the transmission device is used as a data transmitter and / or data receiver.

Insbesondere weist die mindestens eine Datenspule einen einheitlichen Windungssinn auf. Ferner weist die mindestens eine Kompensationsspule einen einheitlichen Windungssinn auf. Dadurch lassen sich die Datenspuleneinrichtung und die Kompensationsspuleneinrichtung auf einfache Weise herstellen.In particular, the at least one data coil has a uniform winding sense. Furthermore, the at least one compensation coil has a uniform winding sense. As a result, the data coil device and the compensation coil device can be produced in a simple manner.

Ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem umfasst eine erste erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung als Energiefeldsender und eine zweite erfindungsgemäße Übertragungsvorrichtung als Energiefeldempfänger. Die erste Übertragungsvorrichtung und die zweite Übertragungsvorrichtung sind bezüglich jeweiliger Übertragungsseiten beabstandet zueinander, das heißt es liegt ein Luftspalt zwischen den Übertragungsseiten.A transmission system according to the invention comprises a first transmission device according to the invention as an energy field transmitter and a second transmission device according to the invention as an energy field receiver. The first transmission device and the second transmission device are spaced from each other with respect to respective transmission sides, that is, there is an air gap between the transmission sides.

Das erfindungsgemäße Übertragungssystem weist die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.The transmission system according to the invention has the advantages explained in connection with the transmission device according to the invention.

Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Sensor oder Aktor an die zweite Übertragungsvorrichtung gekoppelt. Von der ersten Übertragungsvorrichtung wird drahtlos Energie auf die zweite Übertragungsvorrichtung übertragen, welche diese elektrische Energie dem Sensor bzw. Aktor bereitstellt. Sensorsignale bzw. Aktorsignale können von der zweiten Übertragungsvorrichtung an die erste Übertragungsvorrichtung übertragen werden. Gegebenenfalls können Signale wie Steuersignale von der ersten Übertragungsvorrichtung auf die zweite Übertragungsvorrichtung übertragen werden und von dort an den mindestens einen Sensor oder Aktor weitergeleitet werden.In one embodiment, at least one sensor or actuator is coupled to the second transmission device. The first transmission device wirelessly transmits energy to the second transmission device, which provides this electrical energy to the sensor or actuator. Sensor signals or actuator signals can from the second transmission device are transmitted to the first transmission device. If appropriate, signals such as control signals can be transmitted from the first transmission device to the second transmission device and be forwarded from there to the at least one sensor or actuator.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem sich eine hohe Datenrate für die Datenübertragung erreichen lässt.The invention is further based on the object of providing a method of the initially mentioned type with which a high data rate for data transmission can be achieved.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Kompensationsspule in dem Energiefeld positioniert wird, welche an die Datenspule gekoppelt ist und in Relation zu der Datenspule so angeordnet und ausgebildet wird, dass mindestens teilweise eine Auswirkung des Energiefelds auf die Datenspule durch die mindestens eine Kompensationsspule kompensiert wird.This object is achieved in the method mentioned in the present invention in that at least one compensation coil is positioned in the energy field, which is coupled to the data coil and arranged and formed in relation to the data coil so that at least partially an effect of the energy field on the data coil is compensated by the at least one compensation coil.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.The method according to the invention has the advantages already explained in connection with the transfer device according to the invention.

Insbesondere wird ein Ausgangssignal der mindestens einen Kompensationsspule mit einem Ausgangssignal der Datenspule verknüpft und/oder die mindestens eine Kompensationsspule ist direkt an die Datenspule angeschlossen, sodass Signale der Datenspule durch die mindestens eine Kompensationsspule beeinflusst werden. Dadurch lässt sich eine Energiefeldkompensation an der Datenspule über die Kompensationsspule erreichen.In particular, an output signal of the at least one compensation coil is linked to an output signal of the data coil and / or the at least one compensation coil is connected directly to the data coil, so that signals of the data coil are influenced by the at least one compensation coil. This makes it possible to achieve an energy field compensation on the data coil via the compensation coil.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawings for further explanation of the invention. Show it:

1(a), (b) eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems; 1 (a) (b) a schematic representation of an embodiment of a transmission system according to the invention;

2 eine schematische Teilschnittansicht längs der Linie 2-2 gemäß 1(b) mit reduziertem Abstand von Übertragungsvorrichtungen; 2 a schematic partial sectional view along the line 2-2 according to 1 (b) with reduced distance from transmission devices;

3 eine Schnittansicht eines Ausführungsführungsbeispiels einer Übertragungsvorrichtung längs der Linie 3-3 gemäß 1(a); 3 a sectional view of an embodiment of a transfer device along the line 3-3 according to 1 (a) ;

4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der relativen Anordnung einer Datenspule und einer Kompensationsspule; 4 a schematic representation of an embodiment of the relative arrangement of a data coil and a compensation coil;

5 schematisch den Feldverlauf zwischen einer ersten Übertragungsvorrichtung und einer zweiten Übertragungsvorrichtung in einer Teildarstellung; 5 schematically the field profile between a first transmission device and a second transmission device in a partial view;

6 eine perspektivische Darstellung eines Trägers für eine Datenspule und eine Kompensationsspule; und 6 a perspective view of a support for a data coil and a compensation coil; and

7 den gleichen Träger wie 6 von einer anderen Richtung her. 7 the same carrier as 6 from another direction.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Übertragungssystems, welches in den 1(a) und (b) schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine erste Übertragungsvorrichtung 12, eine zu dieser beabstandete zweite Übertragungsvorrichtung 14 mit dazwischen liegendem Luftspalt 16 und beispielhaft ein oder mehrere Sensoren 18. Ein Sensor 18 ist beispielsweise ein Abstandssensor oder Näherungssensor. Auch andere Sensorarten oder beispielsweise Aktoren sind möglich.An embodiment of a transmission system according to the invention, which in the 1 (a) and (b) shown schematically and there with 10 is designated comprises a first transmission device 12 , a second transmission device spaced therefrom 14 with intermediate air gap 16 and by way of example one or more sensors 18 , A sensor 18 is for example a distance sensor or proximity sensor. Other types of sensors or actuators are possible.

Der Sensor 18 ist über ein Kabel 20 an die zweite Übertragungsvorrichtung 14 angeschlossen. Die erste Übertragungsvorrichtung 12 ist beispielsweise über ein Kabel 22 an eine Energieversorgungseinrichtung angeschlossen.The sensor 18 is over a cable 20 to the second transmission device 14 connected. The first transmission device 12 is for example via a cable 22 connected to a power supply device.

Die erste Übertragungsvorrichtung 12 und die zweite Übertragungsvorrichtung 14 sind drahtlos aneinander gekoppelt. Die erste Übertragungsvorrichtung 12 erzeugt ein Energiefeld, welches die zweite Übertragungsvorrichtung 14 beaufschlagt. Dies ist in den 1(a) und (b) durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 24 schematisch angedeutet. Durch die entsprechende elektromagnetische Kopplung zwischen der ersten Übertragungsvorrichtung 12 und der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 wird induktiv Energie übertragen, sodass der Sensor 18 mit elektrischer Energie zu dessen Betrieb versorgbar ist.The first transmission device 12 and the second transmission device 14 are wirelessly coupled to each other. The first transmission device 12 generates an energy field which is the second transmission device 14 applied. This is in the 1 (a) and (b) by the arrow with the reference numeral 24 indicated schematically. By the corresponding electromagnetic coupling between the first transmission device 12 and the second transmission device 14 is inductively transferred energy, so the sensor 18 is supplied with electrical energy for its operation.

Die erste Übertragungsvorrichtung 12 und die zweite Übertragungsvorrichtung 14 sind nach dem Transformatorprinzip miteinander gekoppelt. Eine entsprechende Energiespuleneinrichtung der ersten Übertragungsvorrichtung 12 kann als Primärwicklung eines Transformators angesehen werden und eine Energiespuleneinrichtung der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 kann als Sekundärwicklung angesehen werden.The first transmission device 12 and the second transmission device 14 are coupled together according to the transformer principle. A corresponding energy coil device of the first transmission device 12 may be considered as a primary winding of a transformer and an energy coil device of the second transmission device 14 can be considered secondary.

Zwischen der ersten Übertragungsvorrichtung 12 und der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 lassen sich ferner bidirektional Daten austauschen. Dieser bidirektionale Datenaustausch ist in den 1(a) und (b) durch die Pfeile 26a, 26b angedeutet. Bei dem Datenaustausch in der Richtung 26a sendet die zweite Übertragungsvorrichtung 14 Daten in einem Datenfeld zu der ersten Übertragungsvorrichtung 12, welche diese Daten empfängt und insbesondere über das Kabel 22 weiterleitet. Der Datenaustausch in der Richtung 26b erfolgt derart, dass die erste Übertragungsvorrichtung 12 Daten zu der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 sendet. Diese werden dann an den Sensor 18 beispielsweise zu dessen Steuerung weitergeleitet. Daten in der Richtung 26a sind insbesondere Sensordaten und Diagnosedaten.Between the first transmission device 12 and the second transmission device 14 Furthermore, data can be exchanged bidirectionally. This bidirectional data exchange is in the 1 (a) and (b) through the arrows 26a . 26b indicated. In the data exchange in the direction 26a sends the second transmission device 14 Data in a data field to the first transfer device 12 which receives this data and in particular via the cable 22 forwards. The data exchange in the direction 26b takes place such that the first transmission device 12 Data on the second transmission device 14 sends. These are then sent to the sensor 18 for example, forwarded to its control. Data in the direction 26a are in particular sensor data and diagnostic data.

Die Daten werden, wie unten noch näher erläutert wird, über eine Datenspuleneinrichtung von der ersten Übertragungsvorrichtung 12 gesendet und über eine entsprechende Datenspuleneinrichtung der zweiten Datenübertragungseinrichtung 14 empfangen (Datenaustauschrichtung 26b) und umgekehrt (Datenaustauschrichtung 26a). Das Datensignal ist insbesondere moduliert. Die Datenübertragung ist induktiv und erfolgt im vergleichsweise starken Energiefeld 24. Typischerweise findet die Energieübertragung bei Frequenzen in der Größenordnung von 30 kHz bis 300 kHz statt.The data is, as will be explained in more detail below, via a data coil device from the first transmission device 12 sent and via a corresponding data coil device of the second data transmission device 14 received (data exchange direction 26b ) and vice versa (data exchange direction 26a ). The data signal is modulated in particular. The data transmission is inductive and takes place in the comparatively strong energy field 24 , Typically, the energy transfer occurs at frequencies on the order of 30 kHz to 300 kHz.

Grundsätzlich sind die erste Übertragungsvorrichtung 12 und die zweite Übertragungsvorrichtung 14 gleich aufgebaut. Eine Übertragungsvorrichtung lässt sich sowohl als Energiesender als auch als Energieempfänger einsetzen. Aufgrund des bidirektionalen Datenaustauschs wirkt die Übertragungsvorrichtung 12 und die Übertragungsvorrichtung 14 sowohl als Datensender als auch als Datenempfänger.Basically, the first transmission device 12 and the second transmission device 14 built up the same. A transmission device can be used both as an energy transmitter and as an energy receiver. Due to the bidirectional data exchange, the transmission device acts 12 and the transfer device 14 both as a data transmitter and as a data receiver.

Der Aufbau einer Übertragungsvorrichtung wird nachstehend beispielhaft am Aufbau der ersten Übertragungsvorrichtung 12 erläutert (2 und 3).The structure of a transmission device will be exemplified below in the structure of the first transmission device 12 explains ( 2 and 3 ).

Die erste Übertragungsvorrichtung 12 umfasst einen Kern 28, welcher insbesondere ein Ferritkern ist. Bei einer Ausführungsform ist dieser Kern 28 als Schalenkern 30 ausgebildet.The first transmission device 12 includes a core 28 which is in particular a ferrite core. In one embodiment, this core is 28 as a pot core 30 educated.

Der Schalenkern 30 umfasst einen Scheibenbereich 32, welcher insbesondere kreisförmig ist. Dieser Scheibenbereich 32 ist rotationssymmetrisch zu einer Achse 34. Im Bereich der Achse 34 weist der Schalenkern 30 einen Zapfen 36 auf. Dieser Zapfen ist einstückig mit dem Scheibenbereich 32 verbunden.The shell core 30 includes a disk area 32 which is in particular circular. This disc area 32 is rotationally symmetric to an axis 34 , In the area of the axis 34 has the shell core 30 a pin 36 on. This pin is integral with the disc area 32 connected.

An einem Randbereich sitzt an dem Scheibenbereich 32 ein Ringbereich 38. Dieser Ringbereich 38 ist einstückig mit dem Scheibenbereich 32 verbunden. Zwischen dem Ringbereich 38 und dem Zapfen 36 ist ein Ringraum 40 (Wickelraum) gebildet.At an edge area sits on the disc area 32 a ring area 38 , This ring area 38 is integral with the disc area 32 connected. Between the ring area 38 and the pin 36 is an annulus 40 (Changing room) formed.

In dem Ringraum 40 sitzt um den Zapfen 36 gewickelt eine Energiespule 42, welche ein Energiefeld 24 erzeugt (bei der ersten Übertragungsvorrichtung 12) bzw. welche einem Energiefeld der anderen Übertragungsvorrichtung (bei der zweiten Übertragungsvorrichtung 14) ausgesetzt ist.In the annulus 40 sits around the cone 36 wrapped an energy coil 42 , which is an energy field 24 generated (in the first transmission device 12 ) or which an energy field of the other transmission device (in the second transmission device 14 ) is exposed.

Der Kern 28 und die Energiespule 42 bilden eine Energiespuleneinrichtung 44. Die Energiespuleneinrichtung 44 sorgt für die kontaktlose induktive Energieübertragung zwischen Quelle (der ersten Übertragungsvorrichtung 12) und dem Empfänger (der zweiten Übertragungsvorrichtung 14).The core 28 and the energy coil 42 form an energy coil device 44 , The energy coil device 44 provides contactless inductive energy transfer between source (the first transfer device 12 ) and the receiver (the second transmission device 14 ).

Die erste Übertragungsvorrichtung 12 weist eine erste Übertragungsseite 46 auf, welche einer zweiten Übertragungsseite 48 der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 zugewandt ist. Die erste Übertragungsseite 46 und die zweite Übertragungsseite 48 sind beabstandet zueinander, wobei der Luftspalt 16 zwischen der ersten Übertragungsseite 46 und der zweiten Übertragungsseite 48 liegt.The first transmission device 12 has a first transmission page 46 on which a second transmission side 48 the second transmission device 14 is facing. The first transmission side 46 and the second transmission side 48 are spaced from each other, wherein the air gap 16 between the first transmission side 46 and the second transmission side 48 lies.

Der Schalenkern 30 weist der ersten Übertragungsseite 46 zugewandt eine Stirnseite 50 auf.The shell core 30 indicates the first transmission side 46 facing a front side 50 on.

Die Energiespule 42 ist bezüglich der Stirnseite 50 zurückgesetzt in dem Ringraum 40 angeordnet. Die Stirnseite 40 ist insbesondere eine ebene Seite mit einer Ringausnehmung aufgrund des Ringraums 40.The energy coil 42 is with respect to the front 50 reset in the annulus 40 arranged. The front side 40 is in particular a flat side with an annular recess due to the annulus 40 ,

Eine Spulenachse der Energiespule 42 liegt koaxial zu der Achse 34.A coil axis of the energy coil 42 is coaxial with the axis 34 ,

Die Energiespuleneinrichtung 44 mit ihrer Energiespule 42 ist durch eine Ansteuerungseinrichtung (in den Zeichnungen nicht gezeigt) angesteuert.The energy coil device 44 with their energy coil 42 is driven by a driver (not shown in the drawings).

Die erste Übertragungsvorrichtung 12 umfasst eine Datenspuleneinrichtung 52 mit (mindestens) einer Datenspule 54. Die Datenspule 54 sitzt außen am Kern 28 und ist insbesondere um diesen gewickelt. Bei einer Ausführungsform sitzt die Datenspule 54 an einem Träger 56, welcher flexibel ist und insbesondere ein Folienträger 58 ist (6 und 7). Dieser Folienträger 58 ist um den Kern 28 gelegt.The first transmission device 12 includes a data coil device 52 with (at least) one data coil 54 , The data coil 54 sits outside at the core 28 and is especially wrapped around this. In one embodiment, the data coil is seated 54 on a carrier 56 which is flexible and in particular a film carrier 58 is ( 6 and 7 ). This film carrier 58 is around the core 28 placed.

Eine Spulenachse der Datenspule 54 ist koaxial zu der Achse 34.A coil axis of the data coil 54 is coaxial with the axis 34 ,

Die Datenspule 54 weist eine Mehrzahl von Windungen mit einheitlichem Windungssinn auf. Ein Windungsdurchmesser der Datenspule 54 ist größer als ein Windungsdurchmesser der Energiespule 42.The data coil 54 has a plurality of turns with a uniform winding sense. A winding diameter of the data coil 54 is greater than a winding diameter of the energy coil 42 ,

Die Datenspule 54 ist in einem Bereich mit möglichst geringer Stärke des Energiefelds der Energiespule 42 (und einer Energiespule der zweiten Übertragungsvorrichtung 14) positioniert.The data coil 54 is in an area with the lowest possible strength of the energy field of the energy coil 42 (and an energy coil of the second transmission device 14 ).

Die Datenspuleneinrichtung 52 ist durch eine entsprechende Datensende-/-empfangseinrichtung angesteuert (in den Zeichnungen nicht gezeigt). The data coil device 52 is driven by a corresponding data transmitting / receiving device (not shown in the drawings).

An der Stirnseite 50 ist am Ringbereich 38 eine Kompensationsspuleneinrichtung 60 mit (mindestens) einer Kompensationsspule 62 angeordnet. Die Kompensationsspule 62 weist eine oder mehrere Windungen mit einer Spulenachse auf, welche koaxial zur Achse 34 ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kompensationsspule 62 genau eine Windung mit einheitlichem Windungssinn auf.At the front 50 is at the ring area 38 a compensation coil device 60 with (at least) one compensation coil 62 arranged. The compensation coil 62 has one or more turns with a coil axis which is coaxial with the axis 34 is. In a preferred embodiment, the compensation coil 62 exactly one turn with a uniform winding sense.

Ein Windungsdurchmesser der Kompensationsspule 62 ist kleiner als der Windungsdurchmesser der Datenspule 54 und größer als der Windungsdurchmesser der Energiespule 42. Die Kompensationsspule 62 ist bezogen auf eine Querrichtung zur Achse 34 zwischen der Energiespule 42 und der Datenspule 54 angeordnet.A winding diameter of the compensation coil 62 is smaller than the winding diameter of the data coil 54 and larger than the winding diameter of the power coil 42 , The compensation coil 62 is relative to a transverse direction to the axis 34 between the energy coil 42 and the data coil 54 arranged.

Die Datenspule 54 ist bevorzugt in einem Bereich angeordnet, in dem die Stärke des Energiefelds der Energiespule 42 bzw. einer Energiespule der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 kleiner ist als im Bereich, in dem die Kompensationsspule 62 angeordnet ist. Die Kompensationsspule 62 ist durch das Energiefeld der Energiespule 42 beaufschlagt. Bei der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 ist die entsprechende Kompensationsspule ebenfalls durch das Energiefeld der Energiespule 42 der anderen Übertragungsvorrichtung, nämlich der ersten Übertragungsvorrichtung 12, beaufschlagt.The data coil 54 is preferably arranged in a region in which the strength of the energy field of the energy coil 42 or an energy coil of the second transmission device 14 smaller than in the area where the compensation coil 62 is arranged. The compensation coil 62 is through the energy field of the energy coil 42 applied. In the second transmission device 14 is the corresponding compensation coil also through the energy field of the energy coil 42 the other transmission device, namely the first transmission device 12 , charged.

Die Energiespuleneinrichtung 44 und die Datenspuleneinrichtung 52 sind in einem Gehäuse 64 angeordnet, welches die erste Übertragungsseite 46 definiert. Die Stirnseite 50 kann dabei zu einer entsprechenden Gehäusewand mit der ersten Übertragungsseite 46 beabstandet sein. Insbesondere sind Zwischenräume im Gehäuse 64 vergossen. Dies ist in den 2 und 3 durch das Bezugszeichen 66 für eine Vergussmasse angedeutet.The energy coil device 44 and the data coil device 52 are in a housing 64 arranged, which is the first transmission side 46 Are defined. The front side 50 can in this case to a corresponding housing wall with the first transmission side 46 be spaced. In particular, there are gaps in the housing 64 shed. This is in the 2 and 3 by the reference numeral 66 indicated for a potting compound.

Bei einer Ausführungsform ist die Kompensationsspule 62 an einem Scheibenelement 68 angeordnet (6 und 7). Das Scheibenelement 68 ist einstückig mit dem Folienträger 58 verbunden und gegenüber diesem quer und insbesondere rechtwinklig positionierbar. In den 6 und 7 ist der ursprüngliche Zustand vor der Positionierung an dem Kern 28 gezeigt. Das Scheibenelement 68 weist durchgehende Öffnungen 70 auf, um ein Vergießen eines Innenraums des Gehäuses 64 von der Stirnseite 50 her zu ermöglichen.In one embodiment, the compensation coil 62 on a disk element 68 arranged ( 6 and 7 ). The disc element 68 is integral with the film carrier 58 connected and opposite this transversely and in particular at right angles positionable. In the 6 and 7 is the original state before positioning on the core 28 shown. The disc element 68 has through openings 70 on to a potting of an interior of the case 64 from the front side 50 to enable her.

Die Datenspule 54 ist in Form von Leiterbahnen 72 auf dem Folienträger 58 hergestellt. Bei der Herstellung sind die Leiterbahnen 72 insbesondere gerade. Durch Anlegen des Folienträgers 58 an eine Außenseite des insbesondere zylindrischen Kerns 28 und entsprechende Kontaktierung der Leiterbahnen 72 entstehen Windungen zur Ausbildung der Datenspule 54.The data coil 54 is in the form of printed conductors 72 on the film carrier 58 produced. In the production are the conductor tracks 72 especially straight. By applying the film carrier 58 to an outside of the particular cylindrical core 28 and corresponding contacting of the conductor tracks 72 arise turns to form the data coil 54 ,

Die Kompensationsspule 62 ist auf dem Scheibenelement 68 als Träger insbesondere durch eine Windung hergestellt.The compensation coil 62 is on the disk element 68 produced as a carrier in particular by a turn.

Bei der Herstellung der ersten Übertragungsvorrichtung 12 wird der Folienträger 56, welcher entsprechend in seiner Länge an den Umfang des Kerns 28 angepasst ist, um den Kern 28 gelegt, wobei insbesondere die Leiterbahnen 72 nach außen weisen. Durch entsprechende Verbindung von Kontakten erfolgt die Windungsherstellung.In the manufacture of the first transmission device 12 becomes the film carrier 56 which corresponds in length to the circumference of the core 28 adapted to the core 28 laid, in particular the conductor tracks 72 to the outside. By appropriate connection of contacts the winding production takes place.

Das Scheibenelement 68 wird umgeklappt, wobei die Kompensationsspule 62 mit der entsprechenden Windung nach innen weist. Es erfolgt eine Fixierung und nachträglich ein Verguss mit der Vergussmasse 66 durch die Öffnungen 70 hindurch.The disc element 68 is folded down, the compensation coil 62 points inwards with the corresponding turn. There is a fixation and subsequent encapsulation with the potting compound 66 through the openings 70 therethrough.

Die Kompensationsspule 62 ist an die Datenspule 54 gekoppelt. Diese Kopplung lässt sich auf dem gemeinsamen Träger 74 mit dem Scheibenelement 68 und dem Folienträger 58 auf einfache Weise realisieren.The compensation coil 62 is to the data coil 54 coupled. This coupling can be on the common carrier 74 with the disc element 68 and the film carrier 58 realize in a simple way.

Bei einer Ausführungsform sind die Kompensationsspule 62 und die Datenspule 54 antiseriell geschaltet. Dies ist in 4 angedeutet. Die Datenspule 54 und die Kompensationsspule 62 sind in Reihe geschaltet mit entgegengesetztem Windungssinn. Dadurch lässt sich bei entsprechender Anordnung und Ausbildung der Kompensationsspule 62 in Bezug auf die Datenspule 84 die Auswirkung des Energiefelds für die Energieübertragung auf die Datenspule 54 verringern und gegebenenfalls vollständig eliminieren. Eine von dem elektromagnetischen Feld für die Energieübertragung in der Datenspule induzierte Spannung wirkt der in der Kompensationsspule 62 durch dieses elektromagnetische Feld induzierten Spannung entgegen. Bei geeigneter Abstimmung (siehe unten) wird dadurch der Einfluss des Energiefelds auf die Datenübertragung reduziert. Dadurch lässt sich die Datenübertragung optimieren.In one embodiment, the compensation coil 62 and the data coil 54 antiserial switched. This is in 4 indicated. The data coil 54 and the compensation coil 62 are connected in series with opposite winding sense. This can be with appropriate arrangement and design of the compensation coil 62 in relation to the data coil 84 the impact of the energy field for energy transfer to the data coil 54 reduce and if necessary eliminate completely. A voltage induced by the electromagnetic field for energy transfer in the data coil acts in the compensation coil 62 counteracted by this electromagnetic field induced voltage. With suitable tuning (see below) this reduces the influence of the energy field on the data transmission. This can optimize the data transfer.

Die Datenspule 44 wird an einem Bereich der ersten Übertragungsvorrichtung 12 angeordnet, an welchem die Stärke des Energiefelds möglichst gering ist. Die Kompensationsspule 62 wird an einem Bereich angeordnet, an dem die Stärke des Energiefelds hoch ist. Dadurch lässt sich ein großer Unterschied in der Windungszahl für die Datenspule 54 und die Kompensationsspule 62 erreichen. Die Kompensationsspule 62 soll für eine Kompensation bezüglich des Energiefeldes sorgen, jedoch das Datensignal für das Senden von Daten bzw. den Empfang von Daten möglichst wenig in seiner Signalstärke reduzieren. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn die Kompensationsspule 62 möglichst wenig Windungen und insbesondere genau eine Windung hat.The data coil 44 becomes at a portion of the first transmission device 12 arranged at which the strength of the energy field is as low as possible. The compensation coil 62 is placed at an area where the strength of the energy field is high. This makes a big difference in the number of turns for the data coil 54 and the compensation coil 62 to reach. The compensation coil 62 should provide compensation for the energy field, but the data signal for the transmission of data or the reception of data as little as possible in its signal strength to reduce. It is therefore advantageous if the compensation coil 62 as few turns and in particular has exactly one turn.

Aus den genannten Gründen ist die Kompensationsspule 62 bezogen auf die erste Übertragungsseite 56 vor der Energiespule 42 angeordnet.For the reasons mentioned is the compensation coil 62 relative to the first transmission side 56 in front of the energy coil 42 arranged.

Eine optimale Kompensation stellt sich insbesondere dann ein, wenn ein spezifisches Verhältnis der Windungszahlen der Datenspule 54 und der Kompensationsspule 62 in Abhängigkeit von dem magnetischen Fluss des Energiefelds vorliegt.An optimal compensation arises in particular if a specific ratio of the number of turns of the data coil 54 and the compensation coil 62 depending on the magnetic flux of the energy field.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Kompensationsspule 62 an einer Stelle angeordnet ist, an der sich das dort wirkende Energiefeld (das ”starke” Energiefeld) im gleichen Maß ändert wie das Energiefeld an der Datenspule 54 (das ”schwache” Energiefeld), wenn ein Abstand zwischen der ersten Übertragungsseite 46 und der zweiten Übertragungsseite 48, das heißt die Breite des Luftspalts 16, variiert wird.It is also advantageous if the compensation coil 62 is arranged at a position where the energy field acting there (the "strong" energy field) changes to the same extent as the energy field at the data coil 54 (the "weak" energy field), if a distance between the first transmission side 46 and the second transmission side 48 that is the width of the air gap 16 , is varied.

Die optimierte Positionierung der Datenspule 54 und der Kompensationsspule 62 relativ zueinander und deren Ausbildung kann beispielsweise mittels Magnetfeldsimulationen ermittelt werden.The optimized positioning of the data coil 54 and the compensation coil 62 relative to each other and their formation can be determined for example by means of magnetic field simulations.

In 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen Simulation gezeigt. Es ist dabei nur eine Hälfte einer rotationssymmetrischer Anordnung gezeigt.In 5 an embodiment of such a simulation is shown. It is shown only one half of a rotationally symmetrical arrangement.

Das Feld im Bereich der Kompensationsspulen 62 ist stark gegenüber dem Feld im Bereich der Datenspulen 54. (In einer farbigen Darstellung dieser Simulationsergebnisse erkennt man auch quantitativ die Feldstärke.) Eingezeigt ist schematisch auch ein Feldverlauf 76 für das Datenfeld der Datenspulen 54.The field in the area of the compensation coils 62 is strong against the field in the data coil area 54 , (In a colored representation of these simulation results you can also see quantitatively the field strength.) Shown schematically is also a field profile 76 for the data field of the data coils 54 ,

Die Kompensationsspule 62 der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 funktioniert grundsätzlich gleich wie die Kompensationsspule 62 der ersten Übertragungsvorrichtung 12. Sie dient dazu, für das Senden von Daten bzw. das Empfangen von Daten den Einfluss des Energiefeldes, welches die zweite Übertragungsvorrichtung 14 beaufschlagt, zu reduzieren.The compensation coil 62 the second transmission device 14 basically works the same as the compensation coil 62 the first transmission device 12 , It serves for the transmission of data or the reception of data the influence of the energy field, which is the second transmission device 14 charged to reduce.

Das erfindungsgemäße Übertragungssystem 10 mit den Übertragungsvorrichtungen 12 und 14 funktioniert wie folgt:
Die erste Übertragungsvorrichtung 12 stellt der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 und damit dem Sensor 18 kontaktlos induktiv Energie bereit.The transmission system according to the invention 10 with the transmission devices 12 and 14 works as follows:
The first transmission device 12 represents the second transmission device 14 and thus the sensor 18 contactless inductive energy ready.

Die Energiespule 42 der Energiespuleneinrichtung 44 erzeugt das Energiefeld 24, welches die Energiespule 42 der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 beaufschlägt.The energy coil 42 the energy coil device 44 generates the energy field 24 which is the energy coil 42 the second transmission device 14 acts on.

Parallel zur kontaktlosen Energieübertragung erfolgt ein Datenaustausch zwischen der ersten Übertragungsvorrichtung 12 und der zweiten Übertragungsvorrichtung 14. Die Datenspulen 54 der ersten Übertragungsvorrichtung 12 und der zweiten Übertragungsvorrichtung 14 wirken dabei je nach Übertragungsrichtung als Datensender oder Datenempfänger.Parallel to the contactless energy transfer occurs a data exchange between the first transmission device 12 and the second transmission device 14 , The data coils 54 the first transmission device 12 and the second transmission device 14 Depending on the direction of transmission, they act as data transmitters or data receivers.

Dem Datenfeld 76 der Datenspulen 54 ist das starke Energiefeld überlagert. Das Energiefeld kann in einer Datenspule 54 Spannungen induzieren, die grundsätzlich den Datenaustausch durch Verschlechterung der Datensignale beeinflussen können. Dieser Einfluss ist unter Umständen auch durch eine Auswertungsstufe für die übertragenen Daten nicht eliminierbar.The data field 76 the data coils 54 the strong energy field is superimposed. The energy field can be in a data coil 54 Induce voltages that can fundamentally affect data exchange by degrading the data signals. Under certain circumstances, this influence can not be eliminated by an evaluation stage for the transmitted data.

Erfindungsgemäß ist eine Kompensationsspuleneinrichtung 60 vorgesehen, welche eine Kompensationsspule 62 umfasst, die der entsprechenden Datenspule 54 zugeordnet ist und zu dieser antiseriell geschaltet ist. Die Kompensationsspule 62 ist so ausgebildet, dass die Kopplung zwischen der Sende-Datenspule 54 und der Empfangs-Datenspule 54 höchstens wenig gestört wird. Das Datenfeld 76 unterscheidet sich signifikant von dem Feldverlauf des Energiefelds 24 (siehe 5).According to the invention, a compensation coil device 60 provided, which is a compensation coil 62 includes that of the corresponding data coil 54 is assigned and switched to this antiserial. The compensation coil 62 is designed so that the coupling between the transmitting data coil 54 and the receive data coil 54 is little disturbed at most. The data field 76 differs significantly from the field pattern of the energy field 24 (please refer 5 ).

An der Kompensationsspule 62 wird aufgrund des Energiefelds eine Spannung induziert. An der Datenspule 54 wird durch das Energiefeld ebenfalls eine Spannung induziert. Diese beiden Spannungen wirken aufgrund der antiseriellen Anordnung einander entgegen. Bei entsprechender Ausbildung der Datenspule 54 und der Kompensationsspule 62 lässt sich die Auswirkung des Energiefelds 24 auf die Datenspule 54 mindestens teilweise reduzieren.At the compensation coil 62 a voltage is induced due to the energy field. At the data coil 54 a voltage is also induced by the energy field. These two voltages counteract each other due to the antiserial arrangement. With appropriate training of the data coil 54 and the compensation coil 62 can be the impact of the energy field 24 on the data coil 54 at least partially reduce.

Wenn ein Träger 74 mit einstückig verbundenem Folienträger 58 und Scheibenelement 68 (welches insbesondere starr ist) vorgesehen sind, lässt sich die entsprechende Übertragungsvorrichtung 12 bzw. 14 auf einfache Weise herstellen. Es wird der Schalenkern 30 mit der Energiespule 42 hergestellt. Um den Kern 28 wird der Folienträger 58 mit der Datenspule 54 gelegt. Das Scheibenelement 68 wird über die Stirnseite 50 des Kerns 28 geschwenkt oder gefaltet. Diese Anordnung wird in das Gehäuse 54 eingelegt und dort vergossen.If a carrier 74 with integrally connected film carrier 58 and disc element 68 (Which is in particular rigid) are provided, the corresponding transmission device can be 12 respectively. 14 in a simple way. It will be the pot core 30 with the energy coil 42 produced. To the core 28 becomes the film carrier 58 with the data coil 54 placed. The disc element 68 gets over the front side 50 of the core 28 pivoted or folded. This arrangement is in the housing 54 inserted and shed there.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich eine induktive kontaktlose Datenübertragung mit hohen Datenraten auch im starken Wechselfeld der Energiespuleneinrichtung 44 realisieren.The inventive solution allows an inductive contactless data transmission at high data rates even in the strong alternating field of the energy coil device 44 realize.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Übertragungssystemtransmission system
1212: Erste ÜbertragungsvorrichtungFirst transmission device
1414: Zweite ÜbertragungsvorrichtungSecond transmission device
1616: Luftspaltair gap
1818: Sensorsensor
2020: Kabelelectric wire
2222: Kabelelectric wire
2424: Energiefeldenergy field
26a, b26a, b: Datenaustauschdata exchange
2828: Kerncore
3030: Schalenkernpot core
3232: Scheibenbereichdisk area
3434: Achseaxis
3636: Zapfenspigot
3838: Ringbereichring area
4040: Ringraumannulus
4242: Energiespulepower coil
4444: EnergiespuleneinrichtungEnergy coil device
4646: Erste ÜbertragungsseiteFirst transmission side
4848: Zweite ÜbertragungsseiteSecond transmission side
5050: Stirnseitefront
5252: DatenspuleneinrichtungData coil device
5454: Datenspuledata coil
5656: Trägercarrier
5858: Folienträgerfilm backing
6060: KompensationsspuleneinrichtungCompensation coil device
6262: Kompensationsspulecompensating coil
6464: Gehäusecasing
6666: Vergussmassepotting compound
6868: Scheibenelementdisk element
7070: Öffnungopening
7272: Leiterbahnenconductor tracks
7474: Trägercarrier
7676: Datenfelddata field

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1705673 B1 [0004]
DE 102007006394 B4 [0005]
WO 2009/033573 A1 [0006]

Claims

Transmission device for contactless transmission of energy and data, comprising an energy coil device ( 44 ) for contactless energy transmission by means of an electromagnetic energy field ( 24 ) and a data coil device ( 52 ) with at least one data coil ( 54 ) for contactless data transmission, characterized by a compensation coil device ( 60 ) with at least one compensation coil ( 62 ), which through the energy field ( 24 ), which on the energy coil device ( 44 ) is acted upon or is generated by this, wherein the at least one compensation coil ( 62 ) is arranged and configured so as to the at least one data coil ( 54 ), that the influence of the energy field ( 24 ) to the at least one data coil ( 54 ) at least partially by the at least one compensation coil ( 62 ) is compensated.

Transmission device according to claim 1, characterized in that number of turns of the at least one compensation coil ( 62 ) and the at least one data coil ( 52 ) and the position of the at least one compensation coil ( 62 ) and the at least one data coil ( 52 ) are adapted for energy field compensation.

Transmission device according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one data coil ( 52 ) and the at least one compensation coil ( 62 ) are switched antiserially.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compensation coil ( 62 ), one or more energy coils ( 42 ) of the energy coil device ( 44 ) and the at least one data coil ( 52 ) have parallel and in particular coaxial coil axes.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compensation coil ( 62 ) relative to a transmission side ( 46 ; 48 ) of the transmission device ( 12 ; 14 ) in front of the energy coil device ( 44 ) is positioned.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the energy coil device ( 44 ) a core ( 28 ), on which at least one energy coil ( 42 ) is arranged.

Transmission device according to claim 6, characterized in that the core is a shell core ( 30 ).

Transmission device according to claim 6 or 7, characterized in that the core ( 28 ) an end face ( 50 ) which leads to a transmission side ( 46 ; 48 ), and that the at least one compensation coil ( 62 ) at or near the front ( 50 ) is arranged.

Transmission device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the at least one compensation coil ( 62 ) at a ring area ( 38 ) of a shell core ( 30 ) is arranged.

Transmission device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the at least one data coil ( 52 ) around the core ( 28 ) is arranged.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one data coil ( 52 ) on a film carrier ( 58 ) is arranged.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compensation coil ( 62 ) on a disc element ( 68 ) is arranged.

Transmission device according to claim 12, characterized in that the disc element ( 68 ) Openings ( 70 ) having.

Transmission device according to claim 12 or 13, characterized in that the disc element ( 68 ) in one piece with a carrier ( 58 ) for the at least one data coil ( 52 ) connected is.

Transmission device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the disc element ( 68 ) transversely and in particular at right angles to a carrier ( 56 ) for the at least one data coil ( 52 ) is oriented.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that a winding diameter of the at least one data coil ( 52 ) is greater than a winding diameter of an energy coil ( 42 ) of the energy coil device ( 44 ).

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that a coil diameter of the at least one compensation coil ( 62 ) between a winding diameter of the at least one data coil ( 52 ) and a winding diameter of an energy coil ( 42 ) of the energy coil device ( 44 ) lies.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized that the at least one compensation coil ( 62 ) has exactly one turn.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one data coil ( 52 ) has a plurality of turns.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the data transmission is effected by modulated signals.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one data coil ( 52 ) is arranged in a region in which the strength of the energy field is lower than in a region in which the at least one compensation coil ( 62 ) is arranged.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized by a design as an energy field receiver, and / or energy field transmitter.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized by a bidirectional data transmission.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one data coil has a uniform sense of winding.

Transmission device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one compensation coil has a uniform sense of winding.

Use of the transmission device according to one of the preceding claims for supplying energy to a sensor and for data exchange with the sensor.

Use according to claim 26 as data transmitter and / or data receiver.

Transmission system comprising a first transmission device ( 12 ) according to one of claims 1 to 25 as an energy field transmitter and a second transmission device ( 14 ) according to one of claims 1 to 25 as an energy field receiver, wherein the first transmission device ( 12 ) and the second transmission device ( 14 ) with respect to respective transmission pages ( 46 ; 48 ) are spaced from each other.

Transmission system according to claim 28, characterized in that at least one sensor ( 18 ) or actuator to the second transmission device ( 14 ) is coupled.

Method for contactless inductive energy transmission and data transmission, in which an energy field acts on a data coil, characterized in that at least one compensation coil is positioned in the energy field, which is coupled to the data coil and arranged and configured in relation to the data coil such that at least partially an effect of the energy field on the data coil is compensated by the at least one compensation coil.

A method according to claim 30, characterized in that an output signal of the at least one compensation coil is linked to an output signal of the data coil and / or the at least one compensation coil is connected directly to the data coil, so that signals of the data coil are influenced by the at least one compensation coil.