DE102011088911A1

DE102011088911A1 - Object recognition with wireless energy transmission

Info

Publication number: DE102011088911A1
Application number: DE102011088911A
Authority: DE
Inventors: Juergen Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013087345A2; WO2013087345A3

Abstract

Eine Sendeeinrichtung zur drahtlosen Energieübertragung an eine Empfangseinrichtung umfasst einen Feldgenerator zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds einer vorbestimmten magnetischen Induktion, eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Parameters des Feldgenerators, der auf eine durch ein Objekt im Bereich des Wechselfelds aufgenommene Leistung hinweist, und eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Objekts auf der Basis des bestimmten Parameters. Ferner umfasst ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Feldgenerators, die magnetische Induktion des Wechselfelds zu erhöhen, um die Erfassbarkeit des Objekts zu verbessern.A transmission device for wireless energy transmission to a receiving device comprises a field generator for generating an alternating electromagnetic field of a predetermined magnetic induction, a determining device for determining an electrical parameter of the field generator, which indicates a recorded by an object in the region of the alternating field power, and a detection device for detecting of the object based on the particular parameter. Furthermore, a control device for controlling the field generator comprises increasing the magnetic induction of the alternating field in order to improve the detectability of the object.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sendeeinrichtung, ein System und ein Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Sendeeinrichtung, ein System und ein Verfahren zur Erkennung eines Objekts auf einer Übertragungsstrecke bei einer drahtlosen Energieübertragung.The invention relates to a transmission device, a system and a method for wireless energy transmission. In particular, the invention relates to a transmitting device, a system and a method for detecting an object on a transmission path in a wireless energy transmission.

Stand der TechnikState of the art

Ein drahtloses Energieübertragungssystem wird verwendet, um elektrische Energie von einem Sender zu einem Empfänger zu übertragen, ohne eine mechanische Verbindung wie ein Kontaktelement zu erfordern. Beispielsweise kann eine Batterie bzw. ein Akkumulator eines elektrischen Kleingeräts mittels drahtlos übermittelter Energie von einem Ladegerät aufgeladen werden. Diese Technologie ist beispielsweise bekannt für elektrische Zahnbürsten und elektrische Kleinwerkzeuge.A wireless power transmission system is used to transmit electrical energy from a transmitter to a receiver without requiring a mechanical connection such as a contactor. For example, a battery or a rechargeable battery of a small electrical appliance can be charged by means of wirelessly transmitted energy from a charger. This technology is known, for example, for electric toothbrushes and small electrical tools.

Zur drahtlosen Energieübertragung umfasst die Sendeeinrichtung üblicherweise eine Sendespule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds. Im Bereich des Wechselfelds ist eine Empfangsspule der Empfangseinrichtung angeordnet, so dass die beiden Spulen nach Art eines Transformators magnetisch miteinander gekoppelt sind. Wird ein elektrischer Verbraucher an die Empfangsspule angeschlossen, so entnimmt die Empfangseinrichtung mittels der Empfangsspule dem Wechselfeld eine Energie, die seitens der Sendeeinrichtung durch die Sendespule bereitgestellt ist.For wireless energy transmission, the transmitting device usually comprises a transmitting coil for generating an alternating electromagnetic field. In the region of the alternating field, a receiving coil of the receiving device is arranged, so that the two coils are magnetically coupled together in the manner of a transformer. If an electrical load is connected to the receiving coil, then the receiving device removes by means of the receiving coil the alternating field an energy which is provided by the transmitting device by the transmitting coil.

Ist der Bereich zwischen der Sendespule und der Empfangsspule zugänglich, so kann ein elektrisch leitfähiges Objekt in den Bereich des elektromagnetischen Wechselfelds gelangen. Aufgrund des Wechselfelds können Wirbelströme in dem Objekt induziert werden, die aufgrund der Leitfähigkeit des Objekts in Wärme umgewandelt wird. Ist das Objekt magnetisierbar, so kann es sich aufgrund von Verlusten während des Ummagnetisierens im Wechselfeld (Hystereseverluste) zusätzlich aufheizen. Das aufgeheizte Objekt stellt eine potentielle Gefahr für eine Bedienperson und für die Betriebssicherheit des Energieübertragungssystems dar.If the area between the transmitting coil and the receiving coil is accessible, then an electrically conductive object can reach the area of the electromagnetic alternating field. Due to the alternating field, eddy currents can be induced in the object, which is converted into heat due to the conductivity of the object. If the object is magnetizable, it may additionally heat up due to losses during the reversal magnetization in the alternating field (hysteresis losses). The heated object poses a potential danger to an operator and to the operational safety of the power transmission system.

Um ein solches Objekt zu erkennen, ist es bekannt, beispielsweise von einem durch die Sendespule fließenden Strom auf eine Leistungsaufnahme des Objekts zu schließen und das Objekt auf der Basis seiner Leistungsaufnahme zu bestimmen. Dabei können aufgrund von Messfehlern und Streueffekten üblicherweise nur Objekte erfasst werden, deren Größe eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, da die durch ein kleineres Objekt aufgenommene Leistung zu gering ist, um eine signifikante Änderung des Spulenstroms hervorzurufen.In order to detect such an object, it is known, for example, to infer from a current flowing through the transmitting coil current to a power consumption of the object and to determine the object on the basis of its power consumption. In this case, due to measurement errors and scattering effects usually only objects are detected whose size exceeds a predetermined threshold, since the power absorbed by a smaller object is too low to cause a significant change in the coil current.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sendeeinrichtung, ein System und ein Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung anzugeben, die eine verbesserte Erkennung eines kleinen Objekts ermöglichen.It is an object of the invention to provide a transmitter, a system and a method for wireless energy transmission, which allow an improved detection of a small object.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Sendeeinrichtung, eines Systems und eines Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention solves this problem by means of a transmitting device, a system and a method having the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Nach einem ersten Aspekt umfasst eine Sendeeinrichtung zur drahtlosen Energieübertragung an eine Empfangseinrichtung einen Feldgenerator zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfelds einer vorbestimmten magnetischen Induktion, eine Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung eines elektrischen Parameters des Feldgenerators, der auf eine durch ein Objekt im Bereich des Wechselfelds aufgenommene Leistung hinweist, und eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Objekts auf der Basis des bestimmten Parameters. Ferner umfasst die Sendeeinrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Feldgenerators, die magnetische Induktion des Wechselfelds zu erhöhen, um die Erfassbarkeit des Objekts zu verbessern.According to a first aspect, a transmission device for wireless energy transmission to a receiving device comprises a field generator for generating an alternating electromagnetic field of a predetermined magnetic induction, a determining device for determining an electrical parameter of the field generator, which indicates a recorded by an object in the region of the alternating field power, and a detection means for detecting the object on the basis of the determined parameter. Furthermore, the transmitting device comprises a control device for controlling the field generator to increase the magnetic induction of the alternating field in order to improve the detectability of the object.

Während es im Stand der Technik üblich ist, das elektromagnetische Wechselfeld insbesondere in Abwesenheit der Empfangseinrichtung so klein wie möglich zu halten, um einen Energieverbrauch der Sendeeinrichtung zu minimieren, wurde erfindungsgemäß erkannt, dass eine Erhöhung der magnetischen Induktion eine überproportionale Erhöhung einer Leistungsaufnahme des Objekts im Bereich des Feldgenerators nach sich zieht. Durch ein ausreichend starkes Vergrößern der magnetischen Induktion ist es somit möglich, die Leistungsaufnahme des Objekts so zu steigern, dass sich dessen Präsenz anhand einer signifikanten Änderung des elektrischen Parameters nachweisen lässt. Auf diese Weise können eine Betriebssicherheit erhöht und eine Gefährdung einer Bedienperson verringert sein.While it is customary in the prior art to keep the alternating electromagnetic field as small as possible, in particular in the absence of the receiving device in order to minimize energy consumption of the transmitting device, it has been recognized according to the invention that an increase in the magnetic induction results in a disproportionate increase in the power consumption of the object Area of the field generator entails. By sufficiently increasing the magnetic induction, it is thus possible to increase the power consumption of the object so that its presence can be detected by means of a significant change in the electrical parameter. In this way, a reliability can be increased and a risk to an operator can be reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die magnetische Induktion zur Erfassung des Objekts auf den wenigstens 1,5-fachen Wert zu erhöhen. Die Bestimmung des Objekts erfolgt also, während das magnetische Feld des Feldgenerators wenigstens 1,5 mal so groß ist wie während einer Energieübertragung an die Empfangseinrichtung. Aufgrund des quadratischen Zusammenhangs zwischen der magnetischen Induktion und der durch das Objekt aufgenommenen Leistung ist während der erhöhten Induktion mit einer ca. 2,25-fachen Leistungsaufnahme des Objekts zu rechnen. Die Größe des kleinsten anhand des elektrischen Parameters bestimmbaren Objekts kann dadurch weit genug abgesenkt sein, um eine praktische Gefährdung von Mensch und Maschine auszuschließen. Ein aufgrund seiner geringen Größe nicht mehr nachweisbares Objekt kann dadurch so klein sein, dass die durch das Objekt aufgenommene Energie nicht ausreicht, um es auf eine Temperatur zu bringen, von der eine reale Gefährdung ausgeht.In a preferred embodiment, the control device is set up to increase the magnetic induction for detecting the object to at least 1.5 times the value. The determination of the object thus takes place while the magnetic field of the field generator is at least 1.5 times as large as during an energy transmission to the receiving device. Due to the quadratic relationship between the magnetic induction and the power absorbed by the object, an approx. 2.25 times the power consumption of the object can be expected during the increased induction. The size of the smallest determinable by the electrical parameter object can be lowered far enough to exclude a practical hazard to man and machine. An object that is no longer detectable due to its small size can therefore be so small that the energy absorbed by the object is insufficient to bring it to a temperature that poses a real danger.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Sendeeinrichtung eine Schnittstelle zur Ausgabe eines Signals an die Empfangseinrichtung, um eine Energieaufnahme der Empfangseinrichtung zu unterbrechen, während die magnetische Induktion des Wechselfelds des Feldgenerators erhöht ist. Dadurch kann die Bestimmung eines kleinen Objekts auch dann erfolgen, wenn die Empfangseinrichtung im Bereich der Sendeeinrichtung angeordnet ist. Insbesondere kann durch die beschriebene Steuerung der Empfangseinrichtung eine Unterbrechung eines Energieübertragungsvorgangs erfolgen, um das Objekt zu erfassen. Eine verbesserte Betriebssicherheit kann so erzielt werden.In a further preferred embodiment, the transmitting device has an interface for outputting a signal to the receiving device in order to interrupt an energy consumption of the receiving device, while the magnetic induction of the alternating field of the field generator is increased. As a result, the determination of a small object can also take place when the receiving device is arranged in the region of the transmitting device. In particular, by the described control of the receiving device, an interruption of an energy transmission process can take place in order to detect the object. An improved reliability can be achieved.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Feldgenerator einen Resonanzwandler. Aufgrund seines hohen Kopplungsgrads zur Empfangseinrichtung kann mit einem Resonanzwandler ein relativ hoher Wirkungsgrad bei der Übertragung von Energie an die Empfangseinrichtung erreicht werden. Zudem können an einem Resonanzwandler eine Vielzahl von elektrischen Parametern aufgenommen werden, die auf eine durch das Objekt aufgenommene Leistung hinweisen.In a particularly preferred embodiment, the field generator comprises a resonant converter. Due to its high degree of coupling to the receiving device can be achieved with a resonant converter, a relatively high efficiency in the transmission of energy to the receiving device. In addition, a variety of electrical parameters can be recorded on a resonant converter, which indicate a recorded by the object performance.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der elektrische Parameter auf einen Gütefaktor des Resonanzwandlers hin. Der Gütefaktor kann leicht bestimmbar und in hohem Maße für die durch das Objekt aufgenommene Leistung aussagekräftig sein. Alternativ zum Gütefaktor kann auch eines von einer Resonanzüberhöhung, einem Phasenwinkel oder einem Schwingkreisstrom zur Bestimmung des elektrischen Parameters herangezogen werden. Eine Schaltung der Sendeeinrichtung kann dadurch vereinfacht sein. In der Folge kann eine sichere Erkennung des Objekts bei geringen Herstellungskosten erzielbar sein. In a particularly preferred embodiment, the electrical parameter indicates a quality factor of the resonant converter. The figure of merit can be easily determinable and to a large extent meaningful for the power absorbed by the object. As an alternative to the quality factor, one of a resonance peak, a phase angle or a resonant circuit current can also be used to determine the electrical parameter. A circuit of the transmitting device can be simplified thereby. As a result, a reliable detection of the object can be achieved with low production costs.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Erhöhung periodisch für jeweils einen vorbestimmten Zeitraum durchzuführen. Dadurch kann auch der Fall berücksichtigt werden, dass ein Objekt in den Bereich des elektromagnetischen Wechselfeldes gelangt, während eine Energieübertragung von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung erfolgt. Die Dauer des vorbestimmten Zeitraums ist nach unten hauptsächlich durch die Dauer bestimmt, die der Feldgenerator zum Erzeugen des elektromagnetischen Wechselfelds bei einer Änderung der magnetischen Induktion braucht. Im Fall des Resonanzwandlers entspricht dies wenigstens einer Einschwingzeit, die üblicherweise im Bereich von 1 bis 5 Millisekunden liegt, wobei die Bestimmungsphase mindestens die Dauer der doppelten Einschwingzeit aufweisen sollte. Je nach gewünschter Erfassungssicherheit kann die Häufigkeit der Bestimmungsphase angepasst sein.In a particularly preferred embodiment, the control device is configured to carry out the increase periodically for a respective predetermined time period. As a result, it is also possible to take into account the case in which an object enters the region of the alternating electromagnetic field, while energy is transferred from the transmitting device to the receiving device. The duration of the predetermined period is determined downwards mainly by the duration that the field generator needs to generate the alternating electromagnetic field when the magnetic induction changes. In the case of the resonant converter, this corresponds to at least one settling time, which is usually in the range of 1 to 5 milliseconds, wherein the determination phase should have at least the duration of the double settling time. Depending on the desired detection reliability, the frequency of the determination phase can be adapted.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Feldgenerator in vorbestimmten Zeitabständen dazu anzusteuern, das Wechselfeld mit unterschiedlichen magnetischen Induktionen zu erzeugen, um eine Erfassung von Objekten unterschiedlicher Größen zu erlauben. Die Erfassung eines größeren Objekts kann während einer nur gering oder gar nicht erhöhten magnetischen Induktion erfolgen, während zur Erfassung eines kleineren Objekts die magnetische Induktion entsprechend stärker erhöht wird. Zur Erfassung der größeren Objekte ist es nicht erforderlich, die Induktion so stark zu erhöhen wie für die Erfassung der kleinen Objekte, da die durch das Objekt aus dem magnetischen Wechselfeld aufgenommene Energie mit der Größe des Objekts ansteigt. Durch diese Differenzierung kann eine durchschnittliche Energieaufnahme der Sendeeinrichtung gesenkt sein.In one embodiment, the control means is arranged to drive the field generator at predetermined time intervals to generate the alternating field with different magnetic inductions to allow detection of objects of different sizes. The detection of a larger object can be done during a little or no increase in magnetic induction, while for detecting a smaller object, the magnetic induction is increased accordingly more. To capture the larger objects, it is not necessary to increase the induction as much as for the detection of the small objects, since the energy absorbed by the object from the alternating magnetic field increases with the size of the object. As a result of this differentiation, an average energy consumption of the transmitting device can be reduced.

Bevorzugterweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Feldgenerator bei erfasstem Objekt auszuschalten. Zusätzlich oder alternativ kann bei erfasstem Objekt auch ein Warnsignal ausgegeben werden. In einer alternativen Ausführungsform wird der Feldgenerator nicht abgeschaltet, sondern zur Übertragung von Energie fortan mit einer reduzierten magnetischen Induktion betrieben, so dass die durch das Objekt aufgenommene Energie zu gering ist, um einen Schaden anzurichten bzw. eine Gefahr darzustellen.Preferably, the control device is set up to switch off the field generator when the object is detected. Additionally or alternatively, a warning signal can also be output when the object is detected. In an alternative embodiment, the field generator is not turned off, but henceforth operated with a reduced magnetic induction for the purpose of transmitting energy, so that the energy absorbed by the object is too small to cause any damage.

Nach einem zweiten Aspekt umfasst ein System zur Energieübertragung die beschriebene Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung, die eine Empfangsspule und einen elektrischen Verbraucher umfasst. Dabei ist die Empfangseinrichtung dazu eingerichtet, den elektrischen Verbraucher von der Empfangsspule zu trennen, während die magnetische Induktion des Wechselfelds der Sendeeinrichtung erhöht ist.According to a second aspect, a system for transmitting energy comprises the described transmitting device and a receiving device comprising a receiving coil and an electrical load. In this case, the receiving device is set up to separate the electrical load from the receiving coil, while the magnetic induction of the alternating field of the transmitting device is increased.

Durch die Trennung des Verbrauchers von der Empfangsspule wird die Bestimmbarkeit des Objekts in Anwesenheit der Empfangseinrichtung verbessert. Ein die beschriebene Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung umfassendes Energieübertragungssystem kann universell für eine große Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt werden, insbesondere im Bereich von Haushalts- und Kleingeräten.The separation of the consumer from the receiving coil improves the identifiability of the object in the presence of the receiving device. An energy transmission system comprising the described transmitting device and the receiving device can be used universally for a large variety of applications, in particular in the field of household and small appliances.

Nach einem dritten Aspekt umfasst ein Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung von einer Sendeeinrichtung zu einer Empfangseinrichtung Schritte des Erzeugens eines elektromagnetischen Wechselfelds einer vorbestimmten magnetischen Induktion mittels eines Feldgenerators, um Energie an eine Empfangseinrichtung zu übertragen, des Erhöhens der magnetischen Induktion des Wechselfelds, des Bestimmens eines elektrischen Parameters des Feldgenerators, der auf eine durch ein Objekt im Bereich des Wechselfelds aufgenommene Leistung hinweist, und des Erfassens des Objekts auf der Basis des bestimmten Parameters. According to a third aspect, a method for wireless energy transmission from a transmitting device to a receiving device comprises steps of generating an alternating electromagnetic field of a predetermined magnetic induction by means of a field generator to transmit energy to a receiving device, increasing the magnetic induction of the alternating field, determining an electrical Parameter of the field generator indicating a power consumed by an object in the area of the alternating field and detecting the object based on the determined parameter.

Die Sendeeinrichtung kann dazu eingerichtet sein, anhand eines elektrischen Parameters am Feldgenerator zu erfassen, dass die durch die Empfangseinrichtung aufgenommene Leistung auf oder nahe Null abgesunken ist. So kann die Erfassung des Objekts durch die Empfangseinrichtung initiiert werden, beispielsweise indem die Empfangseinrichtung eine elektrische Last von einer Empfangsspule im Bereich der Sendeeinrichtung trennt. Eine gesonderte Schnittstelle zur Übermittlung der Information an die Sendeeinrichtung, dass die Erfassung durchgeführt werden kann, ist auf diese Weise nicht erforderlich. The transmitting device can be set up to detect on the basis of an electrical parameter on the field generator that the power consumed by the receiving device has dropped to or near zero. Thus, the detection of the object can be initiated by the receiving device, for example by the receiving device separating an electrical load from a receiving coil in the region of the transmitting device. A separate interface for transmitting the information to the transmitting device that the detection can be performed is not required in this way.

Das Verfahren kann insbesondere vorteilhaft durch die beschriebene Sendeeinrichtung bzw. im Rahmen des beschriebenen Systems durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren als Computerprogrammprodukt eine Verarbeitungseinrichtung der Sendeeinrichtung bzw. des Systems steuern.The method can be carried out in particular advantageously by the described transmitting device or in the context of the described system. In particular, the method can control a processing device of the transmitting device or of the system as a computer program product.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

– 1 ein System zur Energieübertragung;
– 2 ein Zeitdiagramm einer magnetischen Induktion am System von 1; und
– 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur drahtlosen elektrischen Übertragung

darstellt.The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:

- 1 a system for energy transfer;
- 2 a time diagram of a magnetic induction on the system of 1 ; and
- 3 a flowchart of a method for wireless electrical transmission

represents.

Genaue Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments

1 zeigt ein System 100 zur drahtlosen Energieübertragung. Das System 100 umfasst eine Sendeeinrichtung 105 und eine Empfangseinrichtung 110. 1 shows a system 100 for wireless energy transfer. The system 100 comprises a transmitting device 105 and a receiving device 110 ,

Die Sendeeinrichtung 105 umfasst einen Feldgenerator 115, der wenigstens eine Sendespule 120 und eine Ansteuereinrichtung 125 umfasst. Vorzugsweise ist der Feldgenerator 115 als Resonanzwandler aufgebaut und umfasst einen mit der Sendespule 120 in Serie geschalteten Kondensator 130. The transmitting device 105 includes a field generator 115 , the at least one transmitting coil 120 and a drive device 125 includes. Preferably, the field generator 115 constructed as a resonant converter and includes one with the transmitting coil 120 series connected capacitor 130 ,

Die Ansteuereinrichtung 125 ist mittels zweier Anschlüsse 135 mit einer nicht dargestellten Stromquelle, beispielsweise einem Netzteil, verbunden. Die Ansteuereinrichtung 125 erzeugt eine Wechselspannung, vorzugsweise in Form einer Rechteckspannung, an Enden der Sendespule 120, so dass die Sendespule 120 ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt. Dazu kann die Ansteuereinrichtung 125 mit dem elektromagnetischen Feld rückgekoppelt sein, beispielsweise in Form einer weiteren Spule im Bereich des Wechselfelds, wobei eine in der weiteren Spule induzierte Spannung die Ansteuereinrichtung 125 steuern kann.The drive device 125 is by means of two connections 135 with a power source, not shown, for example, a power supply connected. The drive device 125 generates an alternating voltage, preferably in the form of a square-wave voltage, at the ends of the transmitting coil 120 so that the transmission coil 120 generates an alternating electromagnetic field. For this purpose, the drive device 125 be fed back with the electromagnetic field, for example in the form of another coil in the region of the alternating field, wherein a voltage induced in the other coil, the drive means 125 can control.

An den Anschlüssen des Kondensators 130 ist ein Messverstärker 140 angeschlossen, der die über dem Kondensator 130 anliegende Spannung bestimmt. Unter Berücksichtigung weiterer elektrischer Parameter am Feldgenerator 115 kann auf der Basis der bestimmten Spannung auf eine Leistung geschlossen werden, die dem elektromagnetischen Feld entzogen wird, welches durch die Sendespule 120 bereitgestellt ist. Die Leistung kann auch auf der Basis anderer Parameter an der Sendeeinrichtung 105 bestimmt werden, beispielsweise einem Strom, einer Resonanzüberhöhung oder einem Phasenwinkel an der Sendespule 120.At the connections of the capacitor 130 is a measuring amplifier 140 connected to the over the capacitor 130 applied voltage determined. Taking into account further electrical parameters at the field generator 115 can be concluded on the basis of the determined voltage to a power which is removed from the electromagnetic field, which by the transmitting coil 120 is provided. The power may also be based on other parameters at the transmitting device 105 be determined, for example, a current, a resonance peak or a phase angle at the transmitting coil 120 ,

Auf der Basis der mittels des Messverstärkers 140 durchgeführten Bestimmung erfasst eine mit dem Messverstärker 140 verbundene Erfassungseinrichtung 145 ein Objekt 150, das im Bereich des elektromagnetischen Wechselfelds angeordnete ist. Eine Steuereinrichtung 155 ist dazu eingerichtet, die magnetische Induktion des durch den Feldgenerator 115 bereitgestellten elektromagnetischen Wechselfelds zu steuern. Außerdem kann die Steuereinrichtung 155 dazu eingerichtet sein, die Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds zu beenden oder dessen magnetische Induktion zu verringern, falls mittels der Erfassungseinrichtung 145 das Objekt 150 erfasst wurde.On the basis of the measuring amplifier 140 The determination carried out detects one with the measuring amplifier 140 connected detection device 145 an object 150 , which is arranged in the region of the electromagnetic alternating field. A control device 155 is adapted to the magnetic induction of the field generator 115 controlled electromagnetic alternating field. In addition, the control device 155 be adapted to terminate the generation of the electromagnetic alternating field or to reduce its magnetic induction, if by means of the detection means 145 the object 150 was recorded.

Bevorzugterweise ist in der Sendeeinrichtung 105 eine Schnittstelle 160 vorgesehen, um eine Funktion der Empfangseinrichtung 110 zu steuern. Die Schnittstelle 160 kann auch dazu eingerichtet sein, Daten von der Empfangseinrichtung 110 zur Sendeeinrichtung 105 zu übertragen, beispielsweise um einen Ladevorgang zu steuern. Preferably, in the transmitting device 105 an interface 160 provided to a function of the receiving device 110 to control. the interface 160 may also be adapted to receive data from the receiving device 110 to the transmitting device 105 to transfer, for example, to control a charge.

Die Empfangseinrichtung 110 umfasst eine Empfangsspule 165 und einen mit der Empfangsspule 165 verbindbaren elektrischen Verbraucher, der hier exemplarisch als ein Laderegler 170 mit einem Akkumulator 175 dargestellt ist. Mittels eines Schalters 180 können der Laderegler 170 und der Akkumulator 175 mit der Empfangsspule 165 verbunden oder von dieser getrennt werden. Der Schalter 180 ist mittels einer Steuereinrichtung 185 steuerbar, die vorzugsweise über die Schnittstelle 160 mit der Steuereinrichtung 155 der Sendeeinrichtung 105 in Verbindung steht. Die Schnittstelle 160 kann beispielsweise eine optische Schnittstelle mit einem optischen Sender seitens der Sendeeinrichtung 105 und einem optischen Empfänger seitens der Empfangseinrichtung 110 umfassen. Alternativ kann auch eine drahtgebundene, digitale oder analoge Schnittstelle verwendet werden. The receiving device 110 includes a receiver coil 165 and one with the receiving coil 165 connectable electrical consumer, exemplified here as a charge controller 170 with an accumulator 175 is shown. By means of a switch 180 can the charge controller 170 and the accumulator 175 with the receiver coil 165 connected or disconnected. The desk 180 is by means of a control device 185 controllable, the preferably via the interface 160 with the control device 155 the transmitting device 105 communicates. the interface 160 For example, an optical interface with an optical transmitter on the part of the transmitting device 105 and an optical receiver on the receiving side 110 include. Alternatively, a wired, digital or analog interface can be used.

In noch einer Ausführungsform kann die Schnittstelle 160 gebildet sein, indem eine von der Sendeeinrichtung 105 zur Empfangseinrichtung 110 zu übertragende Information auf das durch die Sendespule 120 erzeugte Wechselfeld aufmoduliert wird. Die Steuereinrichtung 185 kann dazu eingerichtet sein, die Information beispielsweise auf der Basis des an der Empfangsspule 165 anliegenden Spannung oder des durch die Empfangsspule 165 fließenden Stroms zu bestimmen. In yet another embodiment, the interface 160 be formed by one of the transmitting device 105 to the receiving device 110 Information to be transmitted to the by the transmitting coil 120 generated alternating field is modulated. The control device 185 may be adapted to the information, for example, on the basis of the at the receiving coil 165 applied voltage or by the receiving coil 165 to determine flowing electricity.

Zur Energieübertragung ist die Sendespule 120 der Sendeeinrichtung 105 magnetisch mit der Empfangsspule 165 der Empfangseinrichtung 110 gekoppelt. In einigen Ausführungsformen kann die Kopplung durch einen vorzugsweise ferromagnetischen Kern 190 verstärkt sein. Gesteuert durch die Steuereinrichtung 155 und die Ansteuereinrichtung 125 stellt der Feldgenerator 115 der Sendeeinrichtung 105 ein elektromagnetisches Wechselfeld bereit. Ist der Schalter 180 geschlossen, so wird mittels der Empfangsspule 165 der Empfangseinrichtung 110 die magnetische Energie des elektromagnetischen Wechselfelds in elektrische Energie umgewandelt und dem Laderegler 170 bzw. dem Akkumulator 175 bereitgestellt, um den Akkumulator 175 aufzuladen.For energy transfer is the transmitting coil 120 the transmitting device 105 Magnetic with the receiver coil 165 the receiving device 110 coupled. In some embodiments, the coupling may be through a preferably ferromagnetic core 190 be strengthened. Controlled by the controller 155 and the drive device 125 represents the field generator 115 the transmitting device 105 an electromagnetic alternating field ready. Is the switch 180 closed, so by means of the receiving coil 165 the receiving device 110 the magnetic energy of the alternating electromagnetic field is converted into electrical energy and the charge controller 170 or the accumulator 175 provided to the accumulator 175 charge.

Der durch den Messverstärker 140 bestimmte elektrische Parameter des Feldgenerators 115 weist auf eine Energieaufnahme aus dem elektromagnetischen Wechselfeld der Sendespule 120 hin. Der Parameter kann, wie dargestellt, auf der Basis der Spannung des Kondensators 130 bestimmt sein oder beispielsweise auch auf der Basis eines durch die Sendespule 120 fließenden Stroms oder einer Resonanzüberhöhung am Kondensator 130 oder der Sendespule 120. Übersteigt die Energieentnahme aus dem elektromagnetischen Wechselfeld ein vorbestimmtes Maß, so wird die Anwesenheit des Objekts 150 durch die Erfassungseinrichtung 145 erfasst.The through the amplifier 140 certain electrical parameters of the field generator 115 indicates an energy intake from the alternating electromagnetic field of the transmitting coil 120 out. The parameter can, as shown, based on the voltage of the capacitor 130 be determined or, for example, on the basis of a through the transmitting coil 120 flowing current or a resonant peak on the capacitor 130 or the transmitting coil 120 , If the removal of energy from the alternating electromagnetic field exceeds a predetermined level, the presence of the object will be exceeded 150 by the detection device 145 detected.

Um das Objekt 150 zu erfassen, kann die Empfangseinrichtung 110 mittels der Schnittstelle 160 deaktiviert werden, so dass die Empfangsspule 165 keine Energie aus dem erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld entnimmt, während in der Bestimmungsphase die Erfassung des Objekts 150 durchgeführt wird. Zum Deaktivieren kann über die Schnittstelle 160 ein Signal von der Sendeeinrichtung 105 zur Empfangseinrichtung 110 übermittelt werden, das auf einen Beginn der Bestimmungsphase hinweist. Die Bestimmungsphase kann eine vorbestimmte Dauer aufweisen und die Empfangseinrichtung 110 kann dazu eingerichtet sein, während der vorbestimmten Dauer die Empfangsspule 165 mittels des Schalters 180 elektrisch vom Laderegler 170 zu trennen. To the object 150 to capture, the receiving device 110 by means of the interface 160 be disabled, leaving the receiver coil 165 does not extract energy from the generated alternating electromagnetic field, while in the determination phase captures the object 150 is carried out. To disable can over the interface 160 a signal from the transmitting device 105 to the receiving device 110 which indicates the beginning of the determination phase. The determination phase may have a predetermined duration and the receiving device 110 may be configured to receive the receiver coil for the predetermined duration 165 by means of the switch 180 electrically from the charge controller 170 to separate.

Die durch das Objekt 150 aufgenommene Leistung ist die Summe einer Wirbelstromleistung eines Wirbelstroms, der durch das magnetische Wechselfeld in dem Objekt 150 induziert wird, und einer Ummagnetisierungsleistung, falls das Objekt 150 magnetisierbar ist. Sowohl die Wirbelstromleistung als auch die Ummagnetisierungsleistung steigen in etwa quadratisch mit dem Betrag der magnetischen Induktion des elektromagnetischen Wechselfelds der Sendespule 120. Um also auch ein kleines Objekt 150 bestimmen zu können, das nur eine geringe Leistung aus dem elektromagnetischen Wechselfeld entnimmt, steuert die Steuereinrichtung 155 die Ansteuereinrichtung 125 an, die Sendespule 120 mit einer erhöhten Spannung bzw. einem erhöhten Strom zu betreiben, um die Induktion des erzeugten magnetischen Wechselfelds zu vergrößern. Im Quadrat mit der magnetischen Induktion steigt die durch das Objekt 150 aufgenommene Leistung an. Je nachdem, wie stark die magnetische Induktion des Wechselfelds erhöht wird, verbessert sich das Verhältnis aus Leistungsaufnahme und magnetischer Induktion bzw. Nutzsignal und Störsignal. Dementsprechend kann eine Erfassung des Objekts 150 durch die Erfassungseinrichtung 155 bei gesteigertem magnetischem Fluss leichter gelingen.The through the object 150 absorbed power is the sum of an eddy current power of an eddy current caused by the alternating magnetic field in the object 150 and a remagnetization power if the object 150 is magnetizable. Both the eddy current power and the remagnetization power increase approximately quadratically with the amount of magnetic induction of the electromagnetic alternating field of the transmitting coil 120 , So also a small object 150 To be able to determine that takes only a small power from the electromagnetic alternating field, controls the controller 155 the drive device 125 on, the transmitting coil 120 to operate with an increased voltage or an increased current in order to increase the induction of the generated alternating magnetic field. In the square with the magnetic induction rises through the object 150 recorded power. Depending on how strongly the magnetic induction of the alternating field is increased, the ratio of power consumption and magnetic induction or useful signal and interference signal improves. Accordingly, a detection of the object 150 by the detection device 155 easier with increased magnetic flux.

2 zeigt ein Zeitdiagramm 200 einer magnetischen Induktion am System 100 aus 1. In einer horizontalen Richtung ist eine Zeit und in einer vertikalen Richtung eine magnetische Induktion angetragen. Ein Verlauf 205 stellt die Stärke der magnetischen Induktion des elektromagnetischen Wechselfelds im Bereich der Sendespule 120 des Feldgenerators 115 der Sendeeinrichtung 105 des Systems 100 aus 1 dar. Die magnetische Induktion 205 nimmt in der gegebenen Darstellung einen von drei diskreten Werten an, nämlich entweder einen niedrigen Wert B1, einen mittleren Wert B2 oder einen hohen Wert B3. In Zeitabschnitten, in denen die Induktion 205 den niedrigen Wert B1 aufweist, erfolgt eine Energieübertragung von der Sendeeinrichtung 105 zur Empfangseinrichtung 110. 2 shows a timing diagram 200 a magnetic induction on the system 100 out 1 , In a horizontal direction, a time is applied and in a vertical direction, a magnetic induction. A course 205 represents the strength of the magnetic induction of the alternating electromagnetic field in the region of the transmitting coil 120 of the field generator 115 the transmitting device 105 of the system 100 out 1 dar. The magnetic induction 205 assumes one of three discrete values in the given representation, namely either a low value B1, a middle value B2 or a high value B3. In periods where the induction 205 has the low value B1, there is an energy transfer from the transmitting device 105 to the receiving device 110 ,

Periodisch nach Ablauf einer Zeitspanne T1 wird die Induktion 205 auf den Wert B2 oder B3 angehoben. In der dargestellten Ausführungsform wird die Induktion 205 zunächst auf B3 angehoben, eine Periode später auf B2, noch eine Periode später wieder auf B2 und noch eine Periode später erneut auf B3. Andere periodische Erhöhungen mit beliebigen Schachtelungen sind ebenfalls möglich. Auch ist es möglich, die Erhöhung jeweils auf die gleiche magnetische Induktion B2 durchzuführen und keine dritte magnetische Induktion B3 vorzusehen. Periodically after a period of time T1, the induction 205 raised to the value B2 or B3. In the illustrated embodiment, the induction 205 initially raised to B3, one period later on B2, one more period later back to B2 and one more period later again on B3. Other periodic elevations with arbitrary nestings are also possible. It is also possible to carry out the increase in each case to the same magnetic induction B2 and to provide no third magnetic induction B3.

Ein Zeitraum T2, während dem jeweils eine Erhöhung auf eine der Induktionen B2 oder B3 durchgeführt wird, ist vorzugsweise kurz gegenüber der Periodendauer T1. Aus schaltungstechnischen Gründen muss T2 mindestens doppelt so lang sein wie der Feldgenerator 115 für einen Einschwingvorgang benötigt. T2 kann also im Millisekundenbereich liegen, bei beispielsweise 1–5 Millisekunden. Die Länge der Periodendauer T1 bestimmt sich danach, wie lange ein Objekt 150 mindestens braucht, um im elektromagnetischen Wechselfeld der Sendespule 120 eine Temperatur zu erreichen, die zu einer Gefährdung führen kann. Diese Zeit ist unter Anderem abhängig von der vom Sendesystem 105 zum Empfangssystem 110 übertragenen Leistung, der Energiedichte am Ort des Objekts 150, der Frequenz des elektromagnetischen Wechselfelds und des Materials sowie der geometrischen Form des Objekts 150. Ein übliches Objekt 150 kann beispielsweise eine Unterlegscheibe der Größe M3 betreffen, die beispielsweise 30 Sekunden bis 2 Minuten für ein ausreichendes Erhitzen benötigt. Die Zykluszeit T1 beträgt vorzugsweise die Hälfte bis ein Viertel dieser Zeit. A period T2, during which an increase to one of the inductions B2 or B3 is performed in each case, is preferably short compared with the period T1. For circuit reasons, T2 must be at least twice as long as the field generator 115 needed for a transient process. T2 can therefore be in the millisecond range, for example, 1-5 milliseconds. The length of the period T1 is determined by how long an object 150 at least needs to be in the electromagnetic alternating field of the transmitting coil 120 reach a temperature that can lead to a hazard. This time depends among other things on the transmission system 105 to the receiving system 110 transmitted power, the energy density at the location of the object 150 , the frequency of the alternating electromagnetic field and the material as well as the geometric shape of the object 150 , A common object 150 For example, it may refer to a washer of size M3, which for example requires 30 seconds to 2 minutes for sufficient heating. The cycle time T1 is preferably one-half to one-quarter of this time.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur drahtlosen Energieübertragung von der Sendeeinrichtung 105 zur Empfangseinrichtung 110 des Systems 100 aus 1. 3 shows a flowchart of a method 300 for wireless energy transmission from the transmitting device 105 to the receiving device 110 of the system 100 out 1 ,

Das Verfahren 300 beginnt in einem Schritt 305, in dem der Feldgenerator 115 dazu angesteuert wird, ein magnetisches Wechselfeld mit einer niedrigen magnetischen Induktion zu erzeugen. Während des Schritts 305 erfolgt eine Energieübertragung von der Sendeeinrichtung 105 zur Empfangseinrichtung 110. The procedure 300 starts in one step 305 in which the field generator 115 is driven to generate a magnetic alternating field with a low magnetic induction. During the step 305 there is an energy transfer from the transmitting device 105 to the receiving device 110 ,

Währenddessen wird in einem Schritt 310 das Ende eines Zyklus T1 im Diagramm 200 aus 2 abgewartet. Ist die Zykluszeit T1 abgelaufen oder wird die Bestimmung des Objekts 150 auf eine andere Weise ausgelöst, so wird in einem nachfolgenden Schritt 315 bevorzugterweise die Empfangseinrichtung 110 deaktiviert, indem eines oder beide Enden der Empfangsspule 165 von der elektrischen Last 170, 175 getrennt werden, insbesondere mittels des Schalters 180.Meanwhile, in one step 310 the end of a cycle T1 in the diagram 200 out 2 awaited. If the cycle time T1 has expired or becomes the determination of the object 150 triggered in a different way, so will in a subsequent step 315 preferably the receiving device 110 Disabled by one or both ends of the receiving coil 165 from the electrical load 170 . 175 be separated, in particular by means of the switch 180 ,

Die Bestimmung des Objekts 150 kann wahlweise von der Empfangseinrichtung 110 oder von der Sendeeinrichtung 105 initiiert werden. Im erstgenannten Fall kann die Empfangseinrichtung 110 die Last 175, beispielsweise mittels des Schalters 180 (Lastabwurf), von der Empfangsspule 165 trennen. Die Sendeeinrichtung 105 kann das Fehlen der Last 175 an einem elektrischen Parameter am Feldgenerator 115 bestimmen oder mittels der Schnittstelle 160 eine entsprechende Information empfangen. The determination of the object 150 can optionally from the receiving device 110 or from the transmitting device 105 be initiated. In the former case, the receiving device 110 weight 175 , for example by means of the switch 180 (Load shedding), from the receiving coil 165 separate. The transmitting device 105 can the absence of the load 175 on an electrical parameter on the field generator 115 determine or by means of the interface 160 receive a corresponding information.

Dann wird in einem Schritt 320 der Feldgenerator 115 dazu angesteuert, ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer verstärkten Induktion zu erzeugen. Sodann wird in einem Schritt 325 ein elektrischer Parameter des Feldgenerators 115 abgetastet, der auf eine durch das Objekt 150 aufgenommene Leistung hinweist. Der Wert des Parameters kann mit einem Wert des selben Parameters außerhalb der Erhöhung der Induktion verglichen werden. Anschließend wird auf der Basis des Parameters in einem Schritt 330 das Objekt 150 erfasst.Then in one step 320 the field generator 115 to generate an electromagnetic alternating field with an increased induction. Then in one step 325 an electrical parameter of the field generator 115 sampled, on a through the object 150 indicated power. The value of the parameter can be compared with a value of the same parameter outside the increase of the induction. Subsequently, on the basis of the parameter in one step 330 the object 150 detected.

In einem nachfolgenden Schritt 335 wird überprüft, ob das Objekt 150 im Bereich des elektromagnetischen Felds der Sendespule 120 vorhanden ist. Ist dies der Fall, wird in einem Schritt 340 der Feldgenerator 115 so angesteuert, dass das elektromagnetische Wechselfeld eine verringerte magnetische Induktion aufweist oder ganz abgeschaltet ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Signal an einen Benutzer ausgegeben werden, beispielsweise optisch oder akustisch. Anschließend kann das Verfahren 300 in einem Schritt 345 beendet werden oder zum Schritt 305 zurückkehren.In a subsequent step 335 it checks if the object 150 in the range of the electromagnetic field of the transmitting coil 120 is available. If this is the case, it will be in one step 340 the field generator 115 controlled so that the electromagnetic alternating field has a reduced magnetic induction or is completely switched off. Additionally or alternatively, a signal can also be output to a user, for example optically or acoustically. Subsequently, the process can 300 in one step 345 be finished or to step 305 to return.

Wird im Schritt 335 bestimmt, dass das Objekt 150 nicht im Bereich des elektromagnetischen Wechselfelds vorhanden ist, so wird in einem Schritt 350 die Empfangseinrichtung 110 wieder aktiviert, was der Umkehrung der Maßnahme aus Schritt 315 entspricht. Anschließend kehrt das Verfahren 300 zum Schritt 305 zurück und kann erneut durchlaufen werden.Will in step 335 determines that the object 150 is not present in the field of alternating electromagnetic field, so is in one step 350 the receiving device 110 re-enabled what the inversion of the action from step 315 equivalent. Subsequently, the process returns 300 to the step 305 back and can be run again.

Claims

Transmitting device ( 105 ) for wireless energy transmission to a receiving device ( 110 ), the transmitting device ( 105 ) comprises: a field generator ( 115 ) for generating an alternating electromagnetic field of a predetermined magnetic induction; A determination device ( 140 ) for determining an electrical parameter of the field generator ( 115 ) pointing to an object ( 150 ) indicates power absorbed in the region of the alternating field; and a detection device ( 145 ) for capturing the object ( 150 ) based on the determined parameter, characterized by - a control device ( 155 ) for controlling the field generator ( 115 ), to increase the magnetic induction of the alternating field to the detectability of the object ( 150 ) to improve.

Transmitting device ( 105 ) according to claim 1, wherein the control device ( 155 ) is adapted to increase the magnetic induction to at least 11.5 times.

Transmitting device ( 105 ) according to claim 1 or 2, further comprising an interface ( 160 ) for outputting a signal to the receiving device ( 110 ) to receive energy from the receiving device ( 110 ), while the magnetic induction of the alternating field of the field generator ( 115 ) is increased.

Transmitting device ( 105 ) according to one of the preceding claims, wherein the field generator ( 115 ) comprises a resonant converter.

Transmitting device ( 105 ) according to claim 4, wherein the electrical parameter is based on a quality factor of the resonant converter ( 115 ).

Transmitting device ( 105 ) according to one of the preceding claims, wherein the control device ( 155 ) is arranged to perform the increase periodically for a predetermined period of time.

Transmitting device ( 105 ) according to one of the preceding claims, wherein the control device ( 155 ) is adapted to the field generator ( 115 ) at predetermined time intervals (T1) to generate the alternating field with different magnetic inductions in order to detect objects ( 150 ) of different sizes.

Transmitting device ( 105 ) according to one of the preceding claims, wherein the control device ( 155 ) is adapted to the field generator ( 115 ) with detected object ( 150 ) shut down.

System ( 100 ) for transmitting energy, comprising the transmitting device ( 105 ) according to one of the preceding claims and a receiving device ( 110 ), which has a receiving coil ( 165 ) and an electrical consumer ( 170 . 175 ), wherein the receiving device ( 110 ) is adapted to the electrical consumer ( 170 . 175 ) from the receiving coil ( 168 ), while the magnetic induction of the alternating field of the transmitting device ( 105 ) is increased.

Method for wireless energy transmission from a transmitting device ( 105 ) to a receiving device ( 110 ), comprising the following steps: - generating ( 305 ) of an electromagnetic alternating field of a predetermined magnetic induction by means of a field generator ( 115 ) to transfer energy to a receiving device ( 110 ) transferred to; - Increase ( 320 ) of the magnetic induction of the alternating field; - Determine ( 325 ) of an electrical parameter of the field generator ( 115 ) pointing to an object ( 150 ) indicates power absorbed in the region of the alternating field; and - capture ( 330 ) of the object based on the determined parameter.

The method of claim 10, wherein the transmitting device is adapted to, based on an electrical parameter on the field generator 115 to detect that by the receiving device ( 110 ) has dropped to or near zero.