DE102011113740A1

DE102011113740A1 - Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung

Info

Publication number: DE102011113740A1
Application number: DE102011113740A
Authority: DE
Inventors: Daniela Baganz; Georg Staaks; Oliver Jauernig; Norbert Wecke; Sandra Jauernig; Hans-Ullrich Balzer; Volker Großer; Carsten Brockmann
Original assignee: Ver Zur Foerderung Agrar und Stadtoekologischer Projekte Asp E V; Verein Zur Forderung Agrar- und Stadtokologischer Projekte (asp) E V; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Forschungsverbund Berlin FVB eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Forschungsverbund Berlin FVB eV
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-03-21

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung umfassend eine in einer Umgebung, insbesondere in Wasser mobile Sensoreinheit mit einem Sender zur Übertragung von Sensordaten, einem Energiespeicher und einer als Sekundärspule bezeichnete Spule, und eine Basiseinheit mit einer als Primärspule bezeichneten Spule und einer Versorgungsschaltung, die die Primärspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes elektrisch versorgt, wobei die Primärspule Energie an die Sensoreinheit überträgt, wenn die Sekundärspule sich im Magnetfeld befindet, vorgeschlagen. Die Basiseinheit umfasst außerdem einen Kondensator, der mit der Primärspule einen Schwingkreis bildet, und einen Regelkreis umfasst, der ausgebildet ist, die Spannung am Kondensator zu messen, eine Abweichung der gemessenen Spannung von der bei Resonanzfrequenz des Schwingkreises maximalen Spannung am Kondensator bei einer Verstimmung des Schwingkreises durch die mobile Sensoreinheit zu detektieren und die Frequenz des Schwingkreises so zu korrigieren, dass die Spannung über den Kondensator maximiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
In der nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2010 048 768 ist ein Sensorsystem zum Implantieren in einem Körper eines Lebewesens, im konkreten Beispiel eines Fisches, beschrieben, das dazu dient, einen Zustand des Fisches, wie beispielsweise Herz- oder Atemfrequenz oder der Körpertemperatur zu erfassen und über eine, ebenfalls implantierte, Sendeeinheit mittels Sendesignalen einem Empfänger zu senden. Der Empfänger liegt dabei außerhalb des Wassers und die Empfangssignale werden von einer Auswerteeinheit ausgewertet, um den Gesundheitszustand der Fische eines gegebenen Fischbestandes zu überprüfen und zu überwachen. Die implantierten Sensorsysteme haben eine eigene Spannungsversorgung, z. B. eine aufladbare Batterie bzw. einen Akkumulator, wobei die Aufladung mittels einer bekannten induktiven Energieübertragung geschehen kann. Da sich Fische jedoch im Wasser bewegen, ist die Energieübertragung nicht sehr effektiv.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung für mobile Sensorsysteme, insbesondere in sich bewegenden Lebewesen, implantierte Sensorsysteme zu schaffen, die trotz der Bewegung ausreichend Energie in kurzer Zeit übertragen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Die Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung umfasst mindestens eine in einer Umgebung mobile Sensoreinheit mit einem Sender zur Übertragung von Sensordaten, einem Energiespeicher und einer als Sekundärspule bezeichnete Spule und eine Basiseinheit mit einer als Primärspule bezeichnete Spule und einer Versorgungsschaltung, die die Primärspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes elektrisch versorgt, wobei die Primärspule Energie an die mindestens eine Sensoreinheit überträgt, wenn deren Sekundärspule sich im Magnetfeld befindet. Dadurch, dass die Basiseinheit außerdem einen Kondensator, der mit der Primärspule einen Schwingkreis bildet, und einen Regelkreis, der auch die Versorgungsschaltung bildet, umfasst, der ausgebildet ist, die Spannung am Kondensator zu messen, eine Abweichung der gemessenen Spannung von der bei Resonanzfrequenz des Schwingkreises maximalen Spannung am Kondensator bei einer Verstimmung des Schwingkreises durch die mobile Sensoreinheit zu detektieren und die Frequenz des Schwingkreises so zu korrigieren, dass die Spannung über den Kondensator maximiert wird, kann unabhängig von der Stellung der Sensoreinheit relativ zur Basiseinheit, d. h. bei veränderlichen Abständen und Lagen der Übertragungsspulen zueinander, ein optimaler Wirkungsgrad der Energieübertragung erreicht werden. Am Beispiel einer in einem Fisch implantierten Sendeeinheit kann die Primärspule im Wasser oder außerhalb des Wassers, in dem der Fisch schwimmt, angebracht sein und wenn beispielsweise eine Fütterung vorgenommen wird, sollte dies in der Nähe der Primärspule geschehen, so dass sich der Fisch mit der Sensoreinheit für eine Zeitspanne von einer oder mehreren Minuten im Magnetfeld der Primärspule befindet und sein Energiespeicher durch induktive Kopplung der Primärspule und der Sekundärspule, gegebenenfalls unter Überwindung einer Luft-Wasser-Barriere aufgeladen wird. Es ist denkbar, dass der oder die Fische mit Sensoreinheit in einem Bassin oder einem Teich oder dergleichen aufgenommen sind, im Falle des Bassins kann die Primärspule außerhalb des Wassers an der Begrenzungswand angebracht sein, im Falle eines Teichs ist es denkbar, dass die Primärspule an einem Steg, Floß oder Schiff angeordnet ist. Dabei liegt der Abstand der Primärspule der Basiseinheit und der Sekundärspule der im Fisch aufgenommenen Sensoreinheit im Bereich von zehn oder einigen zehn Zentimetern, wodurch noch eine induktive Kopplung zwischen beiden Spulen gestattet wird. Unabhängig von der Stellung des Fisches in Bezug auf die Primärspule wird somit durch Regelung der Frequenz des in der Basiseinheit verwendeten Schwingkreises auf die maximale Spannung gebracht.
Die Basiseinheit umfasst auch eine Auswerteeinheit, die die von der oder den Sensoreinheiten gesendeten Sensordaten auswertet und die vorzugsweise mit dem Regelkreis verbunden ist und auch Steueraufgaben in Bezug auf den Regelkreis vornimmt.
Vorzugsweise sind in der Basiseinheit mindestens zwei oder mehr Primärspulen mit zugehörigem Kondensator, d. h. Schwingkreise in der Umgebung der mobilen Sensoreinheit angeordnet, wobei jedem Schwingkreis ein Regelkreis zugeordnet ist. Auf diese Weise können in einer Umgebung, in der die Sensoreinheit sich bewegt, d. h. am Beispiel im Bereich des Bassins oder des Teichs, größere Abmessungen abgedeckt werden, so dass die Sensoreinheiten bzw. die Fische an unterschiedlichen Stellen mit Energie versorgt werden können. Die Primärspulen können somit als Sensorarray ausgebildet sein, wobei auch mehrere Sensorarrays in unterschiedlichen Ebenen zueinander vorgesehen sein können.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Regelkreise der Mehrzahl von Schwingkreisen mit der unter anderem als Synchronisiereinheit arbeitenden Auswerteeinheit verbunden, die dafür sorgt, dass die Frequenzen der Versorgungsspannungen für die Primärkreise die gleiche Frequenz aufweisen, d. h. die Magnetfelder der Primärspulen im Gleichtakt erzeugt werden. Dabei dient der Schwingkreis mit Regelkreis als Referenz, in dessen Nähe ein Fisch bzw. eine Sensoreinheit durch die größte Verstimmung detektiert wurde und somit auf die größte Leistung geregelt wurde. Auf diese Weise wird eine gegenseitige Induktion zwischen den Primärspulen vermieden.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen der oder die Regelkreise einen Schlafmodus und einen Betriebsmodus auf, wobei im Schlafmodus eine Versorgungsspannung von Komponenten des oder der Regelkreise abgeschaltet oder verringerbar ist, die bei Detektieren einer mobilen Sensoreinheit wieder einschaltbar und/oder auf die volle Versorgungsspannung anhebbar ist. Dabei kann die Auswerteeinheit die mobile Sensoreinheit dadurch detektieren, dass sie über die jeweiligen Sende- und/oder Empfangseinheiten Sensordaten ausgetauscht wird oder der Regelkreis detektiert die Sensoreinheit durch Verstimmung des oder der Schwingkreise. Wenn keine Sendeeinheiten in der nähe der Basiseinheit sind, muss auch keine Energie durch induktiven Eintrag bereitgestellt werden. Im Schlafmodus ist somit die Regeleinheit komplett ausgeschaltet oder die Spannung zur Erzeugung des Magnetfeldes wird durch die Primärspule abgesenkt, wobei diese Absenkung vorgenommen wird, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne lang keine Verstimmung des Schwingkreises aufgetreten ist.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird der jeweilige Schwingkreis mit einer H-Brückenschaltung mit vier von einem Signalgenerator gesteuerten Halbleiterschaltern versorgt, wobei der Schwingkreis im H-Brückenzweig liegt. Durch Änderung der Frequenz der Ansteuerung der Halbleiterschalter kann die Regelung der Spannung am Kondensator des Schwingkreises vorgenommen werden. Zur Feststellung der an den Schwingkreis abgegebenen Leistung ist im H-Brückenzweig eine Impedanz zur Messung eines Spannungsabfalls als Maß für die Leistung geschaltet.
Vorzugsweise weist die Basiseinheit die Auswerteeinheit bzw. Auswerte- und Steuereinheit mit der Synchronisationseinheit auf, die die Synchronisation, abhängig von der Leistung, die den einzelnen Schwingkreisen zugeführt wird, wobei der Schwingkreis mit der höchsten Leistung den Synchronisiertakt vorgibt, so dass keine negativen gegenseitigen Beeinflussungen zwischen den Primärspulen auftreten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 eine beispielhafte Darstellung zweier Spulenarrays an einem mit Wasser gefüllten Bassin mit Fischen,
2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine Darstellung der Kondensatorspannung des Schwingkreises über die Frequenz und
4 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Teils eines in 3 verwendeten Regelkreises.
In 1 ist ein Bassin 1 mit Wasser dargestellt, in dem eine Mehrzahl von Fischen 2 schwimmt, die Mitglieder einer Aquakultur sind und deren Gesundheitszustand kontinuierlich überwacht wird. Dazu ist jedem Fisch eine Sensoreinheit 3 implantiert, die verschiedene Sensoren zur Messung z. B. der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Temperatur und dergleichen aufweist, Weiterhin ist die Sensoreinheit 3 mit einem Sender, vorzugsweise einem Funksender, z. B. mit einer Sendefrequenz von 3,15 MHz versehen, über den die Sensordaten an eine außerhalb des Bassins angeordnete Auswerteeinheit gesendet werden können. Außerdem umfasst die Sensoreinheit 3 einen Energiespeicher, wie beispielsweise einen Akkumulator oder einen Kondensator, der die Energie bzw. Spannung zum Versorgen der Sensoren und des Senders liefert. Für eine induktive Energieübertragung, d. h. für eine induktive Aufladung des Energiespeichers der Sensoreinheit 3 ist ebenfalls in der Sensoreinheit 3 eine Empfängerspule oder Sekundärspule vorgesehen, über die die induktive Aufladung des Energiespeichers der Sensoreinheit 3 durchgeführt werden kann.
Zum Zwecke der induktiven Kopplung mit den Spulen der Sensoreinheiten 3 der Fische 2 sind an der Wand des Bassins 1 Sende- oder Primärspulen 4 angeordnet, die ein Array bilden. Beispielhaft sind die Sensorspulen 4 am Boden oder einer Seitenwand des Bassins 1 angeordnet. Die Primärspulen 4 sind beispielsweise in einem Abstand von z. B. einigen Zentimetern zueinander angeordnet und haben beispielsweise einen Durchmesser von einigen zehn Zentimetern. Die Anzahl der Primärspulen ist abhängig von der Größe des zu erfassenden Bereichs und kann unter Berücksichtigung der Umgebung variieren, wobei es auch denkbar ist, dass eine geringere Anzahl, z. B. nur eine, vorgesehen wird. Selbstverständlich können Primärspulen auch nur an einer vorgegebenen Stelle des Bassins vorgesehen werden, wenn zu erwarten ist, dass sich die Fische 2 beispielsweise an einer Futterstelle einfinden.
Dabei müssen die Primärspulen 4 nicht zwingend rund sein, sondern können auch andere Geometrien aufweisen, die dann bei Effizienzbetrachtungen einbezogen werden müssen, da die Feldverteilung dadurch inhomogener werden kann.
In 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung in einer Art Blockschaltbild dargestellt und sie weist für die Primärspule 4 einen in Reihe angeordneten Kondensator 5 und eine Regeleinheit 6 auf. Primärspule 4 und Kondensator 5 bilden einen Schwingkreis 7. Der Regelkreis umfasst einen Analog-/Digitalwandler 8, der die über dem Kondensator 5 liegende Spannung misst und in einen Digitalwert umwandelt. In 3 ist die Spannung des Kondensators über die Frequenz dargestellt, die einen annähernd sinusförmigen Verlauf aufweist und deren Amplitude einen Maximalwert bei der Resonanzfrequenz fr aufweist.
Der Analog-/Digitalwandler 8 tastet den maximalen Amplitudenwert ab und wandelt diesen in den Digitalwert um. In einer als Regelung bezeichneten Verarbeitungseinheit 9, die als Mikroprozessor ausgebildet sein kann und die mit dem Analog-/Digitalwandler 8 verbunden ist, wird festgestellt, ob der digitale Amplitudenwert der Kondensatorspannung dem Wert bei der Resonanzfrequenz fr entspricht oder nicht. Ist er niedriger als erwartet, so ist von einer Verstimmung des Schwingkreises durch äußere Einflüsse auszugehen. Dies bedeutet im Ausführungsbeispiel, dass ein Fisch mit Sensoreinheit in das Magnetfeld der Primärspule 4 eingetreten ist und die Induktivität der Sekundärspule in der Sensoreinheit 3 die Verstimmung verursacht hat.
Abhängig vom Ergebnis des Vergleichs der gemessenen und digitalisierten Kondensatorspannung mit dem Maximalwert wird eine Korrektur der Frequenz der dem Schwingkreis 7 zugeführten Spannung vorgenommen oder nicht. In 3 ist mit gestrichelten Linien der Frequenz-Regelbereich bei einer Verstimmung des Schwingkreises 7 dargestellt, wobei die untere Frequenzgrenze mit f₁ bezeichnet ist.
Bei einer Korrektur wird die dem Schwingkreis 7 zugeführte Spannung in ihrer Frequenz verändert, was im vorliegenden Fall mit dem Block 10 als Frequenzerzeugung und dem Block 11 als Wechselrichter/Verstärkung bezeichnet ist. Diese Spannung wird über eine Leistungsmessung 12 an den Schwingkreis gegeben und der Vorgang des Messens der Kondensatorspannung und das Nachstellen der Frequenz über die Frequenzerzeugung 10 und den Wechselrichter/Verstärkungsblock 11 wird so lange durchgeführt, bis die Spannung am Kondensator 5 wieder maximiert ist. Die Blöcke 10, 11 bilden allgemein einen Wandler für die Spannungs-/Frequenzumsetzung für die eigentliche Versorgungsspannung der Spulen, die als Kleinspannung in Form von Gleichspannung vorliegt. Er kann vorzugsweise als Wechselrichter realisiert sein, es sind jedoch auch andere Schaltungstopologien denkbar, wie beispielsweise ein Inverter in Halbbrückenschaltung.
Im beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Block 11 als H-Brückenwechselrichter ausgebildet und der Block 10 als Signalgenerator, beispielsweise als Rechteckoszillator, der die in der H-Brücke vorhandenen Halbleiterschalter ansteuert.
Die Regelung der Frequenz aufgrund von am Kondensator 5 gemessenen Spannungsdifferenzen wird gemäß dem Regelalgorithmus im Ausführungsbeispiel schrittweise durch ”Ausprobieren” durchgeführt, wobei die Größe der Spannungsdifferenz und die aktuelle Ansteuerfrequenz als Hilfsgrößen für die Abschätzung der ”Sprungweite” für die Frequenzschritte genutzt werden können.
Der bei der Leistungsmessung 12 gemessene Wert wird der Verarbeitungseinheit 9 zugeführt und seine Verwendung wird weiter unten erläutert. Bei dem in 1 beschriebenen Sensorarray oder Sensorfeld mit mehreren Primärspulen 4 wird jeder Spule ein Kondensator 5 zur Bildung des Schwingkreises zugeordnet, wobei die Kondensatoren in unmittelbarer Nähe der Primärspulen 4 zur Vermeidung von Verlusten angeordnet sind. Für jeden Schwingkreis 7 ist eine Schaltung gemäß 2, oben für die jeweiligen Einzelregelungen der Primärspulen bzw. der Schwingkreise 7 vorgesehen. Die Systemgrenze für die Einzelregelung ist gestrichelt dargestellt. Im daneben liegenden Teil der 2 ist somit der n-te Schwingkreis mit entsprechendem Regelkreis 6 angedeutet.
Alle Verarbeitungseinheiten 9 der Regelkreise 6 der Einzelregelungen 1 bis n sind über einen Bus 13 mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 14 verbunden, die unter anderem die Synchronisation der von den Primärspulen 4 des Spulenarrays erzeugten Magnetfelder steuert und somit die Synchronisiereinheit beinhaltet. Zu diesem Zweck wird von der jeweiligen Verarbeitungseinheit 9 der jeweilig über die Leistungsmessung 12 gemessene Leistungswert an die Steuer- und Auswerteeinheit 14 gegeben, die abhängig von diesen Werten entscheidet, welcher Regelkreis die größte Leistung für die Primärspulen 4 erzeugt. Sie wählt den Regelkreis als Referenz oder ”Master” für die Synchronisierung aus, dessen Schwingkreis 7 die größte Verstimmung aufweist und nach Regelung die größte Leistung hat. Abhängig von diesem Wert gibt die Steuereinheit an alle Regelkreise bzw. an alle Blöcke 10 für die Frequenzerzeugung die Frequenz bzw. den Takt vor. Bei maximaler Verstimmung wird die kleinste Spannung am Kondensator 5 und die kleinste Leistung gemessen. Bei Nachreglung auf die neue Resonanzfrequenz werden Spannung und Leistung maximal, sofern die Verstimmung durch die Anwesenheit von Sekundärspulen verursacht worden ist. Diese Leistung würde ebenso wie Frequenz und Nulldurchgang an die Synchronisiereinheit (Steuer- und Auswerteeinheit 14) gemeldet werden, welche unter den Primärspulen entscheidet, welche die mit der meisten Leistungsabgabe ist und dem nach Frequenz und Nulldurchgang des Magnetfeldes vorgibt. Da das erstmalige Nachregeln und Messen unabhängig von einem globalen Takt erfolgen muss, bedeutet dies, dass die Synchronisiereinheit seriell geschaltete Messzyklen vorsieht, bei der nur eine Primärspule aktiv ist und autonom regelt und die anderen ausgeschaltet sind, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Durch die Synchronisation werden alle Magnetfelder im Gleichtakt entsprechend der Frequenz der Referenz bzw. des Masters erzeugt.
In 4 ist eine schaltungsgemäße Ausgestaltung der Blöcke 10 und 11 dargestellt. Entsprechend einer Brückenschaltung sind vier Halbleiterschalter, vorzugsweise MOS-FETS S1, S2, S3, S4 vorgesehen, wobei die jeweiligen Source/Drain-Strecken von einer Freilaufdiode überbrückt werden. Die Gateanschlüsse sind mit einem Signalgenerator 15 verbunden, der die jeweiligen Ansteuersignale, beispielsweise in Form eines Rechtecksignals liefert. In dem H-Brückenzweig ist der Schwingkreis 7 gemäß 2 ausgebildet, der hier mit der Induktivität L1 und dem Kondensator C2 bezeichnet ist. Die an den A/D-Wandler nach 2 gelieferte Kondensatorspannung wird über dem Kondensator C2 gemessen. Weiterhin ist in Reihe mit dem Schwingkreis in dem H-Brückenzweig eine Impedanz, vorzugsweise ein Widerstand R1 geschaltet, der Bestandteil der Leistungsmessung 12 gemäß 2 ist und dessen gemessener Spannungswert ein Maß für die Leistung darstellt. Der Spannungsabfall über R1 wird an die Verarbeitungseinheit 9 bzw. die Auswerte- und Steuereinheit 14 nach 2 geliefert.
Der Kondensator C1, der parallel zur Spannungsversorgung GND und VCC geschaltet ist, dient zur Spannungsstabilisierung.
In bekannter Weise sind in der ersten Halbperiode die Transistoren S1 und S4 durchgeschaltet und die Transistoren S3 und S2 gesperrt und in der zweiten Halbperiode sind die Sperr- und Offenzustände umgekehrt. Die Spule L1 erzeugt somit abhängig von dem durch den H-Brückenzweig fließenden Strom ein Magnetfeld, das entsprechend 1 in das Bassin 1 strahlt.
Um die verbrauchte Energie der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verringern, kann die Verarbeitungseinheit 9 bzw. der Regelkreis einen Betriebsmodus, bei dem ein Fisch 2 durch Feststellung der Verstimmung detektiert wurde, und die Energieübertragung durch magnetische Kopplung vorgenommen wird, und einen Schlafmodus umfassen, bei dem die Verarbeitungseinheit 9 bzw. die Auswerte- und Steuereinheit 14 den Regelkreis 6 abschaltet oder die Versorgungsspannungen der einzelnen Bestandteile des Regelkreises 6 reduziert, so dass von der Primärspule 4 kein oder nur ein schwächeres Magnetfeld erzeugt wird, das gerade ausreicht, um die Annäherung eines Fisches bzw. einer Sensoreinheit 3 zu detektieren.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinheiten in einen Fisch implantiert. Selbstverständlich sind auch andere Lebewesen im Wasser mit den Sensoreinheiten zu überwachen.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung für eine kontinuierliche Gewässerüberwachung angewendet werden, z. B. zur Beurteilung der Gewässergüte anhand eines ”online-Monitoring” biotischer und abiotischer Parameter. Dazu können beispielsweise die Sensoreinheiten 3 als archimedische Schwimmkörper direkt in das Wasser ausgebracht werden und die Daten der Wasserqualität an die Basiseinheit senden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010048768 [0002]

Claims

Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung umfassend: – eine in einer Umgebung mobile Sensoreinheit (3) mit einem Sender zur Übertragung von Sensordaten, einem Energiespeicher und einer als Sekundärspule bezeichnete Spule, – und eine Basiseinheit mit einer als Primärspule bezeichneten Spule und einer Versorgungsschaltung, die die Primärspule zur Erzeugung eines Magnetfeldes elektrisch versorgt, wobei die Primärspule (4) Energie an die Sensoreinheit (3) überträgt, wenn die Sekundärspule sich im Magnetfeld befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit außerdem einen Kondensator (5), der mit der Primärspule (4) einen Schwingkreis (7) bildet, und einen Regelkreis (6) umfasst, der ausgebildet ist, die Spannung am Kondensator (5) zu messen, eine Abweichung der gemessenen Spannung von der bei Resonanzfrequenz des Schwingkreises (7) maximalen Spannung am Kondensator (5) bei einer Verstimmung des Schwingkreises (7) durch die mobile Sensoreinheit (3) zu detektieren und die Frequenz des Schwingkreises (7) so zu korrigieren, dass die Spannung über den Kondensator (5) maximiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, vorzugsweise eine Mehrzahl von Schwingkreisen (7) in der Umgebung der mobilen Sensoreinheit (3) angeordnet ist, wobei jedem Schwingkreis ein Regelkreis (6) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Mehrzahl und eine zweite Mehrzahl von Schwingkreisen (7) in der Umgebung der mobilen Sensoreinheit (3) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die erste Mehrzahl und die zweite Mehrzahl in unterschiedlichen Ebenen zueinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkreise (6) der Mehrzahl von Schwingkreisen (7) mit einer Synchronisiereinheit (14) verbunden sind, die die zumindest von einigen der Primärspulen (4) erzeugten Magnetfelder synchronisiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Regelkreise (6) einen Schlafmodus und einen Betriebsmodus aufweisen, wobei im Schlafmodus der Regelkreis (6) abgeschaltet ist oder eine Versorgungsspannung von Komponenten des oder der Regelkreise (6) verringert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis (6) mittel zur Frequenz- und Spannungswandlung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Frequenz- und Spannungswandlung einen Wechselrichter, vorzugsweise eine Brückenschaltung mit vier von einem Signalgenerator gesteuerten Halbleiterschaltern, (S1–S4) aufweist, wobei der Schwingkreis (7, L1, C2) im Brückenzweig liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Reihe zum Schwingkreis (L1, C2) eine Impedanz (R1) zur Messung eines Spannungsabfalls als Maß für die Leistung des Schwingkreises geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisiereinheit (14) die Synchronisierung der Magnetfelder den Schwingkreis (7, LC, C2) mit der höchsten gemessenen Leistung auswählt, der den Takt für die Eignung der Magnetfelder der Primärspulen vorgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebung der mobilen Sensoreinheit mit Wasser gefüllt ist und als Bassin, Teich oder dergleichen ausgebildet ist.