DE102012201547A1 - Device for wireless transmitting electrical power to electric appliance e.g. mobile telephone, of energy transmission system for vehicle, has determination unit that determines couple factor between inductances coupled with each other - Google Patents

Device for wireless transmitting electrical power to electric appliance e.g. mobile telephone, of energy transmission system for vehicle, has determination unit that determines couple factor between inductances coupled with each other

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DE102012201547A1
DE102012201547A1 DE201210201547 DE102012201547A DE102012201547A1 DE 102012201547 A1 DE102012201547 A1 DE 102012201547A1 DE 201210201547 DE201210201547 DE 201210201547 DE 102012201547 A DE102012201547 A DE 102012201547A DE 102012201547 A1 DE102012201547 A1 DE 102012201547A1
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inductance
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l1
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    • H02J7/025Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters characterised by the type of converter using non-contact coupling, e.g. inductive, capacitive

Abstract

The device comprises a first inductance (L1) that is attached to a voltage source (VS) and is inductively coupled with a second inductance (L2) arranged in an electric appliance. A determination unit determines a couple factor (k12) between inductances. An information output unit outputs the information over the couple factor. Independent claims are included for the following: (1) wireless energy transmission system; and (2) method for wireless transmission of electrical power.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION
  • 1. Gebiet der Erfindung 1. Field of the Invention
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme für die kabellose Übertragung elektrischer Energie. The present invention relates to systems for the wireless transmission of electrical energy. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung kabellose Batterieladesysteme mit einer Überwachung der Ladeeffizienz. In particular, the present invention relates to wireless battery charging systems with a monitoring of the charging efficiency.
  • 2. Stand der Technik 2. Prior Art
  • Das physikalische Prinzip der elektromagnetischen Induktion ermöglicht es, Energie von einem ersten Objekt (Primärseite) zu einem zweiten Objekt (Sekundärseite) zu übertragen. The physical principle of electromagnetic induction makes it possible energy of a first object (primary side) to a second object (secondary side) to be transmitted. Hierbei wird die Energie von einer ersten Induktivität (Spule) auf der Primärseite zu einer zweiten Induktivität (Spule) auf der Sekundärseite übertragen. Here, the power from a first inductor (coil) on the primary side to a second inductor (coil) is transferred to the secondary side. Wenn die Primärspule von einem zeitlich veränderlichen elektrischen Strom durchflossen wird, so entsteht ein zeitlich veränderliches elektromagnetisches Feld, welches wiederum in einer in hinreichender Nähe befindlichen Sekundärspule einen elektrischen Strom induziert, wodurch die Energieübertragung realisiert wird. When the primary coil is traversed by a time-varying electric current, there arises a time-varying electromagnetic field, which in turn induces an electric current in a secondary coil located in sufficiently close, whereby the transfer of energy is realized. Mit anderen Worten, spricht man davon, dass die Primärspule und die Sekundärspule miteinander induktiv gekoppelt sind. In other words, it is called that the primary coil and the secondary coil are inductively coupled to each other. Eine besonders verbreitete Anwendung der kabellosen Energieübertragung mittels elektromagnetischer Induktion ist das kabellose Laden (wegen des Funktionsprinzips auch als induktives Laden bezeichnet) eines Energiespeichers wie z. A particularly widespread use of wireless power transmission using electromagnetic induction is the wireless charging (due to the principle of operation also referred to as inductive charging) of an energy store such. B. einer Batterie oder eines Akkumulators eines elektrischen Geräts. As a battery or an accumulator of an electrical device. Ein zum induktiven Laden eingerichtetes elektrisches Gerät verfügt über eine Induktivität, die als Sekundärspule mit einer in einem Ladegerät angeordneten Primärspule induktiv koppelt. A decorated for inductive charging electric device has an inductance inductively coupled as secondary coil having disposed in a charging primary coil.
  • Das induktive Laden bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, vom Laden kleiner transportabler elektrischer Geräte, wie Handys oder elektrische Zahnbürsten, bis hin zu Anwendungen im Bereich von Elektromobilität (Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb). The inductive charging offers many application possibilities, from the charging small portable electrical appliances, such as mobile phones or electric toothbrushes, to applications in the field of electric mobility (vehicles with electric drive). Ein weiterer Anwendungsbereich betrifft die Medizintechnik, wobei Batterien in implantieren Geräten, wie z. Another application relates to medical technology, wherein batteries in implanted devices such. B. Herzschrittmachern oder Insulinpumpen kabellos geladen werden. As pacemakers or insulin pumps are loaded wirelessly.
  • Den Vorteilen des kabellosen Ladens gegenüber der Energieübertragung mittels elektrischen Stroms durch einen Leiter, wie einfacher mechanischer Aufbau, Nutzbarkeit in Feuchträumen wegen des Fehlens elektrischer Ströme zwischen den Geräten, oder in Situationen, wie bei implantierten Geräten, wo keine mechanische Verbindung möglich ist, stehen als Nachteile eine niedrigere Effizienz des Ladens und höhere resistive Verluste (Wärmeentwicklung) gegenüber. The advantages of the wireless charging with respect to the energy transmission by means of electric current through a conductor, such as a simple mechanical construction, utility in damp rooms because of the absence of electrical currents between the devices, or in situations, such as in implanted devices where no mechanical connection is possible, are available as disadvantages lower efficiency of loading and higher resistive losses (heat) over. Das Problem der erhöhten Erwärmung kann durch Erhöhung der Frequenz des Primärstroms reduziert werden. The problem of increased heating can be reduced by increasing the frequency of the primary current.
  • Für eine Steigerung der Effizienz kommt es weiterhin insbesondere darauf an, die relative Anordnung von Primär- und Sekundärspule zu optimieren, um einen möglichst hohen Koppelfaktor der induktiven Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule zu erreichen. For increased efficiency, it is still particularly important to optimize the relative arrangement of primary and secondary coil to achieve the highest possible coupling factor of the inductive coupling between the primary and secondary coil. Der Koppelfaktor zweiter Induktivitäten L 1 und L 2 trägt der Tatsache Rechnung, dass entsprechend dem Abstand zwischen Übertragerspule und Empfängerspule (Primärspule und Sekundärspule) nur ein Teil des magnetischen Flusses der Primärspule den Bereich der Sekundärspule durchdringt und somit zur Leistungsübertragung beiträgt. The coupling factor second inductors L 1 and L 2 takes into account the fact that according to the distance between transmitter coil and receiver coil (primary coil and the secondary coil) only a part of the magnetic flux of the primary coil passes through the area of the secondary coil, thereby contributing to power transmission. Eine bessere Kopplung bedeutet somit eine höhere Durchdringung des magnetischen Flusses. A better coupling thus means a higher penetration of the magnetic flux. Den Grad der induktiven Kopplung drückt der Kopplungsfaktor k 12 aus, definiert als: The degree of inductive coupling presses the coupling factor k 12 of, defined as: k 12 = L 12 /√(L 1 ·L 2 ), (1) k 12 = L 12 / √ (L 1 × L 2), (1) wobei L 1 und L 2 jeweils die Selbstinduktivitäten der Spulen L 1 und L 2 sind, und L 12 die Gegeninduktivität der Spulen L 1 und L 2 darstellt. wherein L 1 and L 2 each are the self-inductances of the coils L 1 and L 2, and L 12 is the mutual inductance of the coils L1 and L2. Der Koppelfaktor kann Werte zwischen 0 und 1 (0 und 100%) annehmen. The coupling factor can have values ​​between 0 and 1 (0 and 100%). 1 (100%) bedeutet vollständige Kopplung, dh, dass der gesamte primärseitige magnetische Fluss die Empfängerspule durchdringt. 1 (100%) means complete coupling, which means that the entire primary side magnetic flux passes through the receiver coil. 0 bedeutet das Fehlen induktiver Kupplung zwischen Primär- und Sekundärseite. 0 means the absence of inductive coupling between the primary and secondary side. Der Koppelfaktor hängt vor allem von geometrischen Größen ab, insbesondere dem Abstand, der relativen Größe und Form der Spulen, sowie ihrer gegenseitigen Ausrichtung (Winkel zwischen den Spulenachsen). The coupling factor depends primarily on geometrical parameters, in particular the distance, the relative size and shape of the coils, as well as their mutual orientation (angle between the coil axis).
  • Für ein effizientes kabelloses Laden (effiziente Energieübertragung) ist es deshalb wünschenswert, Ladegerät (Energiequelle) und zu ladendes Gerät (Energieempfänger) so zu justieren, dass ein möglichst hoher Koppelfaktor erreicht wird (dh insbesondere möglichst eine parallele Ausrichtung von primärer und sekundärer Induktivität ohne räumlichen Versatz zu erreichen). For efficient wireless charging (efficient energy transfer), it is therefore desirable charger (energy source) and to be loaded device (energy acceptor) to adjust so that the highest possible coupling ratio is achieved (that is, in particular, possible a parallel alignment of the primary and secondary inductance without spatial to achieve offset). Dies kann jedoch problematisch sein, da die Anordnung und Lage der Spulen in den primär- und sekundärseitigen Geräten in der Regel von außen nicht erkennbar ist, bzw. sogar (z. B. bei Implantaten) innerhalb bestimmter Grenzen variabel ist. However, this can be problematic because the arrangement and location of the coils in the primary and secondary devices, usually from the outside is not recognizable, or even (z. B. implants) is variable within certain limits.
  • Ein kabelloses Ladesystem, welches der erläuterten Problematik Rechnung trägt, ist in der US-Patentanmeldung US 2010/0156345 A1 dargestellt. A wireless charging system that takes into account the issues discussed is shown in US patent application US 2010/0156345 A1. Die Druckschrift beschreibt ein kabelloses Ladesystem, wobei sowohl auf der Primärseite als auch auf der Sekundärseite in der Nähe der jeweiligen Spulen Magnete angebracht sind. The document describes a wireless access system, being both mounted on the primary side and the secondary side in the vicinity of the respective coil magnets. Die Spulen sind jeweils zusammen mit den Magneten innerhalb bestimmter Grenzen in den jeweiligen Geräten beweglich. The coils are each movable together with the magnet within certain limits in the respective devices. Durch die gegenseitige Anziehung von Primär- und Sekundärmagneten werden die Primär- und Sekundärspule in eine zueinander benachbarte Position gezogen, und der räumliche Versatz wird verringert. The mutual attraction of the primary and secondary magnets, the primary and secondary coils are pulled in a mutually adjacent position, and the spatial displacement is reduced. Zusätzlich kann durch eine entsprechende Einschränkung der Beweglichkeit der Spulen in den Gehäusen erreicht werden, dass die Orientierung der Induktivität festgelegt bleibt, und somit ein möglichst geringer Winkelversatz entsteht. Additionally it can be achieved by a corresponding limitation of the mobility of the bobbin in the cases that the orientation of the inductance remains fixed, and thus the smallest possible angular displacement arises.
  • Ein Nachteil des bekannten Ladesystems besteht in dem relativ komplizierten mechanischen Aufbau mit beweglichen Spulen und zusätzlichen Magneten. A disadvantage of the known charging system is the relatively complex mechanical structure with the movable coil and the additional magnet. Weiterhin ist es für einen Benutzer nicht ohne weiteres erkennbar, ob bzw. in welcher relativen Positionierung von Primär- und Sekundärseite ein hoher Koppelfaktor und damit eine effiziente Energieübertragung erreicht werden. Furthermore, it is recognizable to a user not readily be whether or in what relative positioning of primary and secondary side, a high coupling factor, and thus efficient energy transfer achieved.
  • Ein System einer induktiven Energieübertragung an einem implantieren medizinischen Gerät ist aus der US-Patentschrift A system of an inductive energy transfer to a medical implant apparatus is known from US Patent US 7,774,069 B2 US 7,774,069 B2 bekannt. known. Das Ladegerät verfügt über einen Indikator zum Anzeigen einer relativen Justierung (Alignment) von Primär- und Sekundärspule. The charger has an indicator for indicating a relative adjustment (alignment) of the primary and secondary coil. Vorzugsweise erfolgt die Anzeige mit Hilfe eines Leuchtstreifens, dessen Länge als Indikator für die Effizienz der Energieübertragung dient. Preferably, the display is performed with the aid of a light strip, the length of which serves as an indicator for the efficiency of energy transfer. Ein längerer Lichtstreifen bedeutet eine höhere Effizienz der Energieübertragung, dh eine bessere Justierung (Anpassung der Lage und Ausrichtung) zwischen Primär- und Sekundärspule. A longer strip of light means a higher efficiency of energy transfer, ie a better adjustment (adjustment of the position and orientation) between the primary and secondary coil. Die Steuerung der Anzeige beruht auf einer Messung des im implantieren Gerät (insbesondere in dessen Batterie) erzeugten Sekundärstroms. The control of the display based on a measurement of the implanted device (in particular in the battery) generated secondary current. Ein entsprechender Wert wird über ein Funksignal an das primärseitige Ladegerät übertragen, und zur Steuerung der Anzeige verarbeitet. A corresponding value is transmitted via a radio signal to the primary-side charger, and processes for controlling the display. Ein höherer gemessener Stromwert bedeutet hierbei eine höhere Effizienz, und damit eine geringere Dauer des Ladevorgangs. A higher measured current value here means a higher efficiency, and thus a lower duration of charging.
  • Das beschriebene System ermöglicht zwar eine Überwachung der Effizienz des Ladevorgangs, erfordert aber einen relativ komplizierten Aufbau, bei dem insbesondere auf der Sekundärseite zusätzliche Komponenten, wie eine Einrichtung zur Strommessung und zur Übertragung eines Messergebnisses (über Funk) erforderlich sind. Although the system described allows for monitoring of the efficiency of the charging process, but requires a relatively complicated structure, in which in particular the secondary side of additional components such as means for current measurement and for transmitting a measurement result is required (via radio). Darüber hinaus kann der gemessene Sekundärstrom in der Regel außer durch die Effizienz der induktiven Kopplung noch durch eine Reihe weiterer Faktoren beeinflusst werden, zum Beispiel vom Ladezustand eines sekundärseitigen Akkumulators. In addition, the measured secondary current typically can be influenced not only by the efficiency of inductive coupling or by a number of other factors, such as the charging state of a secondary battery.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Vorrichtung zur kabellosen Energieübertragung, bei der die Effizienz der Energieübertragung auf einfache und zuverlässige Weise festgestellt werden kann, um eine hohe Energieeffizienz zu erreichen und sicherzustellen, sowie ein entsprechendes Verfahren bereit zu stellen. The present invention aims to overcome the disadvantages described above and an improved device for wireless power transmission, in which the efficiency of energy transfer can be detected in a simple and reliable way to achieve high energy efficiency and to ensure as well as a corresponding method deliver.
  • Dies wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche erreicht. This is achieved with the features of the independent claims.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie an ein elektrisches Gerät mittels induktiver Kopplung bereitgestellt. According to a first aspect of the present invention, an apparatus for wireless transfer of electrical energy to an electrical device by means of inductive coupling is provided. Die Vorrichtung umfasst eine erste Induktivität, eingerichtet zum Anschließen an eine Spannungsquelle und zum induktiven Koppeln mit einer in dem elektrischen Gerät angeordneten zweiten Induktivität. The apparatus comprises a first inductor adapted for connection to a voltage source and for the inductive coupling to an electrical device arranged in the second inductor. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Einrichtung zum Bestimmen eines Koppelfaktors zwischen der ersten Induktivität und einer induktiv mit der ersten Induktivität gekoppelten zweiten Induktivität. The device further comprises means for determining a coupling factor between the first inductance and an inductively coupled with the first inductor second inductor.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie mittels induktiver Kopplung von einer primärseitigen Induktivität zu einer sekundärseitigen Induktivität bereitgestellt. According to a second aspect of the present invention, a method for wireless transmission of electrical energy by inductive coupling of a primary-side inductor is provided to a secondary-side inductance. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bestimmens eines Koppelfaktors zwischen der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität mit einer primärseitigen Bestimmungseinrichtung. The method comprises the step of determining a coupling factor between the first inductor and the second inductor with a primary-side determining means.
  • Es ist der besondere Ansatz der vorliegenden Erfindung, die Effizienz der induktiven Energieübertragung zwischen einer Primär- und einer Sekundärinduktivität durch primärseitige Bestimmung des Koppelfaktors zu ermitteln. It is the particular approach of the present invention to determine the efficiency of inductive energy transfer between a primary and a secondary inductance by primary determination of the coupling factor. Die Bestimmung beruht darauf, dass die maßgebliche äquivalente Impedanz des Primärkreises nur vom Koppelfaktor und als bekannt anzunehmenden Parametern des Sekundärkreises abhängt. The determination based on the fact that the relevant equivalent impedance of the primary circuit only depends on the coupling factor, and as known to be assumed parameters of the secondary circuit. Somit ist eine Bestimmung des Koppelfaktors ohne sekundärseitigen Hardware- und/oder Verarbeitungsaufwand zuverlässig und kostengünstig möglich. Thus, a determination of the coupling factor without secondary-side hardware and / or processing overhead is reliable and cost-effective manner.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie weiterhin eine mit der ersten Induktivität (primärseitigen Induktivität) verbundene Spannungsquelle. According to a preferred embodiment, the apparatus for wireless transmission of electrical energy further comprises a with the first inductance (inductance of the primary side) connected to the voltage source. Alternativ umfasst die Vorrichtung nicht selbst eine Spannungsquelle, sondern einen Anschluss, wie z. Alternatively, the device does not include even a voltage source, but a connection, such. B. in Form eines Steckers, eine externe Spannungsquelle bzw. ein externes Netz. Example in the form of a plug, an external power source or an external power.
  • Vorzugsweise stellt die Spannungsquelle eine Wechselspannung bereits. Preferably, the power source, an AC voltage already. Wie bekannt, beruht der Vorgang der elektromagnetischen Induktion auf der zeitlichen Änderung eines Stromflusses durch einen Induktor, und einen daraus resultierendem zeitlich veränderlichen Magnetfeld. As is known, due to the operation of electromagnetic induction on the time variation of a current flow through an inductor, and a consequent time-varying magnetic field. Dies wird vorzugsweise durch Wechselstrom, weiter vorzugsweise durch hochfrequenten Wechselstrom erreicht. This is preferably AC, more preferably achieved by high frequency alternating current. Alternativ kann auch eine Gleichspannungsquelle verwendet werden, deren Strom in einen zeitlich variablen Strom umgewandelt wird. Alternatively, a DC voltage source can be used, the current is converted to a time-variable current. Neben einem Wechselrichter kann dies z. In addition to an inverter, this can eg. B. ein Zerhacker sein, der einen pulsierenden Gleichstrom bereitstellt. Example, a vibrator, which provides a pulsating direct current. Auch die Verwendung von Mischstrom ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Also the use of mixed stream is possible within the scope of the present invention.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Informationsausgabeeinrichtung zum Ausgeben einer Information über den Koppelfaktor. According to a preferred embodiment, the apparatus further comprises an information output means for outputting information about the coupling factor. Hierbei handelt es sich vorzugweise um eine Anzeigeeinrichtung, die den von der Vorrichtung ermittelten Koppelfaktor optisch anzeigt. This is preferably a display device which indicates the coupling factor determined by the device visually. Dies kann z. This can be. B. in Form eines Zahlenwertes (Absolutwert von 0 bis 1 oder Prozentwert von 0 bis 100%) sein, der auf einem Display mittels LED- oder LCD-Technologie angezeigt wird. For example, be in the form of a numeric value (absolute value from 0 to 1 or percentage from 0 to 100%), which is displayed on a display means of LCD or LED technology. Alternativ ist auch eine geometrische Darstellung, z. Alternatively, a geometric representation of such. B. in Form eines Balken- oder Kreisdiagramms möglich. As possible in the form of a bar or pie chart. Die dargestellte Information über den Koppelfaktor kann sich auch auf eine einfache, grobstufige Informationsdarstellung beschränken, z. The information displayed on the coupling factor can be limited to a simple presentation of information grobstufige Also, z. B. gute, schlechte oder mittlere Kopplungsstärke. As good, bad or mean coupling strength. Dies kann alternativ auch durch eine einfache Anzeige in Form von Lichtsignalen, z. This can alternatively by a simple display in the form of light signals, for example. B. unterschiedlicher Farbe oder unterschiedlicher Helligkeit geschehen. As different colors or different brightness to happen. Weiter alternativ ist auch eine akustische Signalausgabe, bei der z. Further alternatively, is also an acoustic signal output in the z. B. eine Lautstärke oder eine Tonhöhe eines akustischen Signals als ein ungefähres Maß für den ermittelten Koppelfaktor verwendet wird, im Rahmen der Erfindung möglich. As a volume or a tone pitch of an acoustic signal is used as an approximate measure of the coupling factor determined, possible within the scope of the invention. Schließlich kann zur Erhöhung der Benutzerfreundlichkeit eine optische mit einer akustischen Anzeige verbunden werden, in dem z. Finally, it can be connected to an acoustic optical display for ease of use one in the z. B., ergänzend zu einer numerischen Anzeige eines ermittelten Wertes des Koppelfaktors zusätzlich ein akustisches Signal ertönt, wenn während eines Justierungsvorgangs oder durch andere äußere Einflüsse der Koppelfaktor einen bestimmten vorgegebenen Wert über- und/oder unterschreitet. B., in addition in addition an acoustic signal to a numerical display of the determined value of the coupling factor, if at during a justification action, or by other external influences the coupling factor a certain predetermined value and / or falls.
  • Vorzugsweise ermittelt die Einrichtung zum Bestimmen eines Koppelfaktors den Koppelfaktor, indem sie einen Strom bestimmt, der bei gegebener Spannung von der Spannungsquelle durch die primärseitige Induktivität fließt. Preferably, the means for determining a coupling factor determines the coupling factor by determining a current flowing at a given voltage from the voltage source through the primary-side inductance. Gemäß der vorliegenden Erfindung findet also eine Messung ausschließlich auf der Primärseite statt. According to the present invention, therefore, a measurement takes place exclusively on the primary side.
  • Weiter vorzugsweise wird der primärseitige Strom mit einer Einrichtung bestimmt, die eine weitere primärseitige Induktivität (dritte Induktivität) umfasst, die in Reihe mit der ersten Induktivität geschaltet ist, aber so angeordnet ist, dass sie nicht an die Sekundärinduktivität des elektrischen Geräts koppelt. More preferably, the primary-side current is determined with a device which comprises a further primary-side inductance (third inductor), which is connected in series with the first inductor, but is arranged so that they are not coupled to the secondary inductance of the electrical device. Weiter vorzugsweise wird der Strom durch Messen eines Spannungsabfalls über die dritte Induktivität mit ihrer bekannten Impedanz ermittelt. More preferably, the current is detected by measuring a voltage drop across the third inductor with their known impedance. Ebenfalls vorzugweise verfügt die dritte Induktivität über einen wesentlich kleineren Induktivitätswert als die erste Induktivität. Also preferably, the third inductor has a much smaller inductance than the first inductance.
  • Die dritte Induktivität ist dabei vorzugsweise um mehrere Größenordnungen kleiner als die erste Induktivität, zum Beispiel zwei Größenordnungen, entsprechend einem Faktor von etwa 1/100. The third inductance is preferably several orders of magnitude smaller than the first inductance, for example, two orders of magnitude, corresponding to a factor of approximately 1/100. Hierdurch ist der Serienwiderstand gering, und die dritte Induktivität ist näherungsweise ein verlustloser elektrischer Sensor. In this way, the series resistance is small, and the third inductor is approximately a lossless electrical sensor. Da bei der induktiven Energieübertragung Primär- und Sekundärinduktivitäten in der Regel in der gleichen Größenordnung liegen (zum Beispiel im Verhältnis 2:1 oder 1,5:1), ist der Betrag zu der zusätzlichen dritten Induktivität somit auch klein gegen denjenigen der zweiten Induktivität auf der Sekundärseite. As will be of the inductive power transfer primary and secondary inductances typically of the same order (for example in a ratio of 2: 1 or 1.5: 1), the amount to the additional third inductor thus also small compared to those of the second inductance the secondary side.
  • Gemäß einem weiteren besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur kabellosen Energieübertragung mittels elektromagnetischer Induktion bereitgestellt. According to another aspect of the present invention, a system for wireless power transmission is provided by means of electromagnetic induction. Das System umfasst eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie an ein elektrisches Gerät mittels induktiver Kopplung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. The system comprises a device for wireless transmission of electrical energy to an electrical device by means of inductive coupling according to the first aspect of the invention. Das System umfasst weiterhin ein elektrisches Gerät. The system further includes an electrical device. Das elektrische Gerät umfasst eine zweite Induktivität, eingerichtet zum induktiven Koppeln mit der ersten Induktivität in der Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie. The electrical device includes a second inductor configured to inductively couple with the first inductance in the apparatus for wireless transmission of electrical energy. Das elektrische Gerät umfasst weiterhin einen mit der zweiten Induktivität elektrisch verbundenen Lastkreis. The electrical device further comprises an electrically connected with said second inductance load circuit.
  • Vorzugsweise weist der Lastkreis hierbei eine Speichereinrichtung für elektrische Energie auf, womit die Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie als Ladegerät dient. Preferably, the load circuit in this case a storage means for electrical energy, whereby the device for wireless transmission of electrical energy serves as a charger. Bei der Speichereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Akkumulatoreinrichtung („aufladbare Batterie”). In the memory device, it is preferably an accumulator ( "rechargeable battery").
  • Alternativ kann die vorliegende Erfindung auch benutzt werden, um einem elektrischen Gerät drahtlos Energie zuzuführen, die unmittelbar für den Betrieb des Geräts benötigt wird, ohne dass eine Zwischenspeicherung erfolgt. Alternatively, the present invention can also be used to supply an electrical device wireless power that is needed immediately for the operation of the device, an intermediate storage takes place without that.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem elektrischen Gerät um ein portables elektrisches Gerät, wie z. Preferably, when the electrical appliance is a portable electrical device, such. B. ein Handy, ein tragbarer Computer, eine Digitalkamera oder ein anderes elektronisches Gerät. As a mobile phone, a portable computer, a digital camera or other electronic device. Alternativ ist die vorliegende Erfindung einsetzbar für eine Energieübertragung an bzw. Ladung von ortsfesten Geräten mit Hilfe einer portablen Ladestation, oder für ein Aufladen medizinischer Geräte, insbesondere im Körper implantierte medizinische Geräte. Alternatively, the present invention is used for a transfer of energy to charge or of stationary devices using a portable charging station for charging or medical devices, in particular in the body implanted medical devices. Ein weiteres Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung betrifft das kabellose Aufladen von Akkumulatoren für Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, wie Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge. Another application of the present invention relates to the wireless charging rechargeable batteries for vehicles with electric drive, such as electric vehicles or hybrid vehicles.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand abhängiger Patentansprüche. Other features and advantages of the present invention are subject matter of dependent claims.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden in der detaillierten Beschreibung erläutert und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei: Additional features and advantages of the present invention are explained below in the detailed description and shown in the accompanying drawings, wherein:
  • 1 1 eine Darstellung eines kabellosen Energieübertragungssystems mit Koppelfaktoranzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, an illustration of a wireless power transmission system with coupling factor display according to an embodiment of the present invention is
  • 2 2 eine schematische Darstellung der Bedeutung der geometrischen Anordnung zweier induktiv gekoppelten Spulen für die Effizienz der Energieübertragung zeigt, a schematic representation of the meaning of the geometric arrangement of two inductively coupled coils, the efficiency of energy transfer demonstrates
  • 3 3 ein Beispiel für eine Kalibrierungskurve einer Koppelfaktoranzeige gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und is an example of a calibration curve of a coupling factor display according to an embodiment of the present invention, and
  • 4 4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. illustrates a flow chart of a method according to the invention.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zur kabellosen Energieübertragung mittels Induktion, insbesondere ein Ladegerät, zur Verfügung, das eine einfache Justierung für einen maximalen Energietransfer, also hohe Ladeffizienz, auf kostengünstige und einfache Weise ermöglicht. The present invention provides a device for wireless energy transfer by means of induction, in particular a charger, provided that enables a simple adjustment for maximum energy transfer, thus high charging efficiency in a cost effective and simple manner. Da keine zusätzlichen Anforderungen für die Bestimmung der Ladeeffizienz auf der Sekundärseite, also dem zu ladendem Gerät, benötigt werden, kann mit dem verbesserten induktiven Ladegerät gemäß der vorliegenden Erfindung ein herkömmliches, für kabelloses Laden eingerichtetes elektrisches Gerät geladen werden. Since no additional requirements for the determination of the loading efficiency on the secondary side, that is, the to-charging device, are required, a conventional, fitted for wireless charging electrical device can be loaded with the improved inductive charging apparatus according to the present invention. Die vorliegende Erfindung ist somit auch zur Erhöhung der Effizienz des Ladevorgangs bereits vorhandener elektrischer Geräte anwendbar. The present invention is thus applicable also to increase the efficiency of the charging of existing electrical equipment.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. In the following, embodiments of the present invention are described with reference to the drawings in more detail.
  • 1 1 zeigt eine Vorrichtung zur kabellosen Energieübertragung (kabelloses Ladegerät), im Folgenden als Energieversorgungsgerät bezeichnet, mit einem Detektorkreis zur Bestimmung eines Koppelfaktors und ein induktiv gekoppeltes elektrisches Gerät, an welches elektrische Energie übertragen werden kann. shows a device for wireless energy transfer (wireless charger), hereinafter referred to as a power supply device, with a detector circuit for determining a coupling factor and an inductively coupled electrical device to which electrical energy can be transmitted. Eine gestrichelte senkrechte Linie markiert die Grenze zwischen Energieversorgungsgerät und induktiv gekoppeltem Gerät. Dashed vertical line marks the boundary between energy supply unit and inductively coupled device.
  • Das Energieversorgungsgerät umfasst eine erste Induktivität (Primärinduktivität) L1. The power supply apparatus includes a first inductance (primary inductance) L1. Diese wird in einem Strom I s aus einer Spannungsquelle V S durchflossen. This is traversed in a current I s of a voltage source V S. Wie weiter oben ausgeführt, muss die Spannungsquelle im Rahmen der Erfindung nicht Bestandteil des Energieversorgungsgeräts sein, sondern kann auch separat vorgesehen und über einen entsprechenden Anschluss mit dem Energieversorgungsgerät verbunden sein. As stated above, the voltage source within the scope of the invention should not be part of the power supply unit, but may also be provided separately and connected via a corresponding connection to the power supply device.
  • Das Energieversorgungsgerät umfasst weiterhin einen Koppelfaktorbestimmungskreis zur Bestimmung eines Koppelfaktors und damit zur Unterstützung bei der optimalen Justierung des Ladegeräts mit einem zu ladenden sekundären elektrischen Gerät. The power supply apparatus further comprises a coupling factor determining circuit for determining a coupling factor and thus to assist in the optimum adjustment of the charger with an electrical device to be charged secondary. Der Koppelfaktorbestimmungskreis umfasst eine zusätzliche (dritte) Induktivität L3, die klein gegen die erste Induktivität, in Reihe mit der ersten Induktivität L1 verbunden und gegen Erde geschaltet ist. The coupling factor determining circuit comprises an additional (third) inductance L3, which is small compared with the first inductance, connected in series with the first inductor L1 and connected to ground. Die Induktivität L3 dient als Detektorspule (verlustarmer elektrischer Sensor). The inductor L3 serves as a detection coil (low-loss electrical sensor). Der Koppelfaktorbestimmungskreis umfasst weiterhin ein Dämpfungsglied, einen Leistungsdetektor, einen Differenzverstärker und einen Koppelfaktorindikator (insbesondere: eine Anzeigeeinrichtung). The coupling factor determining circuit further comprises an attenuator, a power detector, a differential amplifier and a coupling factor indicator (in particular: a display device).
  • Das sekundärseitige elektrische Gerät (zu ladende Gerät), im Folgenden als Energieempfänger bezeichnet, umfasst eine zweite Induktivität (Sekundärinduktivität) L2 und eine Last, gekennzeichnet durch einen Widerstand R L . The secondary-side electrical equipment (to be loaded device), hereinafter referred to as energy receiver, a second inductor comprises (secondary inductor) L2 and a load, characterized by a resistor R L. Die Induktivitäten L1 und L2 koppeln induktiv mit einem Kopplungsfaktor k 12 . The inductors L1 and L2 inductively couple with a coupling factor k 12th Hierbei stellt T das Windungszahlverhältnis der primärseitigen zur sekundärseitigen Induktivität dar. Ein in der sekundärseitigen Induktivität induzierter Strom I L wird dem Lastkreis R L zugeführt. Here, T represents the turns ratio of the primary side to the secondary-side inductor. A current induced in the secondary-side inductor current I L is supplied to the load circuit R L. Insbesondere umfasst der Lastkreis R L eine aufladbare Batterie (Akkumulator), in der Zeichnung durch die Ladespannung V L dargestellt. In particular, the load circuit R L comprises a rechargeable battery (accumulator), shown in the drawing by the charging voltage V L.
  • Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine einfache Justierung (gegenseitige Anordnung) der induktiv gekoppelten Spulen L1 und L2, ohne dass zusätzliche Anforderungen an die Ausgestaltung der Energieempfänger gestellt werden. Thus, the present invention allows a simple adjustment (mutual arrangement) of inductively coupled coils L1 and L2, no additional requirements are imposed on the configuration of the power receiver. Es sind keine zusätzlichen Komponenten (weder Magnete zur Bewegung der Spulen mittels Magnetkraft, noch Detektoren zur Messung elektrischer Größen wie eines Sekundärstroms) in dem Energieempfänger (auch als RX-Seite bezeichnet) erforderlich, um die Justierung zu unterstützen. There are no additional components (neither magnets for moving the coil means of magnetic force, or detectors for measuring electrical quantities such as a secondary current) in the energy receiver (also referred to as RX-side) required to support the adjustment. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Energieempfänger kleine, tragbare Geräte, wie Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten (PDA) oder Digitalkameras oder aber medizinische Implantate sind. This is particularly advantageous if the energy receiver small portable devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDA), digital cameras, or are medical implants.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind alle für die Unterstützung der Justierung erforderlichen Einrichtungen primärseitig (auf der Übertrager- oder Energieversorgungsseite) vorgesehen. According to the present invention, all the primary side for the support of the adjusting means required is provided (on the Übertrager- or power supply side). Mit anderen Worten, unterstützt die Ausgestaltung des Energieversorgungsgeräts die optimale Kopplung mit einem beliebigen Energieempfänger. In other words, the design of the power supply device supports the optimum coupling with any energy receiver. Weiter ist keine zusätzliche Kommunikation, etwa über Funk, zwischen der Primär- und der Sekundärseite erforderlich, um die Justierung oder Leistungssteuerung auf der Übertragerseite (auch als TX-Seite bezeichnet) zu ermöglichen, erforderlich. Next, no additional communication, such as via radio, between the primary and the secondary side is required to allow for the adjustment or power control on the transmitter side (also known as TX-side) required.
  • Das Herzstück des Koppelfaktorbestimmungskreises ist die Detektorspule L3. The heart of the coupling factor determination circle is the detector coil L3. Es besteht keine direkte magnetische Kopplung zwischen der Spule L2 auf der Sekundärseite und der Detektorspule L3. There is no direct magnetic coupling between the coil L2 on the secondary side and the detecting coil L3. Der Koppelfaktorbestimmungskreis, im Folgenden auch als Detektorkreis bezeichnet, misst einen Spannungsabfall V D über die Detektorspule L3. The coupling factor determining circuit, also referred to as a detector circuit, measures a voltage drop V D across the detector coil L3. Die Spannung V D ändert sich, wenn sich der Strom I S bei konstanter Quellenspannung V S ändert. The voltage V D changes when the current I S at a constant source voltage V S changes. Die Änderung des Quellenstroms I S ist im Wesentlichen einer Funktion des Koppelfaktors k 12 , der den Einfluss der Impedanz der Sekundärseite auf die Primärseite widerspiegelt. The change of the source current I S is substantially a function of the coupling factor k 12, which reflects the influence of the impedance of the secondary side to the primary side.
  • Das Gesamtsystem aus den induktiv gekoppelten Spulen L1 und L2 mit dem angeschlossenen sekundärseitigen Lastkreis kann nämlich mittels einer äquivalenten Impedanz des Gesamtsystems (in der Figur durch den ausgezogenen Pfeil mit der Bezeichnung Z in dargestellt) modelliert werden. The entire system from the inductively coupled coils L1 and L2 connected to the secondary-side load circuit can namely by means of an equivalent impedance of the overall system to be modeled (in the figure by the solid arrow with the label in Z shown). Wenn die gekoppelten Spulen L1 und L2 gemäß dem Modell des nicht idealen Transformators mit endlichen Spulen modelliert werden, so beträgt die äquivalente Systemimpedanz Z in If the coupled coils L1 and L2 are modeled according to the model of the non-ideal transformer with finite coils, the equivalent system impedance is Z in
    Figure 00090001
    hierbei ist T das Windungsverhältnis, j ist die imaginäre Einheit, R L der Widerstand des Lastkreises, und ω die Kreisfrequenz (2πf mit der Frequenz f). Here T is the turns ratio, j is the imaginary unit, R L is the resistance of the load circuit, and ω is the angular frequency (2.pi.f having the frequency f). Die Größen L1, L2 und L3 stellen die jeweiligen Selbstinduktivitäten der entsprechenden Spulen dar, k 12 ist der Koppelfaktor, der von den Selbstinduktivitäten und der Gegeninduktivität L 12 entsprechend Gleichung (1) abhängt. The sizes L1, L2 and L3 represent respective self-inductances of the respective coils, k 12 is the coupling factor which is dependent in accordance with equation 12 by the self-inductances and the mutual inductance L (1). Wie man sieht, hängt die Impedanz Z in neben primärseitigen Parametern von Parametern des sekundärseitigen elektrischen Geräts ab, insbesondere T (bei gegebener Primärwicklung abhängig von der sekundärseitigen Windungszahl), L 2 und R L . The impedance Z As can be seen, depends in addition to the primary-side parameters of parameters of the secondary-side electrical device from, in particular T (for a given primary winding depending on the secondary-side winding number), L 2 and R L. Diese Parameter sind jedoch vom aktuellen Betriebszustand unabhängig und können für ein gegebenes elektrisches Gerät als bekannt vorausgesetzt werden. However, these parameters are independent of the current operating state and can be provided for a given electrical device as known. Die einzige Unbekannte ist somit der Koppelfaktor k 12 . The only unknown is thus the coupling factor k 12th
  • Die gegenseitige Anordnung der Spulen L1 und L2 (insbesondere ihr Abstand und ihre relative Achsenausrichtung) beeinflussen die Gegeninduktivität L 12 und damit den Koppelfaktor k 12 . The mutual arrangement of the coils L1 and L2 (in particular their distance and their relative axis of orientation) affect the mutual inductance L 12 and thus the coupling factor k 12th Somit ändert sich die äquivalente Impedanz Z in , und damit die Spannung V D . Thus, the equivalent impedance Z in is changed, and thus the voltage V D. Der Spannungsabfall V D über Induktor L3 ist gegeben durch The voltage drop V D across inductor L3 is given by
    Figure 00090002
  • Durch Messung der Spannung V D kann also die Impedanz Z in und somit nach Gleichung (2) der Koppelfaktor k 12 bestimmt werden. By measuring the voltage V D, the impedance Z of the coupling factor can thus be determined 12 in and thus according to Equation (2) k.
  • Der detektierte Spannungsabfall V D über die Detektorspule L3 wird zur Anzeige der Kopplungsstärke zwischen den Spulen L1 und L2 weiterverarbeitet. The detected voltage drop V D across the detecting coil L3 is further processed to indicate the strength of coupling between the coils L1 and L2. Insbesondere wird der Spannungspegel V D zunächst in einem Dämpfungsglied gedämpft, um an das Eingangsspannungsniveau des Leistungsdetektors angepasst zu werden. In particular, the voltage level V D is first attenuated in an attenuator in order to be adapted to the input voltage level of the power detector. Der Leistungsdetektor wird vorzugweise z. The power detector is preferably such. B. basierend auf einer Schottky-Diode, gefolgt von einem Tiefpassfilter, realisiert und kann somit kostengünstig bereitgestellt werden. B. based on a Schottky diode, followed by a low pass filter, implemented and thus can be provided inexpensively. Die am Ausgang des Detektors ermittelte Spannung wird mit dem Differenzverstärker verstärkt und skaliert, und einem Anzeigegerät zugeführt (im gezeigten Beispiel vorzugsweise ein LED- oder LCD-Display). The voltage detected at the output of the detector is amplified by the differential amplifier and scaled, and a display unit supplied (in the example shown preferably an LED or LCD display). Auf dem Display wird eine entsprechende Anzeige des Koppelfaktors, und damit der Energieübertragungseffizienz dargestellt, z. On the display a corresponding display of the coupling factor, and thus the power transmission efficiency is represented, for. B. als Zahl zwischen 0 und 1, in Prozent oder in graphischer Form. B. as a number between 0 and 1, in per cent, or in graphical form.
  • 2 2 ist eine Darstellung des Einflusses einer Verschiebung (eines räumlichen Versatzes) der Sekundärspule L2 gegenüber der Primärspule L1. is a representation of the influence of a displacement (a spatial offset) of the secondary coil L2 with respect to the primary coil L1. In der Darstellung der In the illustration of 2 2 ist der Koppelfaktor k 12 umso größer, je geringer der räumliche Versatz beider Spulen ist. the coupling factor k 12 is the greater, the lower the spatial offset between the two coils. Während in while in 2(a) 2 (a) nur ein relativ geringer Koppelfaktor realisiert werden kann, steigt dieser in only a relatively small coupling factor can be realized, these increases in 2(b) 2 B) , und erreicht ein Maximum in And reaches a maximum in 2(c) 2 (c) wenn kein räumlicher Versatz zwischen den Spulenzentren besteht. if no spatial offset between the coil centers is. Im Fall der In the case of 2(c) 2 (c) durchsetzen die meisten Flusslinien der Spule L1 den Bereich der Spule L2. most flux lines of the coil L1 pass through the region of the coil L2. Für eine hocheffiziente Energieübertragung ist es somit wünschenswert, der in For a highly efficient energy transfer, it is thus desirable in 2(c) 2 (c) dargestellten Situation möglichst nahe zu kommen. to come as close as possible situation illustrated. Hierbei unterstützt die vorliegende Erfindung, in dem sie es über die Anzeigeeinrichtung ermöglicht, das ein Benutzer während des Justiervorgangs den Zustand optimaler Justierung erkennt, obwohl die genaue Position und Ausrichtung der Spulen weder bekannt noch von außen erkennbar sind. Here, the present invention in which it allows on the display device that detects a user during the adjusting the state of optimal adjustment, supported although the exact position and orientation of the coils are neither known nor seen from the outside.
  • 3 3 zeigt ein simuliertes Beispiel für die Abhängigkeit einer Ansteuerspannung der Anzeigevorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel von shows a simulated example of the dependence of a drive voltage of the display device according to the embodiment of 1 1 . , Die Simulation berücksichtigt die transformatorischen Verluste und die Induktivitäten von Primär- und Sekundärspule. The simulation takes into account the transformer losses and the inductances of the primary and secondary coil. Durch eine entsprechende Kalibrierung der Anzeige kann eine direkte Angabe des Koppelfaktors zwischen Minimal- und Maximalwert erfolgen. By an appropriate calibration of the display is a direct indication of the coupling factor between minimum and maximum value can be made.
  • 4 4 ist ein Diagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Koppelfaktors bei der induktiven Energieübertragung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. is a diagram of a method for determining the coupling factor for the inductive energy transfer according to an embodiment of the present invention. Im Schritt S10 erfolgt eine Messung des Primärstroms I S . In step S10, a measurement of the primary current I S is done. Dies erfolgt vorzugsweise über die Messung des Spannungsabfalls V D über eine Detektorspule L3 bei vorgegebener Eingangsspannung V S . This is preferably done by measuring the voltage drop V D through a detecting coil L3 for a given input voltage V S.
  • Im nachfolgenden Schritt S20 wird mit Hilfe der Schaltung des Detektorkreises eine einem bestimmten Wert des Koppelfaktors k 12 eineindeutig zuzuordnende Spannung ausgegeben und damit der Koppelfaktor bestimmt. In the following step S20, a specific value of the coupling factor k 12 is output to be assigned unambiguously determined voltage and thus the coupling factor with the help of the circuit of the detector circuit.
  • Im nachfolgenden Schritt S30 erfolgt durch entsprechende Kalibrierung die Anzeige des Koppelfaktors auf einem Anzeigegerät. is carried out in the following step S30 by appropriate calibration, the display of the coupling factor on a display device.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine einfache und zuverlässige Unterstützung eines Justiervorgangs bei elektromagnetischer Energieübertragung mittels Induktion mit einer einfachen primärseitigen Detektorschaltung, und mit vertretbarem Hardwareaufwand. The present invention allows a simple and reliable support of a calibration at electromagnetic energy transfer means of induction with a simple primary-side detector circuit, and with a reasonable hardware effort. Sekundärseitig ist keinerlei zusätzliche Hardware oder Software erforderlich. On the secondary side, no additional hardware or software is required. Insbesondere ist beidseitig keine Unterstützung durch beweglich mit Hilfe von Magneten gestaltete Spulen erforderlich. In particular, both sides do not support movably designed with the aid of magnets coils required. Dies bedeutet gegenüber dem Stand der Technik bekannten Lösungen sowohl eine Gewichtsreduzierung, als auch Eliminierung unerwünschter Einflüsse der elektromagnetischen Wechselwirkung zur Energieübertragung durch die Magnetfelder. over the prior art known solutions, this means both a reduction in weight, as well as eliminating unwanted influences of the electromagnetic interaction for energy transfer through the magnetic fields.
  • Die Koppelfaktorbestimmungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, den Koppelfaktor k 12 zwischen Primär- und Sekundärspulen mit guter Genauigkeit anzuzeigen und kann somit für die Steuerung einer effizienten Energieübertragung verwendet werden. The coupling factor determining means according to the present invention is able to display the coupling factor k 12 between the primary and secondary coils with good precision and thus can be used for the control of an efficient energy transfer. Durch eine entsprechende Rekalibrierung des Anzeigegeräts zur Berücksichtigung des Einflusses sekundärseitiger elektrischer Parameter auf die äquivalente Gesamtimpedanz Z in ist die vorliegende Erfindung für unterschiedliche an ein- und dasselbe Energieversorgungsgerät anzukoppelnde Sekundärspulen (verschiedene elektrische Geräte) leicht anpassbar. By a corresponding recalibration of the display device to take account of the influence of secondary-side electrical parameters on the equivalent total impedance Z in the present invention is for different at one and the same energy supply unit to be coupled secondary coil (various electric devices) easily adaptable. Somit können mit einem Ladegerät auch verschiedene elektrische Geräte geladen werden. Thus, various electrical devices can be charged with a charger.
  • Weiterhin ist der elektronische Aufwand gegenüber im Stand der Technik bekannten Lösungen mit stetiger Überwachung des Laststroms deutlich verringert. Furthermore, the electronic complexity compared to known solutions in the prior art with continuous monitoring of the load current is significantly reduced. Eine Lösung mit sekundärseitiger Stromüberwachung benötigt zudem entsprechende primärseitige Verarbeitungseinrichtungen für das von der Sekundärseite zurückgesendete Signal (z. B. mittels Mikroprozessoren), um aus dem sekundärseitigen Strom die Energieübertragungseffizienz abzuschätzen. A solution of secondary-side current monitoring also requires corresponding primary-side processing means for the returned from the secondary side signal (z. B. means of microprocessors) to estimate the power transfer efficiency of the secondary-side current.
  • Zusammenfassend, betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur induktiven Energieübertragung, insbesondere ein kabelloses Ladesystem mit einer einfachen und zuverlässigen Justierhilfe zur Erzielung einer hohen Übertragungseffizienz. In summary, the present invention relates to a system for inductive energy transfer, in particular a wireless charging system with a simple and reliable adjustment aid to achieve a high transmission efficiency. Hierzu wird ein Koppelfaktor primärseitig bestimmt und in Echtzeit auf einem Display angezeigt. For this, a coupling factor on the primary side is determined and displayed in real time on a display.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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  • Zitierte Patentliteratur Cited patent literature
    • US 7774069 B2 [0009] US 7774069 B2 [0009]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie an ein elektrisches Gerät mittels induktiver Kopplung, umfassend: eine erste Induktivität (L1), eingerichtet zum Anschließen an eine Spannungsquelle (V S ) und zum induktiven Koppeln mit einer in dem elektrischen Gerät angeordneten zweiten Induktivität (L2), gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen eines Koppelfaktors (k 12 ) zwischen der ersten Induktivität (L1) und einer induktiv mit der ersten Induktivität (L1) gekoppelten zweiten Induktivität (L2). Device for wireless transmission of electrical energy to an electrical device by means of inductive coupling, comprising: a first inductor (L1) adapted for connection to a voltage source (V S) and for the inductive coupling with a arranged in the electrical device second inductor (L2), characterized by means for determining a coupling factor (k 12) between the first inductance (L1) and an inductively coupled to the first inductance (L1) coupled to the second inductance (L2).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine an die erste Induktivität (L1) angeschlossene Spannungsquelle (V S ). The apparatus of claim 1 further comprising the first inductance (L1) comprising connected voltage source (V S).
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend eine Informationsausgabeeinrichtung zum Ausgeben einer Information über den Koppelfaktor (k 12 ). Device according to claim 1 or 2, further comprising information output means for outputting information about the coupling factor comprising (k 12).
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einrichtung zum Bestimmen eines Koppelfaktors (k 12 ) eine Einrichtung zum Bestimmen eines Stroms (I S ), der bei gegebener Spannung (V S ) von der Spannungsquelle durch die erste Induktivität (L1) fließt. Device according to one of claims 1 to 3, wherein the means for determining a coupling factor (k 12) means for determining a current (I S) at a given voltage (V S) from the voltage source through the first inductance (L1) flows ,
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Einrichtung zum Bestimmen eines Stroms eine dritte Induktivität (L3) umfasst, die in Reihe mit der ersten Induktivität (L1) geschaltet ist und nicht induktiv an eine zweite Induktivität (L2) des elektrischen Geräts gekoppelt ist. Means (L2) is coupled to the electrical device according to claim 4, wherein the means for determining a current, a third inductance (L3) which is connected in series with the first inductor (L1) and not inductively coupled to a second inductor.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Strom durch die erste Induktivität (L1) durch Messen einer Spannung (V D ) über die dritte Induktivität (L3) bestimmt wird. Device according to claim 5, wherein the current through the first inductor (L1) by measuring a voltage (V D) through the third inductance (L3) is determined.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Größe der dritten Induktivität (L3) klein gegenüber der Größe der ersten Induktivität (L1) ist. Device according to claim 5 or 6, wherein the size of the third inductance (L3) is small compared to the size of the first inductor (L1).
  8. System zur kabellosen Energieübertragung mittels elektromagnetischer Induktion, umfassend eine Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie an ein elektrisches Gerät mittels induktiver Kopplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und ein elektrisches Gerät, wobei das elektrische Gerät umfasst: eine zweite Induktivität (L2), eingerichtet zum induktiven Koppeln mit der ersten Induktivität (L1) in der Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie, und einen mit der zweiten Induktivität (L2) elektrisch verbundenen Lastkreis (R L ). System for wireless power transmission using electromagnetic induction, comprising a device for wireless transmission of electrical energy to an electrical device by means of inductive coupling according to one of claims 1 to 7, and an electrical device, said electrical device comprising: a second inductor (L2) is arranged to for inductively coupling with the first inductor (L1) in the apparatus for wireless transmission of electric energy, and with the second inductance (L2) electrically connected to the load circuit (R L).
  9. System nach Anspruch 8, wobei der Lastkreis (R L ) eine Speichereinrichtung für elektrische Energie enthält, und die Vorrichtung zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie als Ladegerät für die Speichereinrichtung für elektrische Energie dient. The system of claim 8, wherein the load circuit (R L) comprises a storage means for electrical energy, and the apparatus for wireless transmission of electrical energy as a charger for the storage device for electrical energy is used.
  10. Verfahren zur kabellosen Übertragung elektrischer Energie mittels induktiver Kopplung von einer primärseitigen Induktivität (L1) zu einer sekundärseitigen Induktivität (L2), gekennzeichnet durch den Schritt (S20) des Bestimmens eines Koppelfaktors (k 12 ) zwischen der ersten Induktivität (L1) und der zweiten Induktivität (L2) mit einer primärseitigen Bestimmungseinrichtung. A method for wireless transmission of electrical energy by inductive coupling of a primary-side inductance (L1) to a secondary-side inductance (L2), characterized by the step (S20) of determining a coupling factor (k 12) between the first inductance (L1) and the second inductance (L2) with a primary-side determining means.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin umfassend den Schritt (S30) des Ausgebens einer Information über den Koppelfaktor (k 12 ). The method of claim 10, further comprising the step (S30) of outputting of information on the coupling factor (k 12).
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Schritt (S20) des Bestimmens eines Koppelfaktors (k 12 ) den Schritt (S10) des Bestimmens eines Stroms (I S ) umfasst, der bei gegebener Spannung (V S ) durch die erste Induktivität (L1) fließt. The method of claim 10 or 11, wherein the step (S20) of determining a coupling factor (k 12) comprises the step (S10) of determining a current (I S) at a given voltage (V S) through the first inductance (L1 ) flows.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Bestimmens (S10) des Stroms den Schritt des Messens einer Spannung (V D ) über eine dritte Induktivität (L3) umfasst, die in Reihe mit der ersten Induktivität (L1) geschaltet ist und nicht induktiv an die zweite Induktivität (L2) gekoppelt ist. The method of claim 12, wherein the step of determining (S10) the current comprises the step of measuring a voltage (V D) through a third inductance (L3) which is connected in series with the first inductor (L1) and non-inductive in the second inductor (L2) is coupled.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin umfassend den Schritt des Speicherns übertragener Energie in einer sekundärseitigen Speichereinrichtung für elektrische Energie. Method according to one of claims 10 to 13, further comprising the step of storing transmitted energy in a secondary-side storage means for electrical energy.
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