DE102014224701A1

DE102014224701A1 - Method and device for contactless energy and data transmission and pulley arrangement for a belt drive

Info

Publication number: DE102014224701A1
Application number: DE102014224701.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kolb; Oliver Dippold; Ralf Wagner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-09

Abstract

Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung mit einem induktiven Koppler zur bidirektionalen Übertragung von Energie und Daten zwischen einer Primärwicklung des induktiven Kopplers und einer mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten Sekundärwicklung des induktiven Kopplers, einer mit der Primärwicklung verbundenen ersten Schaltungsanordnung, über welche ein erstes Energiesignal an der Primärwicklung einstellbar ist, wobei die erste Schaltungsanordnung derart steuerbar ist, dass das erste Energiesignal zur Übertragung von Daten von der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung moduliert wird, und einer mit der Sekundärwicklung verbundenen zweiten Schaltungsanordnung, über welche die über den Koppler übertragene Energie umwandelbar ist, wobei über die zweite Schaltungsanordnung ein zweites Energiesignal an der Sekundärwicklung einstellbar ist und die zweite Schaltungsanordnung derart steuerbar ist, dass das zweite Energiesignal zur Übertragung von Daten von der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung moduliert wird.Device for contactless energy and data transmission with an inductive coupler for bidirectional transmission of energy and data between a primary winding of the inductive coupler and a inductively coupled to the primary winding secondary winding of the inductive coupler, connected to the primary winding first circuitry, via which a first energy signal to the primary winding is adjustable, wherein the first circuit arrangement is controllable such that the first energy signal is modulated for the transmission of data from the primary winding to the secondary winding, and a second circuit connected to the secondary winding, via which the energy transmitted via the coupler is convertible, wherein via the second circuit arrangement, a second energy signal at the secondary winding is adjustable and the second circuit arrangement is controllable such that the second energy signal for the transmission of data vo n the secondary winding is modulated to the primary winding.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung mit einem induktiven Koppler zur bidirektionalen Übertragung von Energie und Daten zwischen einer Primärwicklung des induktiven Kopplers und einer mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten Sekundärwicklung des induktiven Kopplers, und einer mit der Primärwicklung verbundenen ersten Schaltungsanordnung, über welche ein erstes Energiesignal an der Primärwicklung einstellbar ist, wobei die erste Schaltungsanordnung derart steuerbar ist, dass das erste Energiesignal zur Übertragung von Daten von der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung moduliert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Riemenscheibenanordnung für einen Riementrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung über einen induktiven Koppler zur bidirektionalen Übertragung von Energie und Daten zwischen einer Primärwicklung des induktiven Kopplers und einer mit der Primärwicklung induktiv gekoppelten Sekundärwicklung des induktiven Kopplers, wobei über eine mit der Primärwicklung verbundene erste Schaltungsanordnung ein erstes Energiesignal an der Primärwicklung eingestellt wird und die erste Schaltungsanordnung derart gesteuert wird, dass das erste Energiesignal zur Übertragung von Daten von der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung moduliert wird.The invention relates to a device for contactless energy and data transmission with an inductive coupler for bidirectional transmission of energy and data between a primary winding of the inductive coupler and inductively coupled to the primary winding secondary winding of the inductive coupler, and connected to the primary winding first circuit arrangement via which is a first energy signal at the primary winding is adjustable, wherein the first circuit arrangement is controllable such that the first energy signal is modulated for the transmission of data from the primary winding to the secondary winding. Furthermore, the invention relates to a pulley arrangement for a belt drive for driving ancillaries of a motor vehicle. In addition, the invention relates to a method for contactless energy and data transmission via an inductive coupler for bidirectional transmission of energy and data between a primary winding of the inductive coupler and inductively coupled to the primary winding secondary winding of the inductive coupler, via a connected to the primary winding first circuit arrangement a first energy signal is set at the primary winding and the first circuit arrangement is controlled such that the first energy signal is modulated to transmit data from the primary winding to the secondary winding.

Derartige Vorrichtungen zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung kommen üblicherweise in solchen Anwendungen zum Einsatz, in denen neben elektrischer Energie zusätzlich auch Daten zwischen zwei galvanisch voneinander getrennten Systemen übertragen werden sollen. Ein Beispiel eines kontaktlosen Energieübertragungssystems, in welchem die Erfindung Anwendung finden kann, stellt eine Riemenscheibenanordnung für einen Riementrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs dar. Derartige Riemenscheibenanordnungen können eine elektrische Maschine zur Drehmomentübertragung zwischen einer Riemenscheibe und einer Welle aufweisen, wobei zur Kontaktierung drehbarer Komponenten eine Vorrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung vorgesehen ist. Such devices for contactless energy and data transmission are usually used in such applications in which in addition to electrical energy in addition, data between two galvanically separated systems to be transmitted. An example of a contactless power transmission system in which the invention may be applied is a pulley arrangement for a belt drive for driving auxiliary machinery of a motor vehicle. Such pulley arrangements may comprise an electric machine for transmitting torque between a pulley and a shaft, wherein for contacting rotatable components Device for contactless energy transfer is provided.

Eine solche Vorrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung, bei welcher zusätzlich auch Daten kontaktlos übertragbar sind, ist beispielsweise aus der DE 102 34 893 A1 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Koppler mit einer Primärwicklung und einer gegenüber der Primärwicklung bewegbaren Sekundärwicklung auf, welche induktiv gekoppelt sind. Die Primärwicklung wird durch ein Schaltnetzteil angesteuert, welches ein erstes Energiesignal in Form eines Spannungssignals an der Primärwicklung erzeugt. Zur Übertragung von Daten von der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung wird die Frequenz des Energiesignals durch das Schaltnetzteil moduliert. Zur Datenübertragung in Richtung der Primärwicklung ist bei der bekannten Vorrichtung eine zusätzliche, zusammen mit der Sekundärwicklung bewegbar angeordnete Hilfswicklung vorgesehen, die induktiv mit der Primärwicklung gekoppelt ist. Hierdurch ergibt sich der Nachteil, dass durch die Hilfswicklung und die zur Ansteuerung der Hilfswicklung erforderliche Elektronik zusätzlicher schaltungstechnischer Aufwand entsteht. Such a device for contactless energy transmission, in which also data can be transmitted contactless, is for example from the DE 102 34 893 A1 known. This device has a coupler with a primary winding and a relative to the primary winding movable secondary winding, which are inductively coupled. The primary winding is driven by a switching power supply, which generates a first energy signal in the form of a voltage signal at the primary winding. For transmitting data from the primary winding to the secondary winding, the frequency of the power signal is modulated by the switching power supply. For data transmission in the direction of the primary winding, an additional, together with the secondary winding movably arranged auxiliary winding is provided in the known device, which is inductively coupled to the primary winding. This has the disadvantage that additional circuitry complexity is created by the auxiliary winding and the electronics required for driving the auxiliary winding.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, den schaltungstechnischen Aufwand bei der gleichzeitigen Übertragung von Energie und Daten zu verringern.Against this background, the invention has the task of reducing the circuitry complexity in the simultaneous transmission of energy and data.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe durch eine mit der Sekundärwicklung verbundene zweite Schaltungsanordnung gelöst, über welche die über den Koppler übertragene Energie umwandelbar ist, wobei über die zweite Schaltungsanordnung ein zweites Energiesignal an der Sekundärwicklung einstellbar ist und die zweite Schaltungsanordnung derart steuerbar ist, dass das zweite Energiesignal zur Übertragung von Daten von der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung moduliert wird.In a device of the type mentioned above, the object is achieved by a secondary winding connected to the second circuit, via which the energy transmitted via the coupler is convertible, via the second circuit arrangement, a second energy signal to the secondary winding is adjustable and the second circuit arrangement controllable in that the second energy signal is modulated to transmit data from the secondary winding to the primary winding.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art trägt es zur Lösung der Aufgabe bei, dass über eine mit der Sekundärwicklung verbundene zweite Schaltungsanordnung die über den Koppler übertragene Energie umgewandelt wird, über die zweite Schaltungsanordnung ein zweites Energiesignal an der Sekundärwicklung eingestellt wird und die zweite Schaltungsanordnung derart gesteuert wird, dass das zweite Energiesignal zur Übertragung von Daten von der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung moduliert wird. In a method of the type mentioned above, it contributes to the achievement of the problem that is converted via a second winding connected to the secondary winding, the energy transmitted via the coupler, via the second circuit arrangement, a second energy signal is set to the secondary winding and the second circuit arrangement such controlling that the second energy signal is modulated to transmit data from the secondary winding to the primary winding.

Erfindungsgemäß ist mit der Sekundärwicklung eine zweite Schaltungsanordnung verbunden, welche zur Umwandlung der über den induktiven Koppler übertragenen Energie eingerichtet ist, so dass beispielsweise über die Schaltungsanordnung das über den Koppler übertragene erste Energiesignal in ein Gleichspannungssignal, ein Wechselspannungssignal, ein Gleichstromsignal oder ein Wechselstromsignal gewandelt werden kann. Ferner ist es möglich, dass das über den Koppler übertragene erste Energiesignal in ein Energiesignal mit einer veränderten Frequenz gewandelt wird. Insofern kann über die zweite Schaltungsanordnung eine Anpassung des über den induktiven Koppler übertragenen ersten Energiesignals an eine mit der zweiten Schaltungsanordnung verbundene Last erfolgen. According to the invention, a second circuit arrangement is connected to the secondary winding, which is set up to convert the energy transmitted via the inductive coupler, so that the first energy signal transmitted via the coupler is converted, for example via the circuit arrangement, into a direct voltage signal, an alternating voltage signal, a direct current signal or an alternating current signal can. Furthermore, it is possible that the first energy signal transmitted via the coupler is converted into an energy signal with a changed frequency. In this respect, via the second circuit arrangement, an adaptation of the first energy signal transmitted via the inductive coupler to a load connected to the second circuit arrangement can take place.

Ferner ist über die zweite Schaltungsanordnung ein zweites Energiesignal an der Sekundärwicklung einstellbar. Bei dem zweiten Energiesignal kann es sich um ein Spannungssignal oder ein Stromsignal handeln, das über den Koppler von der Sekundärwicklung induktiv auf die Primärwicklung übertragbar ist. Zudem kann die zweite Schaltungsanordnung derart gesteuert werden, dass das zweite Energiesignal moduliert wird, um Daten von der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung zu übertragen, so dass eine bidirektionale Übertragung von Daten ermöglicht wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bringen den Vorteil mit sich, dass eine zusätzliche Wicklung zur Übertragung der Daten in Richtung der Primärwicklung nicht erforderlich ist. Durch die Wahl eines ersten Energiesignals für die Übertragung von Daten von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung und eines von dem ersten Energiesignal verschiedenen, zweiten Energiesignals zur Übertragung von Daten von der Sekundärwicklung auf die Primärwicklung können Daten bidirektional übertragen werden ohne dass eine gegenseitige Störung der Datenübertragung zu befürchten wäre. Ferner kann darauf verzichtet werden, zusätzliche Vorrichtungen zur Modulation des zweiten Energiesignals an der Sekundärwicklung vorzusehen, da die Modulation durch die zur Energieübertragung genutzte zweite Schaltungsanordnung erfolgt. Die zweite Schaltungsanordnung erfüllt insofern eine Doppelfunktion zur Übertragung von Energie und Daten. Somit wird der schaltungstechnische Aufwand zur Realisierung einer gleichzeitigen Übertragung von Energie und Daten über den induktiven Koppler reduziert. Furthermore, via the second circuit arrangement, a second energy signal at the Secondary winding adjustable. The second energy signal can be a voltage signal or a current signal, which can be transmitted inductively to the primary winding via the coupler from the secondary winding. In addition, the second circuitry may be controlled such that the second power signal is modulated to transfer data from the secondary winding to the primary winding, thereby enabling bidirectional transmission of data. The device according to the invention and the method according to the invention have the advantage that an additional winding for transmitting the data in the direction of the primary winding is not required. By selecting a first energy signal for the transmission of data from the primary winding to the secondary winding and a second energy signal different from the first energy signal for the transmission of data from the secondary winding to the primary winding data can be transmitted bidirectionally without any mutual interference of the data transmission would be afraid. Furthermore, it can be dispensed with to provide additional devices for modulating the second energy signal to the secondary winding, since the modulation is done by the used for energy transmission second circuitry. The second circuit arrangement thus fulfills a dual function for the transmission of energy and data. Thus, the circuitry complexity for realizing a simultaneous transmission of energy and data via the inductive coupler is reduced.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die erste Schaltungsanordnung erste steuerbare Schaltelemente auf, über welche das erste Energiesignal an der Primärwicklung einstellbar ist und die zweite Schaltungsanordnung weist zweite steuerbare Schaltelemente auf, über welche das zweite Energiesignal an der Sekundärwicklung einstellbar ist. Die steuerbaren Schaltelemente sind vorteilhafterweise als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet, die wahlweise zwischen einem elektrisch leitenden Zustand und einem elektrisch nicht leitenden Zustand umschaltbar sind, z. B. als Bipolartransistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (engl. Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT), Sperrschicht-Feldeffekttransistor (engl. Junction gate Field Effect Transistor, JFET) oder als MOS-Feldeffekttransistor (engl. Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET). Die Schaltelemente können über Steuerpulse mit einer vorgegebenen Pulsweite gesteuert werden, wobei die Pulsweite moduliert wird. According to a preferred embodiment, the first circuit arrangement on first controllable switching elements, via which the first energy signal is adjustable to the primary winding and the second circuit arrangement has second controllable switching elements, via which the second energy signal is adjustable to the secondary winding. The controllable switching elements are advantageously designed as a power semiconductor switch, which are selectively switchable between an electrically conductive state and an electrically non-conductive state, for. B. as a bipolar transistor, Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT), Junction Gate Field Effect Transistor (JFET) or as a MOS field effect transistor (English Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect transistor, MOSFET). The switching elements can be controlled by control pulses having a predetermined pulse width, wherein the pulse width is modulated.

Bevorzugt ist die erste Schaltungsanordnung und/oder die zweite Schaltungsanordnung als Stromrichter ausgebildet, so dass ein an der jeweiligen Schaltungsanordnung anliegendes Energiesignal in ein andersartiges Energiesignal gewandelt werden kann. Durch einen Stromrichter ist es möglich, eine Wandlung zwischen einem Wechselspannungssignal/Wechselstromsignal und einem Gleichspannungssignal/Gleichstromsignal durchzuführen. Preferably, the first circuit arrangement and / or the second circuit arrangement is designed as a power converter, so that an energy signal applied to the respective circuit arrangement can be converted into a different energy signal. By a power converter, it is possible to perform a conversion between an AC signal / AC signal and a DC signal / DC signal.

Ferner kann durch den Stromrichter die Amplitude oder Frequenz eines Energiesignals verändert werden. Der Stromrichter kann einen Wechselrichter, Umrichter, insbesondere Frequenzumrichter oder Gleichspannungswandler (auch als DC-DC-Wandler bezeichnet) aufweisen. Besonders bevorzugt weist die erste Schaltungsanordnung einen Wechselrichter auf und die zweite Schaltungsanordnung weist einen Gleichrichter auf, so dass Energie von einer mit der ersten Schaltungsanordnung verbundenen Gleichspannungs- oder Gleichstromquelle in eine Wechselspannung/einen Wechselstrom gewandelt, über den induktiven Koppler übertragen und in eine Gleichspannung/einen Gleichstrom gewandelt werden kann. Die Stromrichter sind vorteilhafterweise derart ausgestaltet, dass sie Energie bidirektional übertragen können, so dass Energie in beiden Richtungen über den induktiven Koppler übertragbar ist.Furthermore, the amplitude or frequency of an energy signal can be changed by the power converter. The power converter may have an inverter, inverter, in particular frequency converter or DC-DC converter (also referred to as DC-DC converter). Particularly preferably, the first circuit arrangement has an inverter and the second circuit arrangement has a rectifier, so that energy from a DC or DC source connected to the first circuit arrangement is converted into an AC voltage / an alternating current, transmitted via the inductive coupler and converted into a DC voltage. can be converted into a direct current. The converters are advantageously designed such that they can transmit energy bidirectionally, so that energy can be transmitted in both directions via the inductive coupler.

Als vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung herausgestellt, bei welcher das erste Energiesignal ein Spannungssignal ist und das zweite Energiesignal ein Stromsignal ist. Alternativ kann das erste Energiesignal ein Stromsignal und das zweite Energiesignal ein Spannungssignal sein. Insofern werden für die Übertragung der Daten von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung und umgekehrt unterschiedliche Trägersignale zur Verfügung gestellt, wodurch gegenseitige Beeinflussungen der Datenübertragung in beiden Richtungen verringert werden. Besonders vorteilhaft ist das Spannungssignal ein Wechselspannungssignal und/oder das Stromsignal ist ein Wechselstromsignal.An embodiment has proven to be advantageous in which the first energy signal is a voltage signal and the second energy signal is a current signal. Alternatively, the first energy signal may be a current signal and the second energy signal may be a voltage signal. In this respect, different carrier signals are provided for the transmission of the data from the primary winding to the secondary winding and vice versa, whereby mutual influences of the data transmission in both directions are reduced. Particularly advantageously, the voltage signal is an AC voltage signal and / or the current signal is an AC signal.

In diesem Zusammenhang hat sich eine Ausgestaltung als bevorzugt erwiesen, bei welcher die Amplitude und/oder die Frequenz und/oder der Tastgrad des Spannungssignals moduliert wird. Hierzu können die Schaltelemente der ersten Schaltungsanordnung und/oder der zweiten Schaltungsanordnung derart angesteuert werden, dass die Amplitude und/oder die Frequenz und/oder der Tastgrad des Spannungssignals moduliert wird. Es ist daher nicht erforderlich, zusätzliche Schaltelemente zur Modulation des Energiesignals vorzusehen. Optional kann die Amplitude und/oder die Frequenz und/oder der Tastgrad des Spannungssignals derart eingestellt werden, dass die im Mittel übertragene Wirkleistung im Wesentlichen konstant ist, so dass die Beeinflussung der Energieübertragung durch die gleichzeitige Übertragung von Daten möglichst gering ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Amplitude und/oder die Phasenlage des Stromsignals moduliert werden. Hierzu können die Schaltelemente der ersten Schaltungsanordnung und/oder der zweiten Schaltungsanordnung derart angesteuert werden, dass die Amplitude und/oder die Phasenlage des Stromsignals moduliert werden. Optional kann die Amplitude und/oder die Phasenlage des Stromsignals derart eingestellt werden, dass die im Mittel übertragene Wirkleistung im Wesentlichen konstant ist.In this context, an embodiment has proven to be preferred in which the amplitude and / or the frequency and / or the duty cycle of the voltage signal is modulated. For this purpose, the switching elements of the first circuit arrangement and / or the second circuit arrangement be controlled such that the amplitude and / or the frequency and / or the duty cycle of the voltage signal is modulated. It is therefore not necessary to provide additional switching elements for modulation of the energy signal. Optionally, the amplitude and / or the frequency and / or the duty cycle of the voltage signal can be set such that the active power transmitted in the middle is substantially constant, so that the influencing of the energy transmission by the simultaneous transmission of data is as low as possible. Alternatively or additionally, the amplitude and / or the phase position of the current signal can be modulated. For this purpose, the switching elements of the first circuit arrangement and / or the second circuit arrangement can be controlled such that the amplitude and / or the phase position of the current signal are modulated. Optionally, the amplitude and / or the phase position of the current signal can be set such that the active power transmitted in the middle is substantially constant.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Primärwicklung und die Sekundärwicklung gegeneinander bewegbar, insbesondere gegeneinander drehbar, angeordnet sind, so dass die Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und Daten zwischen zwei gegeneinander bewegbaren bzw. gegeneinander drehbaren Systemen eingesetzt werden kann. Beispielsweise ist es möglich, die Vorrichtung bei einer elektrisch erregten Synchronmaschine einzusetzen, um eine drehbare Erregerwicklung mit Energie zu versorgen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung zur Versorgung von gegenüber der Primärwicklung bewegbaren elektrischen Schaltungen und/oder Sensoren Anwendung finden. Alternativ kann die Anordnung der Primärwicklung gegenüber der Sekundärwicklung festgelegt sein, so dass eine Bewegung der beiden Wicklungen gegeneinander nicht möglich ist. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich für solche Anwendungen, in denen der Koppler nach Art eines Transformators ausgebildet ist. A preferred embodiment provides that the primary winding and the secondary winding are mutually movable, in particular rotatable relative to each other, are arranged, so that the device for contactless transmission of energy and data between two mutually movable or mutually rotatable systems can be used. For example, it is possible to use the device in an electrically excited synchronous machine to provide energy to a rotatable exciter winding. In addition, the device can be used to supply electrical circuits and / or sensors that can be moved relative to the primary winding. Alternatively, the arrangement of the primary winding relative to the secondary winding may be fixed, so that a movement of the two windings against each other is not possible. Such a configuration is suitable for applications in which the coupler is designed in the manner of a transformer.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Primärwicklung mit einer ersten Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines in der Primärwicklung induzierten dritten Energiesignals verbunden ist. Das dritte Energiesignal kann proportional zu dem in der Sekundärwicklung eingestellten zweiten Energiesignal sein, so dass die von der Sekundärwicklung zu der Primärwicklung übertragenen Daten empfangen werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärwicklung mit einer zweiten Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines vierten Energiesignals verbunden sein, wobei das vierte Energiesignal insbesondere proportional zu dem in der Primärwicklung eingestellten ersten Energiesignal ist. Hierdurch kann der Empfang von solchen Daten ermöglicht werden, die von der Primärwicklung zu der Sekundärwicklung übertragen werden. Die Erfassungsvorrichtungen können als Strommesseinrichtung und/oder Spannungsmesseinrichtung ausgebildet sein. It is also advantageous if the primary winding is connected to a first detection device for detecting a third energy signal induced in the primary winding. The third energy signal may be proportional to the second energy signal set in the secondary winding, so that the data transmitted from the secondary winding to the primary winding may be received. Alternatively or additionally, the secondary winding may be connected to a second detection device for detecting a fourth energy signal, wherein the fourth energy signal is in particular proportional to the first energy signal set in the primary winding. This allows the reception of such data transmitted from the primary winding to the secondary winding. The detection devices can be designed as a current measuring device and / or voltage measuring device.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die erste Schaltungsanordnung mit einer Energiequelle oder einem Energiespeicher verbunden ist und die zweite Schaltungsanordnung mit einem Verbraucher und/oder einem Generator und/oder einer sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbaren elektrischen Maschine verbunden ist. A further preferred embodiment provides that the first circuit arrangement is connected to a power source or an energy store and the second circuit arrangement is connected to a load and / or a generator and / or an electric machine which can be operated both as a generator and as a motor.

Die zuvor genannten vorteilhaften Merkmale können sowohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung finden. The aforementioned advantageous features can be used both in the method according to the invention and in the device according to the invention.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Riemenscheibenanordnung für einen Riementrieb zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs, mit einer Riemenscheibe zum Einleiten eines über ein Zugmittel bereitstellbaren Drehmoments, einer Abtriebswelle zum Antrieb eines Nebenaggregats, insbesondere einer Kühlwasserpumpe, und einer elektrischen Maschine zur Drehmomentübertragung zwischen der Riemenscheibe und der Abtriebswelle, wobei die elektrische Maschine einen mit der Riemenscheibe verbundenen Rotor und einen mit der Abtriebswelle verbundenen Stator oder einen mit der Riemenscheibe verbundenen Stator und einen mit der Abtriebswelle verbundenen Rotor aufweist. Bei einer derartigen Riemenscheibenanordnung wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die elektrische Maschine über eine vorstehend beschriebene Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung kontaktiert ist. Another object of the invention is a belt pulley assembly for a belt drive for driving auxiliary equipment of a motor vehicle, with a pulley for introducing a via a traction means torque, an output shaft for driving an accessory, in particular a cooling water pump, and an electric machine for torque transmission between the pulley and the output shaft, wherein the electric machine has a pulley connected to the rotor and a stator connected to the output shaft or connected to the pulley stator and a rotor connected to the output shaft. In such a pulley arrangement, the object mentioned in the introduction is achieved in that the electric machine is contacted via a device for contactless energy and data transmission as described above.

Bei der Riemenscheibenanordnung ergeben sich dieselben Vorteile wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben worden sind. In the pulley arrangement, the same advantages as they have already been described in connection with the device according to the invention.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken. Hierin zeigt Further details and advantages of the invention will be explained below with reference to the embodiments illustrated in the drawings, which do not limit the inventive concept. Herein shows

1 eine erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung in einem Blockdiagramm, 1 A first embodiment of a device for contactless energy and data transmission in a block diagram,

2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung in einem schematischen Schaltplan, 2 A second embodiment of a device for contactless energy and data transmission in a schematic circuit diagram,

3 verschiedene Verläufe eines Spannungssignals zur Veranschaulichung der Modulation, 3 different waveforms of a voltage signal to illustrate the modulation,

4 verschiedene Verläufe eines Stromsignals zur Veranschaulichung der Modulation und 4 different waveforms of a current signal to illustrate the modulation and

5 ein Ausführungsbeispiel einer Riemenscheibenanordnung mit einer Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung in einer schematischen Seitenansicht. 5 An embodiment of a pulley assembly with a device for contactless energy and data transmission in a schematic side view.

In der 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung 1 mit einem induktiven Koppler 2 dargestellt, welcher eine Primärwicklung 2.1 und eine mit der Primärwicklung 2.1 induktiv gekoppelte Sekundärwicklung 2.2 aufweist. Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise zum gleichzeitigen Austausch von Energie und Daten zwischen einem mit der Primärwicklung 2.1 gekoppelten ersten System und einem mit der Sekundärwicklung 2.2 gekoppelten zweiten System zum Einsatz kommen, wobei das erste System und das zweite System galvanisch getrennt sind. Zusätzlich kann das erste System gegenüber dem zweiten System bewegbar sein. Der induktive Koppler 2 kann beispielsweise als Drehübertrager ausgestaltet sein. Ein Drehübertrager weist üblicherweise einen geteilten Kern mit zwei gegeneinander drehbaren Kernteilen auf, wobei die Primärwicklung 2.1 auf einem ersten Kernteil und die Sekundärwicklung 2.2 auf einem zweiten Kernteil angeordnet ist. In the 1 is a first embodiment of a device for contactless energy and data transmission 1 with an inductive coupler 2 shown, which is a primary winding 2.1 and one with the primary winding 2.1 inductively coupled secondary winding 2.2 having. The device 1 For example, for the simultaneous exchange of Energy and data between one with the primary winding 2.1 coupled first system and one with the secondary winding 2.2 coupled second system are used, wherein the first system and the second system are galvanically isolated. In addition, the first system may be movable relative to the second system. The inductive coupler 2 can be configured for example as a rotary transformer. A rotary transformer usually has a split core with two mutually rotatable core parts, wherein the primary winding 2.1 on a first core part and the secondary winding 2.2 is arranged on a second core part.

Im Folgenden soll die über der Primärwicklung 2.1 abfallende Spannung als Spannungssignal U1 und die über der Sekundärwicklung 2.2 abfallende Spannung als Spannungssignal U2 bezeichnet werden. Die Spannungssignale U1, U2 sind über das Übersetzungsverhältnis ü wie folgt verbunden: U2 = U1·ü; ü = N1/N2 The following is the over the primary winding 2.1 decreasing voltage as voltage signal U1 and the over the secondary winding 2.2 falling voltage can be referred to as voltage signal U2. The voltage signals U1, U2 are connected via the transmission ratio ü as follows: U2 = U1 · ü; ü = N1 / N2

Das Übersetzungsverhältnis ü stellt den Quotient aus der Windungsanzahl N1 der Primärwicklung 2.1 und der Windungsanzahl N2 der Sekundärwicklung 2.2 dar. Der Strom in der Primärwicklung soll nachfolgend als Stromsignal I1 und der Strom in der Sekundärwicklung als Stromsignal I2 bezeichnet werden. Die Stromsignale sind proportional zueinander: I1 = I2·ü The gear ratio ü represents the quotient of the number of turns N1 of the primary winding 2.1 and the number of turns N2 of the secondary winding 2.2 The current in the primary winding will be referred to below as the current signal I1 and the current in the secondary winding as the current signal I2. The current signals are proportional to each other: I1 = I2 · ü

Wird das Übersetzungsverhältnis ü nahe 1 gewählt, so entspricht das Spannungssignal U1 im Wesentlichen dem Spannungssignal U2 und das Stromsignal I1 entspricht im Wesentlichen dem Stromsignal I2.Will the gear ratio ü close 1 chosen, the voltage signal U1 substantially corresponds to the voltage signal U2 and the current signal I1 substantially corresponds to the current signal I2.

Mit der Primärwicklung 2.1 ist eine erste leistungselektronische Schaltungsanordnung 3 nach Art eines Stromrichters verbunden. Die erste Schaltungsanordnung 3 ist zwischen einer als Spannungsquelle ausgebildeten Energiequelle 9 und dem induktiven Koppler 2 angeordnet und ermöglicht die Wandlung der von der Energiequelle 9 abgegebenen Energie in zur Übertragung über den induktiven Koppler 2 geeignete Energiesignale U1, I1. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird über die Schaltungsanordnung 3 an der Primärwicklung 2.1 ein erstes Energiesignal U1 eingestellt. Bei dem ersten Energiesignal U1 handelt es sich um ein als Wechselspannungssignal ausgebildetes Spannungssignal U1. Die erste Schaltungsanordnung 3 weist mehrere leistungselektronische Schaltelemente auf, welche durch eine mit der ersten Schaltungsanordnung 3 verbundene erste Steuervorrichtung 5 angesteuert werden. With the primary winding 2.1 is a first power electronic circuit 3 connected in the manner of a power converter. The first circuit arrangement 3 is between an energy source designed as a voltage source 9 and the inductive coupler 2 arranged and allows the conversion of the energy source 9 delivered energy in for transmission via the inductive coupler 2 suitable energy signals U1, I1. According to the embodiment, the circuit arrangement 3 at the primary winding 2.1 set a first energy signal U1. The first energy signal U1 is a voltage signal U1 designed as an alternating voltage signal. The first circuit arrangement 3 has a plurality of power electronic switching elements, which by one with the first circuit arrangement 3 connected first control device 5 be controlled.

Zudem ist eine zweite leistungselektronische Schaltungsanordnung 4 nach Art eines Stromrichters vorgesehen, welche zwischen der Sekundärwicklung 2.2 des induktiven Kopplers 2 und einem Verbraucher 10 angeordnet ist. Die zweite Schaltungsanordnung 4 ist mit einer zweiten Steuervorrichtung 6 verbunden, über welche leistungselektronische Schaltelemente der zweiten Schaltungsanordnung 4 steuerbar sind. Die zweite Schaltungsanordnung 4 ermöglicht die Wandlung der über den induktiven Koppler 2 übertragenen Energie in eine an den Verbraucher 10 angepasste Form. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist der Verbraucher 10 dreiphasig ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel wird über die zweite Schaltungsanordnung 4 das an der Sekundärwicklung 2.2 anliegende Wechselspannungssignal U2 in ein Drehspannungssystem umgewandelt bzw. das Wechselstromsignal I2 in ein Drehstromsystem umgewandelt. Ferner ist über die zweite Schaltungsanordnung 4 das Stromsignal I2 der Sekundärspule 2.2 einstellbar.In addition, a second power electronic circuit arrangement 4 provided in the manner of a power converter, which between the secondary winding 2.2 of the inductive coupler 2 and a consumer 10 is arranged. The second circuit arrangement 4 is with a second control device 6 connected, via which power electronic switching elements of the second circuit arrangement 4 are controllable. The second circuit arrangement 4 allows the conversion of the inductive coupler 2 transferred energy in one to the consumer 10 adapted form. According to the embodiment, the consumer 10 three-phase design. In the present example, via the second circuit arrangement 4 that at the secondary winding 2.2 applied AC voltage signal U2 converted into a three-phase voltage system or the AC signal I2 converted into a three-phase system. Furthermore, via the second circuit arrangement 4 the current signal I2 of the secondary coil 2.2 adjustable.

Sowohl die erste Schaltungsanordnung 3 als auch die zweite Schaltungsanordnung 4 sind im Hinblick auf den Energiefluss bidirektional betreibbar, so dass Energie sowohl von der Primärwicklung 2.1 zur Sekundärwicklung 2.2 als auch von der Sekundärwicklung 2.2 zu der Primärwicklung übertragen werden kann. Es ist daher möglich, einen Verbraucher 10 vorzusehen, der wahlweise als Generator betreibbar ist, z. B. eine elektrische Maschine, die sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbar ist. Ferner kann die Energiequelle 9 als Energiespeicher ausgestaltet sein, so dass wahlweise Energie aus dem Energiespeicher über den Koppler 2 zu dem Verbraucher 10 übertragen werden kann oder Energie von dem als Generator betriebenen Verbraucher 10 zu der Energiequelle 9 übertragen werden kann. Both the first circuit arrangement 3 as well as the second circuit arrangement 4 are bi-directionally operable with respect to energy flow, allowing energy from both the primary winding 2.1 to the secondary winding 2.2 as well as from the secondary winding 2.2 can be transferred to the primary winding. It is therefore possible for a consumer 10 provide that is selectively operable as a generator, for. As an electrical machine that is both regenerative and motor operated. Furthermore, the energy source 9 be designed as energy storage, so that either energy from the energy storage via the coupler 2 to the consumer 10 can be transmitted or energy from the generator operated as a generator 10 to the energy source 9 can be transferred.

Bei der Vorrichtung 1 ist zusätzlich vorgesehen, dass Daten bidirektional zwischen der Primärwicklung 2.1 und der Sekundärwicklung 2.2 übertragen werden können. Hierzu werden die Schaltelemente der ersten Schaltungsanordnung 3 durch die Steuervorrichtung 5 derart gesteuert, dass das Spannungssignal U1 an der Primärwicklung 2.1 moduliert wird. Ferner werden die Schaltelemente der zweiten Schaltungsanordnung 4 durch die Steuervorrichtung 6 derart gesteuert, dass das Stromsignal I2 an der Sekundärwicklung 2.2 moduliert wird. Für das Spannungssignal U1 an der Primärwicklung 2.1 – das erste Energiesignal – und das Stromsignal I2 an der Sekundärwicklung 2.2 – das zweite Energiesignal – ergeben sich folgende Gleichungen: U1(t) = (1/ü)·U2(t) = Û1(x)·sin[ω(x·t)] I2(t) = (1/ü)·I2(t) = Î2(y)·sin[ω(x)·t – φ(y)] In the device 1 In addition, data is provided bidirectionally between the primary winding 2.1 and the secondary winding 2.2 can be transmitted. For this purpose, the switching elements of the first circuit arrangement 3 through the control device 5 controlled such that the voltage signal U1 at the primary winding 2.1 is modulated. Furthermore, the switching elements of the second circuit arrangement 4 through the control device 6 controlled such that the current signal I2 at the secondary winding 2.2 is modulated. For the voltage signal U1 at the primary winding 2.1 - The first energy signal - and the current signal I2 at the secondary winding 2.2 - the second energy signal - the following equations result: U1 (t) = (1 / υ) * U2 (t) = Û1 (x) * sin [ω (x * t)] I2 (t) = (1 / ü) · I2 (t) = Î2 (y) · sin [ω (x) · t - φ (y)]

Die vorstehenden Gleichungen stellen insofern eine Näherung dar, dass sie lediglich die Grundschwingung der Energiesignale U1, I2 berücksichtigen. Abweichend von den vorstehenden Gleichungen können die Energiesignale U1, I2 zusätzliche Anteile aufweisen, beispielsweise Oberschwingungen. The above equations are an approximation in that they are only the Consider fundamental oscillation of the energy signals U1, I2. Notwithstanding the above equations, the energy signals U1, I2 can have additional components, for example harmonics.

Zur Kodierung von Daten in das Energiesignal U1 kann beispielsweise die Amplitude Û1 gemäß den von der Primärwicklung 2.1 zur Sekundärwicklung 2.2 zu übertragenden Daten x moduliert werden, so dass eine Amplitudenmodulation des Spannungssignals U1 erhalten wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Frequenz ω gemäß den Daten x moduliert werden. Bei dem Stromsignal I2 kann zur Kodierung der von der Sekundärwicklung 2.2 zur Primärwicklung 2.1 zu übertragenden Daten y die Amplitude Î2 moduliert werden. Zudem ist es möglich, die Phase φ des Stromsignals I2 in Bezug auf das Spannungssignal U1 bzw. U2 zu modulieren.To encode data in the energy signal U1, for example, the amplitude Û1 according to that of the primary winding 2.1 to the secondary winding 2.2 to be transmitted data x are modulated, so that an amplitude modulation of the voltage signal U1 is obtained. Alternatively or additionally, the frequency ω may be modulated according to the data x. In the current signal I2 can for coding of the secondary winding 2.2 to the primary winding 2.1 to be transmitted data y the amplitude Î2 be modulated. In addition, it is possible to modulate the phase φ of the current signal I2 with respect to the voltage signal U1 or U2.

Bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 ist es nicht erforderlich, eine zusätzliche Wicklung zur Übertragung der Daten in Richtung der Primärwicklung 2.1 vorzusehen. Dadurch, dass zur Datenübertragung von der Primärwicklung 2.1 zu der Sekundärwicklung 2.2 das Spannungssignal U1 moduliert wird und zur Datenübertragung von der Sekundärwicklung 2.2 zu der Primärwicklung 2.1 das Stromsignal I2 moduliert wird, können Daten bidirektional übertragen werden ohne dass eine gegenseitige Störung der Datenübertragung zu befürchten ist. Ferner sind auch keine zusätzlichen Vorrichtungen zur Modulation der Energiesignale U1, I2 erforderlich, da die ohnehin in den als Stromrichter ausgebildeten Schaltungsanordnungen 3, 4 enthaltenen Schaltelemente nicht nur zur Erzeugung und/oder Einstellung der Energiesignale U1, I2, sondern auch zu deren Modulation herangezogen werden. Die steuerbaren Schaltelemente der Schaltungsanordnungen 3, 4 können als Leistungshalbleiterschalter ausgebildet sein, z. B. als Bipolartransistor, IGBT, JFET oder als MOSFET. Zur Ansteuerung der Schaltelemente können durch die Steuervorrichtung 5, 6 Steuerpulse durch Pulsweitenmodulation (PWM) erzeugt werden. At the in 1 shown device 1 it is not necessary to provide an additional winding to transfer the data in the direction of the primary winding 2.1 provided. By doing that for data transfer from the primary winding 2.1 to the secondary winding 2.2 the voltage signal U1 is modulated and for data transmission from the secondary winding 2.2 to the primary winding 2.1 the current signal I2 is modulated, data can be transmitted bidirectionally without fear of mutual interference of the data transmission. Furthermore, no additional devices for modulating the energy signals U1, I2 are required, since the anyway designed in the form of converters circuit arrangements 3 . 4 contained switching elements not only for the generation and / or adjustment of the energy signals U1, I2, but also be used for their modulation. The controllable switching elements of the circuit arrangements 3 . 4 can be designed as a power semiconductor switch, z. B. as a bipolar transistor, IGBT, JFET or MOSFET. For controlling the switching elements can by the control device 5 . 6 Control pulses are generated by pulse width modulation (PWM).

Die Steuervorrichtungen 5, 6 weisen jeweils einen Sender 5.1, 6.1 auf, der aus den zu übertragenden Daten geeignete Ansteuersignale für die Schaltelemente der Schaltungseinrichtungen 3, 4 erzeugt. The control devices 5 . 6 each have a transmitter 5.1 . 6.1 on, from the data to be transmitted suitable control signals for the switching elements of the circuit devices 3 . 4 generated.

Bei der Vorrichtung 1 gemäß 1 ist ferner eine mit der Primärwicklung 2.1 verbundene erste Erfassungsvorrichtung 7 vorgesehen, über welche das zu dem Stromsignal I2 proportionale Stromsignal I1 erfasst wird. Die Sekundärwicklung ist mit einer zweiten Erfassungsvorrichtung 8 verbunden, über welche das zu dem Spannungssignal U1 proportionale Spannungssignal U2 erfasst wird. Die erste Erfassungsvorrichtung 7 ist als Strommessgerät und die zweite Erfassungsvorrichtung 8 ist als Spannungsmessgerät ausgebildet. Die in den Erfassungsvorrichtungen 7, 8 erfassten Energiesignale U1, I2 werden Empfängern 5.2, 6.2 zugeleitet, die Teil der Steuervorrichtungen 5, 6 sind. In den Empfängern 5.2, 6.2 werden die Energiesignale demoduliert.In the device 1 according to 1 is also one with the primary winding 2.1 connected first detection device 7 provided, via which the proportional to the current signal I2 current signal I1 is detected. The secondary winding is connected to a second detection device 8th connected, via which the proportional to the voltage signal U1 voltage signal U2 is detected. The first detection device 7 is as an ammeter and the second detection device 8th is designed as a voltage measuring device. The in the detection devices 7 . 8th detected energy signals U1, I2 become receivers 5.2 . 6.2 fed, the part of the control devices 5 . 6 are. In the receivers 5.2 . 6.2 the energy signals are demodulated.

In der 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dargestellt. In der 1 und 2 sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.In the 2 is a second embodiment of a device according to the invention 1 shown. In the 1 and 2 are the same parts provided with the same reference numerals and are therefore usually named or mentioned only once in each case.

Die Vorrichtung 1 zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung nach 2 weist eine mit der Primärwicklung 2.1 verbundene erste Schaltungsanordnung 3 auf, welche einen Gleichspannungswandler 3.3 und einen Wechselrichter 3.1 sowie einen zwischen dem Gleichspannungswandler 3.3 und dem Wechselrichter 3.1 angeordneten Gleichspannungszwischenkreis 3.2 mit einem Zwischenkreiskondensator aufweist. Der Wechselrichter 3.1 ist als Vollbrückenschaltung ausgebildet und weist zwei Brückenzweige auf, über welche an der Primärwicklung 2.1 wahlweise eine positive Spannung angelegt, eine negative Spannung angelegt oder die Primärwicklung 2.1 kurzgeschlossen werden kann. Der Wechselrichter weist Schaltelemente auf, die über den Sender 5.1 der Steuervorrichtung 5 angesteuert werden, um die Frequenz ω des Spannungssignals U1 einzustellen und zu modulieren. Der Gleichspannungswandler 3.3 wird ebenfalls durch den Sender 5.1 der Steuervorrichtung 5 gesteuert, um die Amplitude Û1 des Spannungssignals U1 einzustellen und zu modulieren. The device 1 for contactless energy and data transmission 2 has one with the primary winding 2.1 connected first circuit arrangement 3 on which a DC-DC converter 3.3 and an inverter 3.1 and one between the DC-DC converter 3.3 and the inverter 3.1 arranged DC intermediate circuit 3.2 having a DC link capacitor. The inverter 3.1 is designed as a full bridge circuit and has two bridge arms, via which on the primary winding 2.1 either a positive voltage applied, a negative voltage applied or the primary winding 2.1 can be shorted. The inverter has switching elements connected via the transmitter 5.1 the control device 5 are controlled to set and modulate the frequency ω of the voltage signal U1. The DC-DC converter 3.3 is also by the transmitter 5.1 the control device 5 controlled to adjust and modulate the amplitude Û1 of the voltage signal U1.

Die zweite Schaltungsanordnung 4 der Vorrichtung 1 nach 2 weist einen Gleichrichter 4.1 sowie ein Gleichspannungsnetz 4.2 mit einem Kondensator auf. Die Schaltelemente des Gleichrichters 4.1 werden durch den Sender 6.1 der Steuervorrichtung 6 angesteuert, um die Amplitude Î2 und/oder die Phase φ des Stromsignals I2 einzustellen und zu modulieren. The second circuit arrangement 4 the device 1 to 2 has a rectifier 4.1 as well as a direct voltage network 4.2 with a capacitor on. The switching elements of the rectifier 4.1 be through the transmitter 6.1 the control device 6 in order to set and modulate the amplitude Î2 and / or the phase φ of the current signal I2.

Ferner sind im Strompfad zwischen der Sekundärwicklung 2.2 und der zweiten Schaltungsanordnung 4 eine optionale Drossel 11 und ein optionaler Kondensator 12 angeordnet. Durch die Drossel 11 wird der Stromverlauf nach Art einer Glättungsinduktivität geglättet. Anstelle der Drossel 11 kann die Glättungsinduktivität als Teil des Kopplers 2, also als Teil der Primärwicklung 2.1 und/oder der Sekundärwicklung 2.2, oder als diskretes Bauelement im Strompfad zwischen der ersten Schaltungsanordnung 3 und der Primärwicklung 2.1 vorgesehen sein. Further, in the current path between the secondary winding 2.2 and the second circuit arrangement 4 an optional throttle 11 and an optional capacitor 12 arranged. Through the throttle 11 the current profile is smoothed in the manner of a smoothing inductance. Instead of the throttle 11 can be the smoothing inductance as part of the coupler 2 that is, as part of the primary winding 2.1 and / or the secondary winding 2.2 , or as a discrete component in the current path between the first circuit arrangement 3 and the primary winding 2.1 be provided.

Die durch den Kondensator 12 bereitgestellte Kapazität ermöglicht es, die Schaltelemente der zweiten Schaltungsanordnung 4 resonant zu schalten, um Schaltverluste zu reduzieren. The through the capacitor 12 provided capacity allows the switching elements of the second circuit arrangement 4 resonant switch to reduce switching losses.

Anhand der Darstellungen in 3 sollen nachfolgend verschiedene Modulationsarten veranschaulicht werden, die geeignet sind, um Daten mittels des Spannungssignals U1 zu übertragen. Based on the illustrations in 3 Subsequently, different types of modulation will be illustrated which are suitable for transmitting data by means of the voltage signal U1.

3a zeigt ein an der Primärwicklung 2.1 eingestelltes Spannungssignal U1 bzw. das an der Sekundärwicklung 2.2 induzierte Spannungssignal U2, bei welchem die Amplitude Û1 bzw. Û2 moduliert wird. In Abhängigkeit von den Daten x werden blockförmige Spannungspulse unterschiedlicher Amplitude erzeugt. 3a shows one on the primary winding 2.1 set voltage signal U1 or that at the secondary winding 2.2 induced voltage signal U2, in which the amplitude Û1 or Û2 is modulated. Depending on the data x block-shaped voltage pulses of different amplitude are generated.

3b zeigt das an der Primärwicklung 2.1 eingestellte Spannungssignal U1 bzw. das an der Sekundärwicklung 2.2 induzierte Spannungssignal U2 im Falle einer Frequenzmodulation. In Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten x wird die Frequenz ω bzw. die Periodenlänge T der blockförmigen Spannungspulse eingestellt. 3b shows that at the primary winding 2.1 set voltage signal U1 or that at the secondary winding 2.2 induced voltage signal U2 in the case of frequency modulation. Depending on the data x to be transmitted, the frequency ω or the period length T of the block-shaped voltage pulses is set.

3c zeigt eine Modulation, bei welcher der Tastgrad d eingestellt wird, um Daten x in das Spannungssignal U1 an der Primärwicklung 2.1 bzw. das an der Sekundärwicklung 2.2 induzierte Spannungssignal U2 zu kodieren. Bei der Modulation des Tastgrads ergeben sich Modifikationen der Oberschwingungen. 3c shows a modulation in which the duty cycle d is set to data x in the voltage signal U1 at the primary winding 2.1 or at the secondary winding 2.2 to encode induced voltage signal U2. The modulation of the duty cycle results in modifications of the harmonics.

Die Darstellungen in 4 zeigen verschiedene Möglichkeiten, das an der Sekundärwicklung 2.2 eingestellte Stromsignal I2 bzw. das in der Primärwicklung 2.1 induzierte Stromsignal I1 zu modulieren.The illustrations in 4 show different possibilities, that at the secondary winding 2.2 set current signal I2 or in the primary winding 2.1 induced current signal I1 to modulate.

4a zeigt eine Amplitudenmodulation des Stromsignals I2 an der Sekundärwicklung 2.2. Die Amplitude Î2 des Stromsignals I2 wird in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten y eingestellt. 4a shows an amplitude modulation of the current signal I2 at the secondary winding 2.2 , The amplitude Î2 of the current signal I2 is set as a function of the data y to be transmitted.

4b zeigt ein Stromsignal I2 an der Sekundärwicklung 2.2, bei welchem zu Übertragung von Daten x die Phasenlage φ in Bezug zu dem Spannungssignal U2 moduliert wird. 4b shows a current signal I2 at the secondary winding 2.2 in which, for transmission of data x, the phase position φ is modulated with respect to the voltage signal U2.

Die zuvor dargestellten Modulationsarten für das erste Energiesignal U1 und das zweite Energiesignal I2 können beliebig miteinander kombiniert werden. The previously described types of modulation for the first energy signal U1 and the second energy signal I2 can be combined as desired.

Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 1 zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung weisen jeweils einen induktiven Koppler 2 zur bidirektionalen Übertragung von Energie und Daten zwischen der Primärwicklung 2.1 des induktiven Kopplers 2 und der mit der Primärwicklung 2.1 induktiv gekoppelten Sekundärwicklung 2.2 des induktiven Kopplers 2 auf. Ferner ist eine mit der Primärwicklung 2.1 verbundene erste Schaltungsanordnung 3 vorgesehen, über welche ein erstes Energiesignal U1 an der Primärwicklung 2.1 einstellbar ist, wobei die erste Schaltungsanordnung 3 derart steuerbar ist, dass das erste Energiesignal U1 zur Übertragung von Daten von der Primärwicklung 2.1 zu der Sekundärwicklung 2.2 moduliert wird. Zudem ist eine mit der Sekundärwicklung 2.2 verbundene zweite Schaltungsanordnung 4 vorhanden, über welche die über den Koppler 2 übertragene Energie umwandelbar ist, wobei über die zweite Schaltungsanordnung 4 ein zweites Energiesignal I2 an der Sekundärwicklung 2.2 einstellbar ist und die zweite Schaltungsanordnung 2.2 derart steuerbar ist, dass das zweite Energiesignal I2 zur Übertragung von Daten von der Sekundärwicklung 2.2 zu der Primärwicklung 2.1 moduliert wird. The devices described above 1 for contactless energy and data transmission each have an inductive coupler 2 for bi-directional transmission of energy and data between the primary winding 2.1 of the inductive coupler 2 and the one with the primary winding 2.1 inductively coupled secondary winding 2.2 of the inductive coupler 2 on. Further, one is with the primary winding 2.1 connected first circuit arrangement 3 provided, via which a first energy signal U1 to the primary winding 2.1 is adjustable, wherein the first circuit arrangement 3 is controllable such that the first energy signal U1 for transmitting data from the primary winding 2.1 to the secondary winding 2.2 is modulated. In addition, one with the secondary winding 2.2 connected second circuit arrangement 4 present over which the over the coupler 2 transmitted energy is convertible, wherein on the second circuit arrangement 4 a second energy signal I2 at the secondary winding 2.2 is adjustable and the second circuit arrangement 2.2 is controllable such that the second energy signal I2 for the transmission of data from the secondary winding 2.2 to the primary winding 2.1 is modulated.

Schließlich ist in 5 eine Riemenscheibenanordnung 100 gezeigt. Die Riemenscheibenanordnung 100 weist eine Riemenscheibe 112 mit einer nach radial außen weisenden Lauffläche 114 auf, über welche ein von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bereitgestelltes Drehmoment von einem als Flachriemen ausgebildeten Zugmittel eingeleitet werden kann. Die Riemenscheibe 112 ist über ein Wälzlager 148 relativ drehbar zu einer Abtriebswelle 118 gelagert. Ferner ist die Riemenscheibe 112 über eine elektrische Maschine 116 mit der Abtriebswelle 118 gekoppelt. Die Abtriebswelle kann beispielsweise eine Eingangswelle eines Nebenaggregats, z. B. einer Kühlwasserpumpe, sein. Die elektrische Maschine 116 weist einen mit der Riemenscheibe 112 fest verbundenen Rotor 120 und einen über einen Luftspalt zu dem Rotor 120 beabstandeten Stator 122 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 120 Permanentmagneten auf, während der Stator 122 Wicklungen aufweist. Alternativ kann der Rotor 120 Wicklungen und der Stator 122 Permanentmagneten aufweisen. Weiter alternativ können sowohl auf dem Rotor 120 als auch auf dem Stator 122 Wicklungen angeordnet sein. Finally, in 5 a pulley arrangement 100 shown. The pulley arrangement 100 has a pulley 112 with a radially outwardly facing tread 114 on, via which a torque provided by a crankshaft of an internal combustion engine of a motor vehicle can be initiated by a trained as a flat belt traction means. The pulley 112 is about a rolling bearing 148 relatively rotatable to an output shaft 118 stored. Further, the pulley 112 via an electric machine 116 with the output shaft 118 coupled. The output shaft, for example, an input shaft of an accessory, for. B. a cooling water pump, be. The electric machine 116 has one with the pulley 112 firmly connected rotor 120 and one via an air gap to the rotor 120 spaced stator 122 on. In the illustrated embodiment, the rotor 120 Permanent magnets on, while the stator 122 Windings has. Alternatively, the rotor 120 Windings and the stator 122 Have permanent magnet. Next alternatively, both on the rotor 120 as well as on the stator 122 Windings can be arranged.

Der Stator 122 ist über einen Träger 124 fest mit der Abtriebswelle 118 verbunden. Der Träger ist ringförmig mit einem im Wesentlichen U-förmigen axial geöffneten Querschnitt ausgestaltet. Der Träger 124 weist an der Basis des U-förmigen Querschnitts ein in radialer Richtung verlaufendes Verbindungsstück 126 auf, so dass sich zwischen dem Stator 122 und der Abtriebswelle 118 eine Tasche 128 ausbildet, in welcher ein induktiver Koppler 2 der Vorrichtung 1 zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung angeordnet ist. Über die Vorrichtung 1 kann eine elektrische Verbindung der Wicklungen des Rotors 120 bzw. des Stators 122 ermöglicht werden, so dass an den Wicklungen eine Versorgungsspannung angelegt werden kann und/oder das elektromagnetische Feld der elektrischen Maschine 116 beeinflusst werden kann. The stator 122 is about a carrier 124 fixed to the output shaft 118 connected. The carrier is configured annularly with a substantially U-shaped axially open cross-section. The carrier 124 has at the base of the U-shaped cross-section a radially extending connector 126 on, so that is between the stator 122 and the output shaft 118 a pocket 128 forms, in which an inductive coupler 2 the device 1 is arranged for contactless energy and data transmission. About the device 1 can be an electrical connection of the windings of the rotor 120 or the stator 122 be made possible so that a supply voltage can be applied to the windings and / or the electromagnetic field of the electric machine 116 can be influenced.

Die Primärwicklung 2.1 des Kopplers 2 ist mit einem feststehenden Halter 140 verbunden. Über den Halter 140 sind Elektroleitungen 144 geführt, die mit der Primärwicklung 2.1 verbunden sind. Über die Elektroleitungen 144 ist die Primärwicklung 2.1 mit der in der 5 nicht dargestellten ersten Schaltungsanordnung 3 verbunden. Die Sekundärwicklung 2.2 des Kopplers 2 ist mit der Schaltungsanordnung 4 verbunden, die in einem Gehäuse 146 innerhalb der Riemenscheibe 112 angeordnet ist. The primary winding 2.1 of the coupler 2 is with a fixed holder 140 connected. About the holder 140 are electric cables 144 led with the primary winding 2.1 are connected. About the electric cables 144 is the primary winding 2.1 with the in the 5 not shown first circuit arrangement 3 connected. The secondary winding 2.2 of the coupler 2 is with the circuitry 4 connected in a housing 146 inside the pulley 112 is arranged.

Durch die Vorrichtung 1 können bei der Riemenscheibenanordnung 100 sowohl Energie als auch Daten zwischen einem feststehenden System, welches den Halter 140 umfasst, und der gegenüber dem feststehenden System drehbaren elektrischen Maschine 116 übertragen werden. Through the device 1 can in the pulley arrangement 100 both energy and data between a fixed system holding the holder 140 and the electrical machine rotatable relative to the fixed system 116 be transmitted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung Device for contactless energy and data transmission
22: induktiver Koppler inductive coupler
2.12.1: Primärwicklung primary
2.22.2: Sekundärwicklung secondary winding
33: Schaltungsanordnung circuitry
3.13.1: Wechselrichter inverter
3.23.2: Gleichspannungszwischenkreis Dc link
3.33.3: Gleichspannungswandler DC converter
44: Schaltungsanordnung circuitry
4.14.1: Gleichrichter rectifier
4.24.2: Gleichspannungsnetz DC power
55: Steuervorrichtung control device
5.15.1: Sender transmitter
5.25.2: Empfänger receiver
66: Steuervorrichtung control device
6.16.1: Sender transmitter
6.26.2: Empfänger receiver
77: Erfassungsvorrichtung detection device
88th: Erfassungsvorrichtung detection device
99: Energiequelle energy
1010: Verbraucher/Generator/generatorisch und motorisch betreibbare elektrische Maschine Consumer / generator / generator and motor operated electric machine
1111: Drossel throttle
1212: Kondensator capacitor
100100: Riemenscheibenanordnung Pulley arrangement
112112: Riemenscheibe pulley
116116: elektrische Maschine electric machine
118 118: Abtriebswelleoutput shaft
120120: Rotor rotor
122122: Stator stator
124124: Träger carrier
126126: Verbindungsstück joint
128128: Tasche bag
140140: Halter holder
144144: Elektroleitungen electric lines
146 146: Gehäusecasing
148 148: Wälzlagerroller bearing
dd: Tastgrad duty cycle
üü: Übersetzungsverhältnis ratio
x, yx, y: Daten dates
U1, U2U1, U2: Spannungssignal voltage signal
I1, I2I1, I2: Stromsignal current signal
TT: Periodenlänge period length

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10234893 A1 [0003]

Claims

Device for contactless energy and data transmission with an inductive coupler ( 2 ) for the bidirectional transmission of energy and data between a primary winding ( 2.1 ) of the inductive coupler ( 2 ) and one with the primary winding ( 2.1 ) inductively coupled secondary winding ( 2.2 ) of the inductive coupler ( 2 ), and one with the primary winding ( 2.1 ) connected first circuit arrangement ( 3 ), via which a first energy signal (U1, I1) at the primary winding ( 2.1 ) is adjustable, wherein the first circuit arrangement ( 3 ) is controllable such that the first energy signal (U1, I1) for transmitting data from the primary winding ( 2.1 ) to the secondary winding ( 2.2 ) is modulated, characterized by a with the secondary winding ( 2.2 ) connected second circuit arrangement ( 4 ), over which the via the coupler ( 2 ) is convertible, wherein via the second circuit arrangement ( 4 ) a second energy signal (I2, U2) at the secondary winding ( 2.2 ) is adjustable and the second circuit arrangement ( 2.2 ) is controllable such that the second energy signal (I2, U2) for transmitting data from the secondary winding ( 2.2 ) to the primary winding ( 2.1 ) is modulated.

Device according to Claim 1, characterized in that the first circuit arrangement ( 3 ) has first controllable switching elements, via which the first energy signal (U1, I1) on the primary winding ( 2.1 ) is adjustable and the second circuit arrangement ( 4 ) has second controllable switching elements, via which the second energy signal (I2, U2) at the secondary winding ( 2.2 ) is adjustable.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first circuit arrangement ( 3 ) and / or the second circuit arrangement ( 4 ) are designed as power converters.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first energy signal is a voltage signal (U1) and the second energy signal is a current signal (I2) or that the first energy signal is a current signal (I1) and the second energy signal is a voltage signal (U2) is.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the amplitude (Û1, Û2) and / or the frequency (ω) and / or the duty cycle of the voltage signal (U1, U2) is modulated and that the amplitude (Î1, Î2) and / or the phase position (φ) of the current signal (I1, I2) is modulated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the primary winding ( 2.1 ) and the secondary winding ( 2.2 ) are mutually movable, in particular against each other rotatable, are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the primary winding ( 2.1 ) with a first detection device ( 7 ) for detecting one in the primary winding ( 2.1 ) induced third energy signal (I1, U1) is connected and that the secondary winding ( 2.2 ) with a second detection device ( 8th ) for detecting a induced in the secondary winding fourth energy signal (U2, I2) is connected.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first circuit arrangement ( 3 ) with an energy source ( 9 ) or an energy store and the second circuit arrangement ( 4 ) with a consumer ( 10 ) and / or a generator and / or an electric machine which can be operated both as a generator and as a motor.

Pulley arrangement for a belt drive for driving ancillaries of a motor vehicle, comprising a belt pulley ( 112 ) for introducing a torque which can be supplied via a traction means, an output shaft ( 118 ) for driving an auxiliary unit, in particular a cooling water pump, and an electric machine ( 116 ) for torque transmission between the pulley ( 112 ) and the output shaft ( 118 ), wherein the electric machine ( 116 ) one with the pulley ( 112 ) connected rotor ( 120 ) and one with the output shaft ( 118 ) connected stator ( 122 ) or a stator connected to the pulley and a rotor connected to the output shaft, characterized in that the electric machine ( 116 ) via a device ( 1 ) is contacted for contactless energy and data transmission according to one of the preceding claims.

Method for contactless energy and data transmission via an inductive coupler ( 2 ) for the bidirectional transmission of energy and data between a primary winding ( 2.1 ) of the inductive coupler ( 2 ) and one with the primary winding ( 2.1 ) inductively coupled secondary winding ( 2.2 ) of the inductive coupler ( 2 ), whereby one with the primary winding ( 2.1 ) connected first circuit arrangement ( 3 ) a first energy signal (U1, I1) at the primary winding ( 2.1 ) and the first circuit arrangement ( 3 ) is controlled such that the first energy signal (U1, I1) for transmitting data from the primary winding ( 2.1 ) to the secondary winding ( 2.2 ) is modulated characterized in that a (to the secondary winding 2.2 ) connected second circuit arrangement ( 4 ) via the coupler ( 2 ) transmitted energy, via the second circuit arrangement ( 4 ) a second energy signal (I2, U2) at the secondary winding ( 2.2 ) and the second circuit arrangement ( 4 ) is controlled such that the second energy signal (I2, U2) for the transmission of data from the secondary winding ( 2.2 ) to the primary winding ( 2.1 ) is modulated.