DE102016201253A1 - Device for wireless energy supply and data transmission for a transponder in a rotatable system with low-energy applications - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung 100 zur drahtlosen Energieversorgung und Datenübertragung für einen Transponder in einem rotierbaren System. Die Vorrichtung umfasst eine Welle 110, einen Spulenträger 130, der in einem Abstand zur Welle 110 angeordnet ist, und eine Primärspule 135, wobei die Primärspule 135 an dem Spulenträger 130 angeordnet ist. Die Primärspule 135 erzeugt ein Magnetfeld in dem eine Sekundärspule 115 rotieren kann. Die Sekundärspule 115 ist an der Welle 110 angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Primärspule 135 und die Sekundärspule 115 derart voneinander beabstandet und konzentrisch um die Welle zueinander angeordnet sind, dass Signale und Energie übertragbar sind.Device 100 for wireless power supply and data transmission for a transponder in a rotatable system. The device comprises a shaft 110, a coil carrier 130, which is arranged at a distance from the shaft 110, and a primary coil 135, wherein the primary coil 135 is arranged on the coil carrier 130. The primary coil 135 generates a magnetic field in which a secondary coil 115 can rotate. The secondary coil 115 is disposed on the shaft 110. According to the invention, the primary coil 135 and the secondary coil 115 are spaced apart from one another and arranged concentrically around the shaft relative to one another such that signals and energy can be transmitted.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Energieversorgung und Datenübertragung für einen Transponder in einem rotierbaren System mit Niedrigenergieanwendungen, insbesondere für einen RFID-Tag oder NFC-Tag. Weiter betrifft die Erfindung ein Sensortretlager mit einer solchen Vorrichtung und ein Fahrrad mit einem solchen Sensortretlager.The present invention relates to a device for wireless energy supply and data transmission for a transponder in a rotatable system with low-power applications, in particular for an RFID tag or NFC tag. Furthermore, the invention relates to a sensor bottom bracket with such a device and a bicycle with such a sensor bottom bracket.
Ein Transponder ist ein funkbasiertes Kommunikationsgerät, das eingehende Signale aufnehmen und beantworten beziehungsweise weiterleiten kann. Der Begriff Transponder ist aus den Begriffen Transmitter und Responder gebildet. A transponder is a radio-based communication device that can record incoming signals and answer or forward. The term transponder is made up of the terms transmitter and responder.
Passive Transponder beziehen die Energie zur Kommunikation und Abarbeitung von Prozessorinstruktionen aus einem elektromagnetischen Feld von entsprechenden Schreib- und Leseeinheiten, welche hierfür in kurze Distanz zum Transponder gebracht werden. Passive Transponder benötigen keine eigene Stromversorgung.Passive transponders derive the energy for communication and processing of processor instructions from an electromagnetic field of corresponding writing and reading units, which are brought into short distance to the transponder for this purpose. Passive transponders do not require their own power supply.
Aktive Transponder hingegen verfügen über eine eigene Energieversorgung, beispielsweise eine Batterie oder eine Anbindung an ein Stromnetz. Somit können aktive Transponder größerer Datenspeicher verwalten, größere Funkreichweiten überbrücken oder weitere auf oder an dem Transponder integrierter Sensorik betreiben. By contrast, active transponders have their own power supply, for example a battery or a connection to a power grid. Thus, active transponders can manage larger data memories, bridge larger radio ranges or operate further sensors integrated on or at the transponder.
Ein bekannter passiver Transpondertyp ist der sogenannte RFID-Tag (RFID steht für engl. „Radio Frequency Identification“ bzw. dt. Radiofrequenz-Identifikation). Er besteht aus einem Koppelelement, einer Antennenspule oder Dipolantenne, und einem Mikroprozessor. Der RFID-Tag gewinnt die Versorgungsspannung, wie oben erwähnt, aus den elektromagnetischen Feldern, die von den RFID Schreib- und Lesegeräten ausgestrahlt werden. Er ist auf eine im Allgemeinen maximale Funkreichweite von bis zu einem Meter, bei gleichzeitiger Energieübertragung, beschränkt. Daher findet der RFID-tag typischerweise Anwendung bei der Identifikation von Objekten oder Chipkarten für Zugangskontrollsysteme.A well-known passive transponder type is the so-called RFID tag (RFID stands for "Radio Frequency Identification" or "Radio Frequency Identification"). It consists of a coupling element, an antenna coil or dipole antenna, and a microprocessor. The RFID tag wins the supply voltage, as mentioned above, from the electromagnetic fields emitted by the RFID readers and writers. It is limited to a generally maximum radio range of up to one meter, with simultaneous energy transfer. Therefore, the RFID tag is typically used in the identification of objects or smart cards for access control systems.
Ein weiterer bekannter Transpondertyp ist der NFC-Tag (NFC steht für engl. „Near Field Communication“ bzw. dt. Nahfeldkommunikation). Dieser basiert auf der RFID Technologie und dient speziell der sichern drahtlosen Datenübertragung über sehr kurze Entfernungen, also maximal 10 cm, im Allgemeinen weniger als 4 cm. Der NFC-Tag findet insbesondere Anwendung bei bargeldloser Zahlung von kleinen Beträgen. Er ist typischerweise in Bankarten oder Mobiltelefonen integriert.Another well-known transponder type is the NFC tag (NFC stands for near field communication). It is based on RFID technology and is specifically designed to secure wireless data transmission over very short distances, ie a maximum of 10 cm, generally less than 4 cm. The NFC tag is used in particular for cashless payment of small amounts. It is typically integrated into bank cards or mobile phones.
Transponder, insbesondere die weit verbreiteten RFID- und NFC-Tags, können also durch das elektromagnetische Feld eines Schreib- und Lesegeräts mit Energie versorgt werden. Hierfür werden die Schreib- und Lesegeräte und die Transponder in räumliche Nähe gebracht. Der Austausch von Daten und die Übertragung von Energie finden also bei einer gegenüberliegenden, ebenen und einer im Wesentlichen bewegungslosen Anordnung statt. Transponders, in particular the widespread RFID and NFC tags, can therefore be supplied with energy by the electromagnetic field of a writing and reading device. For this purpose, the writing and reading devices and the transponders are brought into spatial proximity. The exchange of data and the transfer of energy thus take place in an opposite, planar and a substantially motionless arrangement.
In rotierenden oder rotierbaren Systemen, wie einem Lager, wird Energie hingegen im Allgemeinen mit Schleifringen oder ähnlichen kontaktbasierten Methoden übertragen, um beispielsweise Sensorik in einem Sensortretlager zur Erfassung von Drehmomenten zu versorgen. In rotating or rotatable systems, such as a bearing, however, energy is generally transmitted using slip rings or similar contact-based methods, for example, to supply sensors in a sensor bottom bracket for detecting torques.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Energieversorgung und Datenübertragung für einen Transponder in einem rotierbaren System zur Verfügung zu stellen, welche vollständig kontaktlos zwischen den rotierbaren Bauteilen Daten und Energie übertragen kann. Des Weiteren soll die Vorrichtung einen möglichst geringen Bauraum benötigen und insbesondere für die Anwendung von RFID- oder NFC-Tags geeignet sein.The object of the present invention is to provide a device for power supply and data transmission for a transponder in a rotatable system which can transmit data and energy completely contactlessly between the rotatable components. Furthermore, the device should require the smallest possible space and be suitable in particular for the application of RFID or NFC tags.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß zunächst mit einer Vorrichtung zur drahtlosen Energieversorgung und Datenübertragung für einen Transponder in einem rotierbaren System gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die Vorrichtung umfasst eine Welle und einen Spulenträger, der in einem Abstand zur Welle angeordnet ist. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Primärspule, welche an dem Spulenträger angeordnet ist und ein Magnetfeld erzeugt, sowie eine Sekundärspule, welche an der Welle angeordnet ist. Die Sekundärspule ist in dem Magnetfeld rotierbar. Weiter sind die Primärspule und die Sekundärspule derart voneinander beabstandet und konzentrisch um die Welle zueinander angeordnet, dass Signale und Energie übertragbar sind.This object is achieved according to the invention first with a device for wireless power supply and data transmission for a transponder in a rotatable system according to independent claim 1. The device comprises a shaft and a coil carrier, which is arranged at a distance from the shaft. Furthermore, the device comprises a primary coil, which is arranged on the coil carrier and generates a magnetic field, and a secondary coil, which is arranged on the shaft. The secondary coil is rotatable in the magnetic field. Further, the primary coil and the secondary coil are spaced from each other and arranged concentrically around the shaft to each other that signals and energy can be transmitted.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Spulenträger konzentrisch um die Welle angeordnet.In one embodiment of the device according to the invention, the coil carrier is arranged concentrically around the shaft.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Primärspule eine Sendespule und die Sekundärspule eine Empfangsspule.In one embodiment of the device according to the invention, the primary coil is a transmitting coil and the secondary coil is a receiving coil.
Die Sekundärspule kann im Magnetfeld rotieren und ermöglicht damit die stetige Übertragung von Signalen und Energie. In einem rotierenden System treten also keine Totpunkte während der Übertragung von Daten und Energie auf. Insbesondere kann der Transponder und gegebenenfalls weitere an der Welle angeordneten Sensorikelemente somit permanent mit Energie versorgt werden. In anderen Worten ausgedrückt, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die bisher bekannten passiven Transponder in nun aktive Transponder in einer runden Anordnung zu überführen, ohne dabei auf eine Batterie oder externe Stromquelle zurückgreifen zu müssen.The secondary coil can rotate in the magnetic field and thus enables the continuous transmission of signals and energy. In a rotating system, therefore, no dead spots occur during the transmission of data and energy. In particular, the transponder and optionally further sensor elements arranged on the shaft can thus be permanently supplied with energy. In other words In other words, the device according to the invention makes it possible to convert the previously known passive transponders into now active transponders in a round arrangement, without having to resort to a battery or an external power source.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens einen Ferrit. Der mindestens Ferrit ist an der Sekundärspule und/oder an der Primärspule angeordnet. Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Ferrit zwischen der Welle und der Sekundärspule angeordnet. Ebenfalls bevorzugt ist der mindestens eine Ferrit zwischen dem Spulenträger und der Primärspule angeordnet. Der mindestens eine Ferrit richtet vorteilhaft das Magnetfeld aus, wodurch Wirbelstromverluste reduziert und eine höhere Effizienz bei der Energieversorgung und Datenübertragung erreicht werden kann. Somit ist es möglich die Primär- und/oder Sekundärspule kleiner zu dimensionieren. Dies hat den weiteren Vorteil, dass auch rotierende beziehungsweise rotierbare Systeme mit nur kleinem Bauraum mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden können. In a further embodiment, the device comprises at least one ferrite. The at least ferrite is arranged on the secondary coil and / or on the primary coil. Particularly preferably, the at least one ferrite is arranged between the shaft and the secondary coil. Also preferably, the at least one ferrite is arranged between the coil carrier and the primary coil. The at least one ferrite advantageously aligns the magnetic field, whereby eddy current losses can be reduced and higher efficiency in the power supply and data transmission can be achieved. Thus, it is possible to make the primary and / or secondary coil smaller. This has the further advantage that even rotating or rotatable systems can be equipped with only small space with the device according to the invention.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Primärspule und/oder die Sekundärspule als Ringspule ausgebildet, die beispielsweise konzentrisch um die Welle angeordnet sind. In a further embodiment, the primary coil and / or the secondary coil are formed as an annular coil, which are arranged for example concentrically around the shaft.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Primärspule und/oder die Sekundärspule als planare Rechteckspule ausgebildet, die beispielsweise konzentrisch um die Welle angeordnet sind. Eine solche Spulenanordnung kann beispielsweise vorteilhaft über gedruckte Leiterbahnen erstellt werden. So können Leiterbahnen auf flexiblen Trägern angebracht und anschließend konzentrisch um die Welle angeordnet werden. In a further embodiment, the primary coil and / or the secondary coil are formed as a planar rectangular coil, which are arranged for example concentrically around the shaft. Such a coil arrangement can be created, for example, advantageously via printed conductor tracks. Thus, tracks can be mounted on flexible supports and then arranged concentrically around the shaft.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Transponder ein RFID-Tag. In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Transponder ein NFC-Tag.In one embodiment of the device according to the invention, the transponder is an RFID tag. In an alternative embodiment of the device according to the invention, the transponder is an NFC tag.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Transponder einen Datenspeicher.In a further embodiment of the device according to the invention, the transponder comprises a data memory.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Transponder einen Prozessor.In a further embodiment of the device according to the invention, the transponder comprises a processor.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Prozessor ein Mikroprozessor oder ein Microcontroller.In a further embodiment of the device according to the invention, the processor is a microprocessor or a microcontroller.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Transponder eine Energieregeleinheit. Die Energieregeleinheit kann insbesondere für das Energiemanagement bei einer permanenten Energieversorgung und/oder der Weiterleitung der Energie zu weiteren Stromverbrauchern, wie Sensorikelementen, konfiguriert sein. In a further embodiment of the device according to the invention, the transponder comprises an energy control unit. The energy control unit can in particular be configured for the energy management in the case of a permanent power supply and / or the transmission of the energy to other power consumers, such as sensor elements.
Weiterer Aspekte der vorliegenden Erfindung sind ein Sensortretlager mit einer Vorrichtung zur Energieversorgung und Datenübertragung wie zuvor und nachstehend beschrieben, sowie ein Fahrrad mit einem solchen Sensortretlager.Further aspects of the present invention are a sensor bottom bracket with a device for power supply and data transmission as described above and below, and a bicycle with such a sensor bottom bracket.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment described below and from the drawing.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Figur dargestellt. Hereinafter, an embodiment of the invention will be illustrated with reference to a figure.
Die Figur zeigt in einer Prinzipdarstellung den Aufbau der Vorrichtung um eine Welle.The figure shows a schematic representation of the structure of the device around a shaft.
Figur zeigt in einer Prinzipdarstellung den Aufbau der Vorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Vorrichtung contraption
- 110110
- Welle wave
- 115115
- Sekundärspule secondary coil
- 120120
- Ferrit ferrite
- 130130
- Spulenträger coil carrier
- 135135
- Primärspule primary coil
- 150150
- Abstand distance
Claims (10)
Priority Applications (1)
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DE102016201253.3A DE102016201253A1 (en) | 2016-01-28 | 2016-01-28 | Device for wireless energy supply and data transmission for a transponder in a rotatable system with low-energy applications |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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DE (1) | DE102016201253A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT18208U1 (en) * | 2020-12-23 | 2024-05-15 | Tirsan Kardan Sanayi Ve Ticaret Anonim Sirketi | DEVICE FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION FOR CARDAN SHAFTS |
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2016
- 2016-01-28 DE DE102016201253.3A patent/DE102016201253A1/en not_active Ceased
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