DE102018203391A1

DE102018203391A1 - System for inductive energy transfer from a first energy source to a load and method for adjusting a resonant frequency of an electrical resonant circuit

Info

Publication number: DE102018203391A1
Application number: DE102018203391.9A
Authority: DE
Inventors: Juergen Eckhardt; Bernhard Mader; Oliver Blum
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein System (1) zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle (EQ1) an eine Last (LA), umfassend einen ersten Schwingkreis (SK1) mit einer Primärspule (L1) und einen ersten Kondensator (C1), welche an die erste Energiequelle (EQ1) angeschlossen sind; einen zweiten Schwingkreis (SK2) mit einer Sekundärspule (L2) und einen zweiten Kondensator (C2), welche an die Last (LA) angeschlossen sind; eine erste Hilfsinduktivität (LH1) mit einem ersten Kern (K1), welcher eine elektrische Leitung (EL) umschließt, die mit dem ersten Schwingkreis (SK1) oder mit dem zweiten Schwingkreis (SK2) elektrisch verbunden ist, wobei die erste Hilfsinduktivität (LH1) an eine zweite Energiequelle (EQ2) angeschlossen ist, und durch Variieren eines Steuerstromes (IST) von der zweiten Energiequelle (EQ2) in der ersten Hilfsinduktivität (LH1) eine erste Resonanzfrequenz (FR1) des ersten Schwingkreises (SK1) an eine zweite Resonanzfrequenz (FR2) des zweiten Schwingkreises (SK2) oder die zweite Resonanzfrequenz (FR2) an die erste Resonanzfrequenz (FR1) kontinuierlich angleichbar ist, wobei der erste Schwingkreis (SK1) und der zweite Schwingkreis (SK2) miteinander induktiv gekoppelt sind.The present invention provides a system (1) for inductive energy transfer from a first energy source (EQ1) to a load (LA), comprising a first resonant circuit (SK1) with a primary coil (L1) and a first capacitor (C1) connected to the first energy source (EQ1) are connected; a second oscillation circuit (SK2) having a secondary coil (L2) and a second capacitor (C2) connected to the load (LA); a first auxiliary inductance (LH1) having a first core (K1) which encloses an electrical line (EL) which is electrically connected to the first resonant circuit (SK1) or to the second resonant circuit (SK2), wherein the first auxiliary inductance (LH1) to a second power source (EQ2), and by varying a control current (IST) from the second power source (EQ2) in the first auxiliary inductance (LH1), a first resonant frequency (FR1) of the first resonant circuit (SK1) to a second resonant frequency (FR2 ) of the second resonant circuit (SK2) or the second resonant frequency (FR2) to the first resonant frequency (FR1) is continuously equalized, wherein the first resonant circuit (SK1) and the second resonant circuit (SK2) are inductively coupled to each other.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last und ein Verfahren zum Verstellen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises.The present invention relates to a system for inductive energy transfer from a first energy source to a load and to a method for adjusting a resonant frequency of an electrical resonant circuit.

Stand der TechnikState of the art

Bei induktiven Ladevorgängen von Elektrofahrzeugen erfolgt die Energieübertragung über einen Transformator mit großem Luftspalt, wobei die Primärspule meist im Straßenboden eingelassen ist oder in einer Ladeplatte auf dem Boden umfasst ist, und über eine geeignete Elektronik mit dem Stromnetz verbunden ist. Die Sekundärspule ist typischerweise im Unterboden des Fahrzeugs verbaut und über eine Elektronik mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Bei der Energieübertragung erzeugt die Primärspule ein hochfrequentes Wechselmagnetfeld, welches einen entsprechenden hochfrequenten Wechselstrom in der Sekundärspule induziert. Die übertragbare Leistung skaliert üblicherweise linear mit der Schaltfrequenz, wobei jedoch die Schaltfrequenz durch die Ansteuerungselektronik und durch Verluste in der Übertragung begrenzt ist. Dadurch ergibt sich ein typischer Frequenzbereich von 30 - 150 kHz. Typischerweise werden die Primär- und Sekundärkreise in Resonanz betrieben. Bei Toleranzen und Alter der Bauteile sowie Temperatureinflüssen und auch einem Versatz beider Spulen zueinander verändern sich die Werte der Einzelbauteile der Resonanzkreise und somit die Resonanzfrequenzen der Schwingkreise (Primär- und/oder Sekundärkreis). Dadurch ergibt sich eine höhere Verlustleistung und höhere Blindströme. Um diesen Effekt entgegen zu wirken ist es vorteilhaft für jeden Betriebsfall eine Verstellmöglichkeit für die Resonanzfrequenz im Schwingkreis zu schaffen (auf der Primär- und/oder der Sekundärseite), um die Resonanzfrequenz optimal einstellen zu können. Bisher übliche Methoden zur Resonanzverstellung ermöglichen meist nur diskret (in Stufen) schaltbare und diskret veränderbare Resonanzfrequenzen. Verstellbare Induktivitäten gab es etwa als dimmbare Kinobeleuchtungen bis in die 1950er Jahre, wobei diese durch Dimmer mit Halbleiterschaltern wie Tyristoren und Triacs ersetzt wurden (Transductor, Saturable Reactor).In inductive charging of electric vehicles, the energy is transmitted through a transformer with a large air gap, the primary coil is usually embedded in the street floor or includes in a pallet on the ground, and is connected via a suitable electronics to the power grid. The secondary coil is typically installed in the underbody of the vehicle and connected via an electronic system to the vehicle battery. In the energy transfer, the primary coil generates a high-frequency alternating magnetic field, which induces a corresponding high-frequency alternating current in the secondary coil. The transmittable power usually scales linearly with the switching frequency, but the switching frequency is limited by the driving electronics and losses in transmission. This results in a typical frequency range of 30 - 150 kHz. Typically, the primary and secondary circuits are operated in resonance. With tolerances and age of the components and temperature influences and also an offset of both coils to each other, the values of the individual components of the resonant circuits and thus the resonant frequencies of the resonant circuits change (primary and / or secondary circuit). This results in a higher power loss and higher reactive currents. To counteract this effect, it is advantageous for each operating case to provide an adjustment for the resonant frequency in the resonant circuit (on the primary and / or secondary side) in order to set the resonance frequency optimal. Up to now usual methods for the resonance adjustment usually only discretely (in stages) switchable and discretely changeable resonant frequencies. Adjustable inductors existed, for example, as dimmable cinema lighting until the 1950s, these being replaced by dimmers with semiconductor switches such as thyristors and triacs (Transductor, Saturable Reactor).

In der WO 2011/144289 A3 wird ein Trimmen der Resonanzfrequenz durch zuschaltbare Kondensatoren im Leistungspfad beschrieben. Weiterhin beschreibt die JP 2011 155733 A schaltbare Kondensatoren und schaltbare Induktivitäten.In the WO 2011/144289 A3 Trimming of the resonant frequency by switchable capacitors in the power path is described. Furthermore, the describes JP 2011 155733 A Switchable capacitors and switchable inductors.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Verstellen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises nach Anspruch 9.The present invention provides a system for inductive power transmission from a first power source to a load according to claim 1 and a method for adjusting a resonant frequency of an electric power circuit according to claim 9.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred developments are subject of the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last anzugeben, wobei bei einer Energieübertragung von einem Primärkreis zu einem Sekundärkreis die Verlustleistung dadurch verringert (minimiert) werden kann, dass beide Kreise resonant und möglichst aufeinander abgestimmt betrieben werden, wobei mögliche Abweichungen von den Resonanzfrequenzen durch eine kontinuierlich anpassbare Induktivität und somit durch eine kontinuierlich (stufenlos) anpassbare Resonanzfrequenz (Schwingverhalten) verringert werden.The idea underlying the present invention is to provide a system for inductive energy transfer from a first energy source to a load, wherein the energy loss from a primary circuit to a secondary circuit, the power loss can be reduced (minimized) that both circuits resonant and possible be operated coordinated, with possible deviations from the resonance frequencies by a continuously adjustable inductance and thus by a continuously (continuously) adjustable resonant frequency (vibration behavior) can be reduced.

Erfindungsgemäß umfasst das System zur induktiven Energieübertragung von einer ersten Energiequelle an eine Last einen ersten Schwingkreis mit einer Primärspule und einen ersten Kondensator, welche an die erste Energiequelle angeschlossen sind, sowie einen zweiten Schwingkreis mit einer Sekundärspule und einen zweiten Kondensator, welche an die Last angeschlossen sind, und eine erste Hilfsinduktivität mit einem ersten Kern, welcher eine elektrische Leitung umschließt, die mit dem ersten Schwingkreis oder mit dem zweiten Schwingkreis elektrisch verbunden ist, wobei die erste Hilfsinduktivität an eine zweite Energiequelle angeschlossen ist, und durch Variieren eines Steuerstromes von der zweiten Energiequelle in der ersten Hilfsinduktivität eine erste Resonanzfrequenz des ersten Schwingkreises an eine zweite Resonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises oder die zweite Resonanzfrequenz an die erste Resonanzfrequenz kontinuierlich angleichbar ist, wobei der erste Schwingkreis und der zweite Schwingkreis miteinander induktiv gekoppelt sind.According to the invention, the system for inductive power transmission from a first power source to a load comprises a first resonant circuit having a primary coil and a first capacitor connected to the first power source and a second resonant circuit having a secondary coil and a second capacitor connected to the load and a first auxiliary inductor having a first core enclosing an electrical lead electrically connected to the first resonant circuit or to the second resonant circuit, wherein the first auxiliary inductor is connected to a second energy source, and by varying a control current from the second Energy source in the first auxiliary inductance, a first resonant frequency of the first resonant circuit to a second resonant frequency of the second resonant circuit or the second resonant frequency to the first resonant frequency is continuously gleichgleichbar, wherein the first resonant circuit and d he second resonant circuit are inductively coupled together.

Das System wird vorteilhaft zum induktiven Laden einer Batterie eines Elektrofahrzeugs, in einem solchen verwendet. Die Batterie des Elektrofahrzeugs wird vorteilhaft durch die Last verkörpert und die erste Energiequelle umfasst vorteilhaft einen stationäre Energiequelle, welche vorteilhaft eine Ladestation, insbesondere die Primärspule, mit einem Ladestrom versorgt. Die beiden Schwingkreise werden beim induktiven Laden vorteilhaft beide in Resonanz betrieben (im aneinander abgestimmten Resonanzpunkt). Der erste Kondensator (Resonanzkondensator) wird vorteilhaft mit der Primärspule in Reihe geschaltet und der zweite Kondensator (Resonanzkondensator) wird vorteilhaft mit der Sekundärspule in Reihe geschaltet. Im resonanten Betrieb wird vorteilhaft der induktive Blindwiderstand der Primärspule/Sekundärspule durch den kapazitiven Blindwiderstand des Resonanzkondensators im jeweiligen Schwingkreis kompensiert (bei unabgestimmten Resonanzkreisen erhöhen sich die Blindströme und damit die Verlustleistung, und die gesamte Elektronik muss üblicherweise ebenfalls auf die höheren Ströme ausgelegt werden). Idealerweise entstehen vorteilhaft nur ohmsche Verluste, wenn sich die Blindwiderstände im Resonanzfall vorteilhaft kompensieren. Die zweite Resonanzfrequenz wird vorteilhaft im Vornherein auf die erste Resonanzfrequenz angeglichen, wobei im Idealfall von einer optimalen Positionierung der Sekundärspule im Magnetfeld der Primärspule, in einen idealen Abstand zwischen beiden Spulen, sowie von funktionsfähigen Bauteilen (hinsichtlich Toleranzen, Temperaturabhängigkeit oder Alterserscheinungen der Bauelemente) mit vordefinierten Kenngrößen ausgegangen wird. Bei einer Abweichung von einem dieser Eigenschaften kann sich die zweite Resonanzfrequenz gegenüber der ersten Resonanzfrequenz verändern oder umgekehrt. Durch die Veränderung der Resonanzfrequenz (erste oder zweite) steigt die Verlustleistung im Schwingkreis wegen höherer Blindströme. Durch ein Angleichen der beiden Resonanzfrequenzen aneinander kann vorteilhaft die ursprünglich vorgesehene Effizienz des Systems (Geringhaltung von Verlusten wie für den Idealfall angenommen) beibehalten werden. Die Primärspule und die Sekundärspule verkörpern vorteilhaft Übertragungsspulen und der erste und der zweite Kondensator verkörpern vorteilhaft Kompensationskondensatoren. Das Übertragungssystem umfasst also vorteilhaft Übertragungsspulen und Kompensationskondensatoren, wodurch die Resonanzfrequenz mithilfe einer stufenlos anpassbaren Induktivität einstellbar ist.The system is advantageously used for inductive charging of a battery of an electric vehicle, in such. The battery of the electric vehicle is advantageously embodied by the load and the first energy source advantageously comprises a stationary energy source, which advantageously supplies a charging station, in particular the primary coil, with a charging current. The two oscillating circuits are advantageously both operated in resonance during inductive charging (in the coordinated resonance point). The first capacitor (resonant capacitor) is advantageously connected in series with the primary coil and the second capacitor (resonant capacitor) is advantageous with the Secondary coil connected in series. In resonant operation, the inductive reactance of the primary coil / secondary coil is advantageously compensated by the capacitive reactance of the resonant capacitor in the respective resonant circuit (with untuned resonant circuits, the reactive currents and hence the power dissipation increase, and the entire electronics usually also have to be designed for the higher currents). Ideally, only ohmic losses are advantageously produced if the reactive impedances advantageously compensate each other in the case of resonance. The second resonant frequency is advantageously equalized in the first place to the first resonant frequency, in the ideal case of an optimal positioning of the secondary coil in the magnetic field of the primary coil, in an ideal distance between the two coils, as well as functional components (in terms of tolerances, temperature dependence or aging of the components) predefined characteristics is assumed. In the case of a deviation from one of these properties, the second resonance frequency can change with respect to the first resonance frequency or vice versa. Changing the resonance frequency (first or second) increases the power loss in the resonant circuit due to higher reactive currents. By matching the two resonant frequencies to one another, it is advantageously possible to maintain the originally intended efficiency of the system (assuming losses as assumed for the ideal case). The primary coil and the secondary coil advantageously embody transmission coils and the first and the second capacitor advantageously embody compensation capacitors. The transmission system thus advantageously comprises transmission coils and compensation capacitors, whereby the resonance frequency can be adjusted by means of a continuously adjustable inductance.

Die Variation des Steuerstroms in der ersten Hilfsinduktivität verändert die Kernsättigung des ersten Kerns wenn der Steuerstrom in der Hilfsinduktivität ein Magnetfeld erzeugt, welches den ersten Kern durchdringt. Die Möglichkeit, den Steuerstrom kontinuierlich zu verändern, ermöglicht vorteilhaft auch eine kontinuierliche Veränderung der magnetischen Sättigung des ersten Kerns (kontinuierliche Veränderung des Magnetfelds, welches vom Steuerstrom induziert wird). Durch die Hilfsinduktivität werden somit vorteilhaft keine galvanisch getrennten Leistungsstellglieder und entsprechende Hochvoltbauteile im Resonanzkreis zur Anpassung der Resonanzfrequenz benötigt, wie dies bei schaltbaren Kondensatoren und Induktivitäten der Fall ist. Die Wicklung(en) der Hilfsinduktivität sind vorteilhaft bereits (konstruktiv) durch ihre Isolierung von der ebenfalls isolierten Hochvoltleitung (elektrischen Leitung) galvanisch getrennt.The variation of the control current in the first auxiliary inductance changes the core saturation of the first core when the control current in the auxiliary inductance generates a magnetic field that penetrates the first core. The ability to continuously vary the control current advantageously also allows a continuous change in the magnetic saturation of the first core (continuous change in the magnetic field induced by the control current). The auxiliary inductance thus advantageously no galvanically isolated power actuators and corresponding high-voltage components in the resonant circuit for adjusting the resonant frequency is required, as is the case with switchable capacitors and inductors. The winding (s) of the auxiliary inductance are advantageously already (constructively) by their isolation from the also isolated high-voltage line (electrical line) galvanically isolated.

Die Hilfsinduktivität umfasst vorteilhaft eine Spule mit zumindest einer Wicklung und verkörpert mit anderen Worten eine stufenlos anpassbare Induktivität. Solche anpassbaren Induktivitäten können vorteilhaft im ersten und/oder im zweiten Schwingkreis angeordnet werden, was insbesondere beim bidirektionalen Laden und für einen Betrieb des Systems bei eng vorgegebener Frequenz, um die Resonanzfrequenz feiner einstellen zu können, vorteilhaft ist. Eine Schaltung mit Hilfsinduktivitäten (anpassbaren Induktivitäten) ist vorteilhaft leicht nachrüstbar, etwa mit zweiteiligen Ferritkernen.The auxiliary inductor advantageously comprises a coil with at least one winding and in other words embodies a continuously variable inductance. Such adaptive inductances can advantageously be arranged in the first and / or in the second oscillatory circuit, which is advantageous in particular in the case of bidirectional charging and for operation of the system at a tightly predetermined frequency in order to fine tune the resonant frequency. A circuit with auxiliary inductors (adjustable inductances) is advantageously easy to retrofit, such as with two-piece ferrite cores.

Die elektrische Leitung im Schwingkreis zur Primärspule und/oder zur Sekundärspule umfasst vorteilhaft eine Hochvoltleitung (> 60 V) um die Traktionsbatterie im Elektrofahrzeug laden zu können, welche von sich aus isoliert ist, wodurch vorteilhaft keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen notwendig sind. Der erste Kern wird vorteilhaft als ein klappbarer Kern über die elektrische Leitung herum geklappt oder über diese gestülpt (etwa als Hülse). Die Wicklung der Hilfsinduktivität liegt vorteilhaft außerhalb des Hochvoltkreises (isoliert von diesem) und kann von einem Niedervoltkreis (Steuerstrom) angesteuert werden.The electrical line in the resonant circuit to the primary coil and / or the secondary coil advantageously comprises a high-voltage line (> 60 V) to load the traction battery in the electric vehicle, which is isolated from itself, which advantageously no additional insulation measures are necessary. The first core is advantageously folded as a hinged core over the electrical line around or slipped over this (about as a sleeve). The winding of the auxiliary inductance is advantageously outside the high-voltage circuit (isolated from this) and can be controlled by a low-voltage circuit (control current).

Somit kann vorteilhaft eine unerwünschte Abweichung von der Resonanzfrequenz (erste/zweite) des Schwingkreises (erster und/oder zweiter) bedingt durch etwa Bauteiltoleranzen, Versatz der Spulen, Umgebungseinflüsse oder Materialeigenschaften kompensiert werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft möglich, die jeweilige Resonanzfrequenz soweit zu verstellen, dass eine verbesserte Interoperabilität mit Ladesystemen von Wettbewerbern erreicht werden kann.Thus, advantageously, an undesired deviation from the resonance frequency (first / second) of the resonant circuit (first and / or second) due to component tolerances, offset of the coils, environmental influences or material properties can be compensated. Furthermore, it is advantageously possible to adjust the respective resonant frequency to such an extent that improved interoperability with charging systems can be achieved by competitors.

Des Weiteren kann die Phasenlage zwischen Strom und Spannung an Schaltelementen des ansteuernden Inverters in Phase gebracht werden, wodurch die Schalter weichschaltend betrieben werden können (zero current switching). Dadurch werden die Verlustleistung in den Schaltelementen und die Elektromagnetische-Verträglichkeit (EMV) reduziert.Furthermore, the phase position between current and voltage can be brought into phase on switching elements of the driving inverter, whereby the switches can be operated soft switching (zero current switching). This reduces the power loss in the switching elements and the electromagnetic compatibility (EMC).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfasst der erste Kern einen Ferritkern, welcher an die elektrische Leitung anlegbar ist, wobei die elektrische Leitung von dem ersten Kern und von der ersten Hilfsinduktivität elektrisch isoliert ist.According to a preferred embodiment of the system, the first core comprises a ferrite core which can be applied to the electrical line, the electrical line being electrically insulated from the first core and from the first auxiliary inductance.

Schaltbare Kondensatoren und Induktivitäten sowie deren Ansteuerung sind im Hochvoltkreis verschaltet und müssen hochvoltfest ausgelegt sein (diese sind meist binär dimensioniert mit vielen Stufungen, was aufwendig im Hochvoltkreis zu verschalten ist und meist auf Hochvoltfestigkeit auszulegen ist). Ebenso muss die Aufbau- und Verbindungstechnik hinzugefügt und hochvoltfest sein. Verwendete Hochvoltschalter müssen üblicherweise antiseriell (bei zwei Halbleiterschaltern) geschaltet sein, da diese Wechselstrom schalten müssen. Außerdem müssen diese galvanisch getrennt sein, da sie im Hochvoltkreis liegen. Die erste Hilfsinduktivität ist vorteilhaft gegenüber der elektrischen Leitung (Hochvoltleitung) von sich aus elektrisch isoliert, wobei auch die elektrische Leitung (Hochvoltleitung) vorteilhaft selbst eine Isolierung (Mantel) umfasst. Der erste Kern mit der Hilfsinduktivität wirken auf den Schwingkreis, in welchem diese angeordnet werden, als zur Induktivität des Schwingkreises (Primärspule oder Sekundärspule) vorteilhaft in Reihe geschaltete Induktivität, wobei sich die Induktivitäten der Übertragungsspule im jeweiligen Schwingkreis (Primärspule oder Sekundärspule) und der Hilfsinduktivität vorteilhaft addieren. Hierbei addieren sich vorteilhaft auch die induktiven Blindwiderstände. Der erste Kern, insbesondere der Ferritkern, und die Hilfsinduktivität weisen bei einer festgelegten magnetischen Sättigung des ersten Kerns eine dementsprechende Induktivität (in einem festgelegten Arbeitspunkt) auf, welche beim Vergrößern der Sättigung verringert werden kann. Das Vergrößern der Sättigung erfolgt vorteilhaft durch den Steuerstrom in mehreren Windungen der Hilfsinduktivität, wobei der durch die Windungen (Wicklungen) fließende Steuerstrom die Sättigung vorteilhaft mit höherer Windungszahl stärker beeinflussen kann (Bestromen des Ferritkerns).Switchable capacitors and inductors and their control are interconnected in the high-voltage circuit and must be designed with high-voltage resistance (these are usually binary-dimensioned with many gradations, which is expensive to interconnect in the high-voltage circuit and is usually designed for high-voltage resistance). Likewise, the assembly and connection technology must be added and high-voltage resistant. High-voltage switches used must usually be switched antiserially (with two semiconductor switches), since these must switch alternating current. In addition, they must be galvanically isolated because they are in the high-voltage circuit. The first auxiliary inductance is advantageously electrically isolated from the electrical line (high-voltage line), whereby the electrical line (high-voltage line) advantageously also comprises an insulation (sheath). The first core with the auxiliary inductance act on the resonant circuit in which they are arranged, as the inductance of the resonant circuit (primary coil or secondary coil) advantageously connected in series inductance, wherein the inductances of the transmission coil in the respective resonant circuit (primary coil or secondary coil) and the auxiliary inductance add up favorably. This also advantageously adds the inductive reactances. The first core, in particular the ferrite core, and the auxiliary inductance have a corresponding inductance (at a fixed operating point) at a fixed magnetic saturation of the first core, which inductance can be reduced as the saturation increases. The saturation is advantageously increased by the control current in a plurality of turns of the auxiliary inductance, wherein the control current flowing through the windings (windings) can influence the saturation more advantageously with a higher number of turns (energizing the ferrite core).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfasst dieses eine zweite Hilfsinduktivität mit einem zweiten Kern, welcher die elektrische Leitung umschließt.According to a preferred embodiment of the system, this comprises a second auxiliary inductance with a second core which encloses the electrical line.

Der zweite Kern und die zweite Hilfsinduktivität können vorteilhaft identisch zum ersten Kern und zur ersten Hilfsinduktivität sein, oder sich in Material, Dimension oder Windungszahl und/oder Geometrie unterscheiden. Der erste und/oder der zweite Kern werden vorteilhaft so ausgeformt und dimensioniert, dass ein Strom in der elektrischen Leitung vorteilhaft zu keiner Änderung der Hilfsinduktivität führt. Die erste und/oder die zweite Hilfsinduktivität umfasst vorteilhaft wesentlich mehr Wicklungen als der Stromkreis, den die elektrische Leitung darstellt.The second core and the second auxiliary inductance may advantageously be identical to the first core and the first auxiliary inductance, or differ in material, dimension or number of turns and / or geometry. The first and / or the second core are advantageously formed and dimensioned such that a current in the electrical line advantageously leads to no change in the auxiliary inductance. Advantageously, the first and / or the second auxiliary inductance comprises substantially more windings than the electric circuit that constitutes the electrical line.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems ist die zweite Hilfsinduktivität an die zweite Energiequelle angeschlossen.According to a preferred embodiment of the system, the second auxiliary inductance is connected to the second energy source.

Alternativ dazu kann die zweite Hilfsinduktivität auch an eine eigene (Niedervolt-) Energiequelle angeschlossen sein.Alternatively, the second auxiliary inductance may also be connected to its own (low-voltage) energy source.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems sind die erste Hilfsinduktivität und die zweite Hilfsinduktivität in Reihe geschaltet und gegengepolt, wobei die erste Hilfsinduktivität und die zweite Hilfsinduktivität jeweils eine Spule mit mehreren Windungen umfassen, welche zueinander gegensinnig gewickelt sind.According to a preferred embodiment of the system, the first auxiliary inductance and the second auxiliary inductance are connected in series and counterpoled, wherein the first auxiliary inductor and the second auxiliary inductor each comprise a coil having a plurality of windings which are wound in opposite directions.

Der erste und der zweite Kern können vorteilhaft an derselben elektrischen Leitung, beispielsweise unmittelbar oder mittelbar, hintereinander an einer Zu- oder Rückführung (Ableitung) der elektrischen Leitung von der Übertragungsspule (Primärspule/ Sekundärspule) innerhalb desselben Schwingkreises angeordnet sein. Durch beide Hilfsinduktivitäten wird vorteilhaft derselbe Steuerstrom geleitet, jedoch bezüglich dem Stromverlauf in der elektrischen Leitung zueinander gegengepolt. Mit anderen Worten bewirken der oder die Steuerströme in den Hilfsinduktivitäten zueinander gegenläufige Magnetfeldlinien, wirkend auf die elektrische Leitung und den jeweiligen Kern (erster/zweiter). Die beiden Hilfsinduktivitäten können an die gleiche Stromquelle, vorteilhaft an die zweite Energiequelle, gleichzeitig und gegengepolt angeschlossen werden. Die gegensinnigen Wicklungen weisen vorteilhaft jeweils mehrere Wicklungen, vorzugsweise die gleiche Anzahl von Wicklungen, auf um eine gegenseitig rückkopplungsfreie und leistungsarme Verstelleistung (für die Resonanzfrequenz), wirkend auf den Schwingkreis zu ermöglichen. Bei einer Zu- und Ableitung der Bestromung, von in Reihe geschalteter Hilfsinduktivitäten, ergibt sich zwischen Zu- und Ableitung eine Potentialdifferenz im Strompfad, für vom Strom aus der elektrischen Leitung in den Hilfsinduktivitäten induzierten Spannungen. Diese Potentialdifferenz kann gleich Null werden, wenn die erste und die zweite Hilfsinduktivität eine identische Zahl von Wicklungen bei gleichem Magnetkern umfasst. Die in Reihe geschalteten Hilfsinduktivitäten sind somit vorteilhaft spannungskompensiert. Der erste und der zweite Kern mit den Hilfsinduktivitäten wirken im Schwingkreis gegenüber der elektrischen Leitung und dessen Strom wie ein Trafo. Durch den Strom in der elektrischen Leitung wird in den Hilfsinduktivitäten eine Spannung induziert, welche vom Windungsverhältnis abhängt. Da die Windungszahl der Hilfsinduktivitäten weitaus größer sein kann als die Windungszahl der elektrischen Leitung im Schwingkreis (vorteilhaft nur eine Windung), kann eine hohe Spannung in die Hilfsinduktivitäten induziert werden. Durch zwei gegengewickelte Hilfsinduktivitäten (in Reihe) kann die induzierte Spannung vorteilhaft kompensiert werden. Bei einer gleichen Zahl von Wicklungen in den Hilfsinduktivitäten kann die Spannungsdifferenz in der Zu- und Ableitung (an den Enden der Windungen zueinander) vorteilhaft Null sein.The first and the second core can advantageously be arranged on the same electrical line, for example directly or indirectly, one behind the other at a supply or return (derivation) of the electrical line from the transmission coil (primary coil / secondary coil) within the same resonant circuit. By means of both auxiliary inductors, the same control current is advantageously conducted, but counterpolar to one another with respect to the current profile in the electrical line. In other words, the one or more control currents in the auxiliary inductances cause opposing magnetic field lines acting on the electrical line and the respective core (first / second). The two auxiliary inductances can be connected to the same power source, advantageously to the second power source, simultaneously and counter-clockwise. The opposing windings advantageously each have a plurality of windings, preferably the same number of windings, in order to enable mutually feedback-free and low-power adjustment (for the resonant frequency), acting on the resonant circuit. In the case of supply and discharge of the current supply, of auxiliary inductances connected in series, there is a potential difference in the current path between supply and discharge for voltages induced by the current from the electrical line in the auxiliary inductances. This potential difference may become zero when the first and second auxiliary inductances comprise an identical number of windings with the same magnetic core. The series-connected auxiliary inductors are thus advantageously voltage-compensated. The first and the second core with the auxiliary inductances act in the resonant circuit with respect to the electrical line and its current as a transformer. By the current in the electrical line, a voltage is induced in the auxiliary inductances, which depends on the turns ratio. Since the number of turns of the auxiliary inductors can be far greater than the number of turns of the electrical line in the resonant circuit (advantageously only one turn), a high voltage can be induced in the auxiliary inductances. By two counter-wound auxiliary inductances (in series), the induced voltage can be compensated advantageous. With an equal number of windings in the auxiliary inductances, the voltage difference in the feed and discharge lines (at the ends of the windings to each other) may advantageously be zero.

Vorteilhaft wird umso weniger Steuerstrom zum Anpassen der Resonanzfrequenz benötigt, je mehr Wicklungen auf den Kernen aufgebracht werden, da die magnetische Feldstärke proportional zum Produkt aus Strom und Windungszahl ist.Advantageously, the less control current is needed to adjust the resonant frequency, the more windings are applied to the cores, since the magnetic field strength is proportional to the product of current and number of turns.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems sind die erste Hilfsinduktivität und die zweite Hilfsinduktivität parallel geschaltet und gleichgepolt. According to a preferred embodiment of the system, the first auxiliary inductor and the second auxiliary inductor are connected in parallel and are of the same polarity.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umschließt der erste Kern einen ersten Bereich der elektrischen Leitung und der zweite Kern einen zweiten Bereich der elektrischen Leitung, wobei ein erster Stromfluss in dem ersten Bereich gegenläufig zu einem zweiten Stromfluss in dem zweiten Bereich ist.According to a preferred embodiment of the system, the first core encloses a first region of the electrical line and the second core encloses a second region of the electrical line, wherein a first current flow in the first region is opposite to a second current flow in the second region.

Die erste Hilfsinduktivität kann vorteilhaft auf einer Zuleitung zur Übertragungsspule (erster Bereich) und die zweite Hilfsinduktivität auf einer Ableitung (zweiter Bereich) von der Übertragungsspule im gleichen Schwingkreis angeordnet sein. Der Strom(fluss) durch die beiden Bereiche der elektrischen Leitung ist vorteilhaft zueinander gegenläufig. Die bezüglich einer Ausrichtung des Kerns (erster/zweiter) gegenüber der elektrischen Leitung vorteilhaft gleichsinnig gewickelten und vom Steuerstrom in gleicher Richtung durchflossenen Hilfsinduktivitäten (erste/zweite) werden allerdings bei einer Parallelschaltung über dem ersten und zweiten Bereich vom Strom in diesen Bereichen in unterschiedlichen Richtungen durchflossen, wodurch sich, wie bei den in Reihe geschalteten Induktivitäten, eine Kompensation der in den Hilfsinduktivitäten induzierten Spannungen ergibt.The first auxiliary inductance may advantageously be arranged on a supply line to the transmission coil (first region) and the second auxiliary inductance on a derivative (second region) of the transmission coil in the same resonant circuit. The current (flux) through the two regions of the electrical line is advantageously opposite to each other. The auxiliary inductances (first / second), which are advantageously wound in the same direction with respect to an alignment of the core (first / second) with respect to the electrical line and flowed through in the same direction by the control current, however, become different directions in a parallel connection across the first and second regions from the current in these regions flows through, which, as in the series inductors, a compensation of the induced voltages in the auxiliary inductance results.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Systems umfassen der erste Kern einen Ferrit-E-Kern und die elektrische Leitung einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, wobei der erste Bereich einen ersten Teil des ersten Kerns umwindet und der zweite Bereich einen zweiten Teil des ersten Kerns umwindet und die erste Hilfsinduktivität einen Mittelteil des ersten Kerns umwindet, wobei ein erster Stromfluss in dem ersten Bereich gegenläufig zu einem zweiten Stromfluss in dem zweiten Bereich ist.According to a preferred embodiment of the system, the first core comprises a ferrite E core and the electrical line comprises a first region and a second region, wherein the first region wraps around a first part of the first core and the second region wraps around a second part of the first core and the first auxiliary inductance wraps around a central portion of the first core, wherein a first current flow in the first region is opposite to a second current flow in the second region.

Der Ferritkern kann weiterhin auch andere Formen wie einen Ring, oder eine Hülse oder weitere Formen umfassen. Der erste Teil, der zweite Teil und der Mittelteil können vorteilhaft eine E-Form bilden, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich vorteilhaft von einem Strom mit zueinander unterschiedlichen Richtungen durchflossen werden. Die durch den ersten und zweiten Bereich der elektrischen Leitung in die Teile des E-Kerns eingekoppelten magnetischen Felder kompensieren sich vorteilhaft im Mittelteil. Somit ist die Hilfsinduktivität vorteilhaft keiner induzierten Spannung (durch den Strom in der elektrischen Leitung) ausgesetzt.The ferrite core may further comprise other shapes such as a ring, or a sleeve or other shapes. The first part, the second part and the middle part can advantageously form an E-shape, wherein the first region and the second region are advantageously flowed through by a stream with mutually different directions. The coupled by the first and second portion of the electrical line in the parts of the E-core magnetic fields compensate each other advantageous in the middle part. Thus, the auxiliary inductor is advantageously exposed to no induced voltage (by the current in the electrical lead).

Der Steuerstrom ist vorteilhaft ein Gleichstrom, wobei je nach dessen Vorzeichen eine anders gerichtete Magnetisierung im ersten Kern erzielt werden kann und unterschiedliche Arbeitspunkte (in einer B-H-Hysterese) erreicht werden können.The control current is advantageously a direct current, whereby, depending on its sign, a differently directed magnetization in the first core can be achieved and different operating points (in a B-H hysteresis) can be achieved.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Verstellen einer Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises in einem Verfahrensschritt S1 ein Bereitstellen einer ersten Hilfsinduktivität mit einem ersten Kern an einer elektrischen Leitung, welche mit einem elektrischen Schwingkreis verbunden ist, wobei die erste Hilfsinduktivität an eine zweite Energiequelle angeschlossen ist, wobei der erste Kern die elektrische Leitung umschließt und die elektrische Leitung von dem ersten Kern und von der ersten Hilfsinduktivität elektrisch isoliert ist. In einem Verfahrensschritt S2 erfolgt ein kontinuierliches Variieren eines Steuerstroms von der zweiten Energiequelle in der ersten Hilfsinduktivität, wobei eine erste magnetische Sättigung des ersten Kerns kontinuierlich verändert wird, bis eine vorgegebene erste Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises erreicht wird.According to the invention, in the method for adjusting a resonant frequency of an electrical resonant circuit in a method step S1 providing a first auxiliary inductor having a first core on an electrical lead connected to an electrical oscillatory circuit, the first auxiliary inductor being connected to a second energy source, the first core enclosing the electrical lead and the electrical lead from the first core and is electrically isolated from the first auxiliary inductance. In one process step S2 There is a continuous variation of a control current from the second power source in the first auxiliary inductance, wherein a first magnetic saturation of the first core is changed continuously until a predetermined first resonant frequency of the electrical resonant circuit is reached.

Das Verfahren zeichnet sich vorteilhaft ebenfalls durch die in Verbindung mit dem System beschriebenen Merkmale und deren Vorteile aus und umgekehrt.The method is also advantageously distinguished by the features described in connection with the system and their advantages, and vice versa.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird im Verfahrensschritt S2 der Steuerstrom erhöht, bis eine vollständige erste magnetische Sättigung erzielt wird.According to a preferred embodiment of the method is in the process step S2 the control current increases until a full first magnetic saturation is achieved.

In einer vollständigen magnetischen Sättigung verliert der erste (oder der zweite) Kern seine magnetischen Eigenschaften vorteilhaft vollständig und damit auch seinen induktiven Blindwiderstand. Mit anderen Worten kann der induktive Blindwiderstand des ersten und/oder zweiten Kerns mit der jeweiligen Hilfsinduktivität durch die Höhe des Steuerstroms von einer natürlichen Induktivität der jeweiligen Hilfsinduktivität zu einer geringeren oder keiner Induktivität kontinuierlich verändert werden.In complete magnetic saturation, the first (or second) core advantageously completely loses its magnetic properties, and thus also loses its inductive reactance. In other words, the inductive reactance of the first and / or second core with the respective auxiliary inductance can be changed continuously by the level of the control current from a natural inductance of the respective auxiliary inductance to a smaller or no inductance.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens umfasst der elektrische Schwingkreis einen ersten Schwingkreis mit einer ersten Resonanzfrequenz und einen zweiten Schwingkreis mit einer zweiten Resonanzfrequenz, wobei der erste Schwingkreis mit dem zweiten Schwingkreis induktiv gekoppelt ist, die elektrische Leitung mit dem ersten Schwingkreis oder mit dem zweiten Schwingkreis elektrisch verbunden ist, und im Verfahrensschritt S2 die erste Resonanzfrequenz an die zweite Resonanzfrequenz oder die zweite Resonanzfrequenz an die erste Resonanzfrequenz kontinuierlich angeglichen wird.According to a preferred embodiment of the method, the electrical resonant circuit comprises a first resonant circuit having a first resonant frequency and a second resonant circuit having a second resonant frequency, wherein the first resonant circuit is inductively coupled to the second resonant circuit, the electrical line to the first resonant circuit or to the second resonant circuit electrically connected, and in the process step S2 the first resonant frequency is continuously adjusted to the second resonant frequency or the second resonant frequency to the first resonant frequency.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird im Verfahrensschritt S1 eine zweite Hilfsinduktivität mit einem zweiten Kern bereitgestellt, welcher die elektrische Leitung umschließt und die zweite Hilfsinduktivität an die zweite Energiequelle angeschlossen ist, und wobei im Verfahrensschritt S2 ein kontinuierliches Variieren eines Steuerstroms von der zweiten Energiequelle in der ersten Hilfsinduktivität und in der zweiten Hilfsinduktivität erfolgt, wobei eine erste magnetische Sättigung des ersten Kerns und eine zweite magnetische Sättigung des zweiten Kerns kontinuierlich verändert wird, bis eine vorgegebene erste Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises erreicht wird.According to a preferred embodiment of the method is in the process step S1 a second auxiliary inductance is provided with a second core enclosing the electrical lead and the second auxiliary inductance is connected to the second energy source, and wherein in the method step S2 a continuous variation of a control current from the second energy source in the first auxiliary inductance and in the second auxiliary inductance, wherein a first magnetic saturation of the first core and a second magnetic saturation of the second core is changed continuously until a predetermined first resonant frequency of the electrical resonant circuit is reached ,

Bei der vorgegebenen Resonanzfrequenz handelt es sich um die zum Idealbetrieb mit ideal funktionierenden Bauelementen vorgesehene Resonanzfrequenz.The predetermined resonant frequency is the resonant frequency intended for ideal operation with ideally functioning components.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden im Verfahrensschritt S1 die erste Hilfsinduktivität und die zweite Hilfsinduktivität in Reihe geschaltet und gegengepolt.According to a preferred embodiment of the method are in the process step S1 the first auxiliary inductance and the second auxiliary inductance are connected in series and counterpoled.

Hierbei werden beide Hilfsinduktivitäten gemeinsam an der Zu- oder Ableitung angeordnet.Here, both auxiliary inductors are arranged together at the inlet or outlet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden im Verfahrensschritt S1 die erste Hilfsinduktivität und die zweite Hilfsinduktivität parallel geschaltet und gleichgepolt.According to a preferred embodiment of the method are in the process step S1 the first auxiliary inductance and the second auxiliary inductance are connected in parallel and the same polarity.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden der erste Kern an einem ersten Bereich der elektrischen Leitung und der zweite Kern an einem zweiten Bereich der elektrischen Leitung, innerhalb desselben Schwingkreises angeordnet, wobei ein erster Stromfluss in dem ersten Bereich gegenläufig zu einem zweiten Stromfluss in dem zweiten Bereich geleitet wird.According to a preferred embodiment of the method, the first core is arranged on a first region of the electrical line and the second core on a second region of the electrical line, within the same resonant circuit, wherein a first current flow in the first region is opposite to a second current flow in the second Area is headed.

Hierbei wird eine Hilfsinduktivität an der Zuleitung und die andere Hilfsinduktivität an der Ableitung angeordnet.In this case, an auxiliary inductance is arranged on the supply line and the other auxiliary inductance on the discharge line.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawing.

Es zeigen:

1 eine schematische Anordnung einer ersten und einer zweiten Hilfsinduktivität an einer elektrischen Leitung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Schaltbild eines Systems zur induktiven Energieübertragung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3 ein schematisches Schaltbild eines Systems zur induktiven Energieübertragung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
4 einen schematischen Verlauf einer Hysterese eines ersten Kerns; und
5 eine schematische Anordnung einer ersten und einer zweiten Hilfsinduktivität an einer elektrischen Leitung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1 a schematic arrangement of a first and a second auxiliary inductance on an electrical line according to an embodiment of the present invention;
2 a schematic diagram of an inductive energy transmission system according to an embodiment of the present invention;
3 a schematic diagram of an inductive energy transmission system according to another embodiment of the present invention;
4 a schematic course of a hysteresis of a first core; and
5 a schematic arrangement of a first and a second auxiliary inductance on an electrical line according to an embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.

1 zeigt eine schematische Anordnung einer ersten und einer zweiten Hilfsinduktivität an einer elektrischen Leitung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 1 shows a schematic arrangement of a first and a second auxiliary inductance on an electrical line according to an embodiment of the present invention.

Der erste Kern K1 mit der ersten Hilfsinduktivität LH1 kann, vorteilhaft als Hülse, an der elektrischen Leitung EL angeordnet werden, vorteilhaft über diese gestülpt werden. Die erste Hilfsinduktivität LH1 umfasst eine Spule mit einer Mehrzahl von Wicklungen, welche den ersten Kern K1 teilweise umschließen, und durch welche ein Steuerstrom IST von einer zweiten (Niedervolt-) Energiequelle EQ2 geleitet wird. Der Steuerstrom IST erzeugt ein Magnetfeld, welches die elektrische Leitung EL umgibt. Der erste Kern K1 und die erste Hilfsinduktivität ist von der elektrischen Leitung, vorteilhaft eine Hochvoltleitung, elektrisch isoliert. Hierzu umfasst die elektrische Leitung beispielsweise eine Mantelisolierung, und der erste Kern K1 einen Ferritkern, etwa einen Klappferrit, welcher selbst auch eine Isolierung der Spule umfasst. Durch ein Variieren des Steuerstroms kann die magnetische Sättigung des ersten Kerns K1 und somit die Induktivität der Hilfsinduktivität verändert werden. Des Weiteren ist ein zweiter Kern K2 mit einer zweiten Hilfsinduktivität LH2 an der elektrischen Leitung angeordnet, größtenteils der ersten Hilfsinduktivität LH1 entsprechend, etwa in Art des Kerns und der Spule (Wicklungszahl, Material, Anschluss an EQ2 usw.). Die zweite Hilfsinduktivität LH2 weist eine Spule mit zur ersten Hilfsinduktivität gegensinniger Wicklungsrichtung auf, wobei der Stromkreis für den Steuerstrom ISTdurch die erste Hilfsinduktivität LH1 und durch die zweite Hilfsinduktivität LH2 miteinander verbunden sind, so dass die beiden Hilfsinduktivitäten in Reihe geschaltet sind. Der Stromfluss durch die elektrische Leitung im Bereich des ersten Kerns K1 und im Bereich des zweiten Kerns K2 ist vorteilhaft gleichgerichtet. Eine durch den Strom der elektrischen Leitung in den Wicklungen der ersten Hilfsinduktivität induzierte Spannung ist einer weiteren in den Wicklungen der zweiten Hilfsinduktivität induzierten Spannung gegengerichtet, wobei sich die Spannungen bei gleicher Wicklungszahl vorteilhaft vollständig kompensieren. Beide Hilfsinduktivitäten sind vorteilhaft an die zweite Energiequelle EQ2 angeschlossen.The first core K1 with the first auxiliary inductance LH1 can, advantageously as a sleeve, on the electrical line EL be arranged, advantageously put over this. The first auxiliary inductance LH1 comprises a coil having a plurality of windings which are the first core K1 partially enclose, and by which a control current IS from a second (low voltage) power source EQ2 is directed. The control current IS generates a magnetic field which causes the electrical conduction EL surrounds. The first core K1 and the first auxiliary inductance is electrically isolated from the electrical line, advantageously a high-voltage line. For this purpose, the electrical line comprises, for example, a jacket insulation, and the first core K1 a ferrite core, such as a snap ferrite, which itself also includes insulation of the coil. By varying the control current, the magnetic saturation of the first core K1 and thus the inductance of the auxiliary inductance are changed. Furthermore, there is a second core K2 with a second auxiliary inductance LH2 arranged on the electrical line, mostly the first auxiliary inductance LH1 accordingly, approximately in the manner of the core and the coil (number of turns, material, connection to EQ2 etc.). The second auxiliary inductance LH2 has a coil with opposite to the first auxiliary inductance winding direction, wherein the circuit for the control current IST through the first auxiliary inductance LH1 and by the second auxiliary inductance LH2 connected to each other, so that the two auxiliary inductances are connected in series. The current flow through the electrical line in the region of the first core K1 and in the area of the second core K2 is advantageously rectified. A voltage induced by the current of the electric wire in the windings of the first auxiliary inductance is one directed counter to further induced in the windings of the second auxiliary inductance, wherein the voltages for the same winding number advantageously fully compensate. Both auxiliary inductors are advantageous to the second energy source EQ2 connected.

2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Systems zur induktiven Energieübertragung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic diagram of an inductive energy transmission system according to an embodiment of the present invention.

Das System 1 mit der Anordnung der beiden Hilfsinduktivitäten LH1 und LH2 unterscheidet sich gegenüber der 1 darin, dass die erste Hilfsinduktivität LH1 mit dem ersten Kern K1 an einer Zuleitung EL zur überträgerspule (Primärspule/Sekundärspule) angeordnet und die zweite Hilfsinduktivität LH2 mit dem zweiten Kern K2 an einer Ableitung von der überträgerspule angeordnet sind. Die beiden Spulen in den Hilfsinduktivitäten sind gleichsinnig zueinander gewickelt, weisen vorteilhaft gleiche Wicklungszahlen auf und sind gegenüber der zweiten Energiequelle EQ2 parallel zueinander geschaltet. Die zweite Energiequelle EQ2 kann eine variable Gleichstromquelle (links), eine variable Spannungsquelle (mitte) oder auch eine Spannungsquelle (rechts) mit schaltbaren Stufen (Widerstände) umfassen.The system 1 with the arrangement of the two auxiliary inductances LH1 and LH2 is different from the 1 in that the first auxiliary inductance LH1 with the first core K1 arranged on a supply line EL to the transmission coil (primary coil / secondary coil) and the second auxiliary inductance LH2 with the second core K2 are arranged on a derivative of the transfer coil. The two coils in the auxiliary inductors are wound in the same direction to each other, advantageously have the same number of turns and are opposite to the second energy source EQ2 connected in parallel. The second energy source EQ2 may include a variable DC source (left), a variable voltage source (middle), or a voltage source (right) with switchable stages (resistors).

Die Hilfsinduktivitäten können vorteilhaft in einem zweiten Schwingkreis SK2 mit einer zweiten Resonanzfrequenz FR2 und einem zweiten Kondensator C2 (und etwa auch weiterer Kondensatoren und Widerstände) angeordnet sein, welcher induktiv an einen ersten Schwingkreis SK1 mit einer ersten Resonanzfrequenz FR1 gekoppelt ist. Der erste Schwingkreis SKI ist vorteilhaft an eine erste Energiequelle EQ1, etwa eine Hochvoltquelle, und der zweite Schwingkreis SK2 ist vorteilhaft an eine Last LA angeschlossen, beispielsweise eine Fahrzeug Hochvolt-Batterie. Die erste und die zweite Hilfsinduktivität sind vorteilhaft durch eine gleiche Wicklungszahl und einen Strom in der elektrischen Leitung, welcher im Vergleich der beiden Hilfsinduktivitäten gegenläufig ist, spannungskompensiert betreffend die in den Spulen der Hilfsinduktivitäten induzierten Spannungen. Durch ein Regeln des Steuerstroms IST kann die magnetische Sättigung der beiden Kerne K1 und K2 gleichzeitig verändert werden. Eine solche Anordnung verkörpert eine symmetrische Induktivitätsverstellung in Zu- und Rückleitung (für leistungsarme, rückwirkungsfreie Verstellleistung).The auxiliary inductors can advantageously in a second resonant circuit SK2 with a second resonant frequency FR2 and a second capacitor C2 (And about more capacitors and resistors) may be arranged which inductively to a first resonant circuit SK1 with a first resonant frequency FR1 is coupled. The first resonant circuit SKI is advantageous to a first energy source EQ1 , such as a high-voltage source, and the second resonant circuit SK2 is beneficial to a load LA connected, for example, a vehicle high-voltage battery. Advantageously, the first and the second auxiliary inductance are voltage-compensated by an equal number of turns and a current in the electrical line which is opposite in comparison to the two auxiliary inductances, with respect to the voltages induced in the coils of the auxiliary inductances. By controlling the control current IS can the magnetic saturation of the two nuclei K1 and K2 be changed at the same time. Such an arrangement embodies a symmetrical inductance adjustment in the supply and return line (for low-power, reaction-free adjustment performance).

Wird eine anpassbare Induktivität auf diese Weise symmetrisch in die Zu- und Ableitung eines Resonanzkreises geschaltet, so wird durch die parasitäre Kapazität der Übertragungsspule vorteilhaft keine Gleichspannung in den Fahrzeugunterboden eingekoppelt. Es werden die erste Hilfsinduktivität und die zweite Hilfsinduktivität parallel geschaltet und gleichgepolt.If an adjustable inductance is switched symmetrically in this way in the supply and discharge of a resonant circuit, so is advantageously coupled by the parasitic capacitance of the transmission coil no DC voltage in the vehicle floor. The first auxiliary inductance and the second auxiliary inductance are connected in parallel and the same polarity.

3 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Systems zur induktiven Energieübertragung gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 3 shows a schematic diagram of an inductive energy transmission system according to another embodiment of the present invention.

Das System 1 aus der 3 unterscheidet sich von der Anordnung in der 2 dadurch, dass der erste Kern K1 einen E-Kern umfasst, welcher einen ersten Teil K11 und einen zweiten Teil K12 und einen Mittelteil K1m umfasst, wobei die elektrische Leitung EL mit einem ersten Bereich EL1 den ersten Teil K11 umwindet und mit einem zweiten Bereich EL2 den zweiten Teil K12 umwindet. Der erste Bereich EL1 ist Teil der Zuleitung des Stroms (Hochvolt) zur Überträgerspule, hier der Primärspule L1 oder der Sekundärspule L2 im ersten oder zweiten Schwingkreis SK1 oder SK2. Der zweite Bereich EL2 ist Teil der Ableitung des Stroms von der Überträgerspule und der Strom in EL durchfließt den zweiten Bereich EL2 entgegenläufig zum ersten Bereich EL1, wodurch sich die in den E-Kern eingekoppelten Magnetfelder im Mittelteil K1m kompensieren, wodurch nahezu keine Spannung in der ersten Hilfsinduktivität LH1 im Mittelteil K1m induziert wird. Die beschriebene Anordnung des E-Kerns kann im ersten und/oder im zweiten Schwingkreis realisiert werden.The system 1 from the 3 differs from the arrangement in the 2 in that the first core K1 one e Core comprises, which is a first part K11 and a second part K12 and a middle part K1m includes, wherein the electrical line EL with a first area EL1 the first part K11 wraps around and with a second area EL2 the second part K12 umwindet. The first area EL1 is part of the supply of the current (high voltage) to the transmitter coil, here the primary coil L1 or the secondary coil L2 in the first or second resonant circuit SK1 or SK2 , The second area EL2 is part of the derivative of the current from the transmitter coil and the current in EL flows through the second area EL2 contrary to the first area EL1 , which in the e -Kern coupled magnetic fields in the middle part K1m compensate, causing almost no voltage in the first auxiliary inductance LH1 in the middle part K1m is induced. The described arrangement of e -Kerns can be realized in the first and / or second resonant circuit.

Diese Anordnung erzielt vorteilhaft eine Magnetflusskompensation im Mittelteil des E-Kerns und eine symmetrische Induktivitätsverstellung in Zu- und Rückleitung (für leistungsarme, rückwirkungsfreie Verstellleistung).This arrangement advantageously achieves a magnetic flux compensation in the middle part of the e -Kerns and a symmetrical inductance adjustment in supply and return line (for low-power, reaction-free adjustment).

4 zeigt einen schematischen Verlauf einer Hysterese eines ersten Kerns. 4 shows a schematic course of a hysteresis of a first core.

Es ist eine B-H-Kennlinie eines ersten (oder zweiten) Kerns, insbesondere eines Ferritkerns, für die magnetische Sättigung dessen Materials gezeigt. Je nach magnetischer Sättigung wird ein jeweiliger Arbeitspunkt des Kerns durch die Kennlinie definiert. Je nach Vorzeichen des Steuerstroms verschiebt sich die magnetische Feldstärke H und die magnetische Flussdichte B, wobei eine Hysteresenform für H bei auftretender Magnetisierung auftritt. Gezeigt ist ein Arbeitspunkt AP1 im ursprünglichen Zustand (nahe dem Ursprungspunkt), bei ursprünglicher Induktivität der Hilfsinduktivität, und durch den Steuerstrom erzeugte höhere Magnetisierungen (Sättigungen), je nach Vorzeichen des Steuerstroms als Arbeitspunkt AP2 und AP3. Durch ein Erhöhen des Steuerstroms kann der Ferrit kontinuierlich auf seiner B-H-Kennlinie weg vom Arbeitspunkt AP1 zu den Sättigungspunkten AP2 oder AP2 treiben. Die daraus resultierenden Blindwiderstände der anpassbaren Induktivität ergeben XL=jωL bis XL = 0. Ein bereits geringer Steuerstrom bringt vorteilhaft den Ferrit in seine Sättigung, da die Feldstärke H proportional zum Strom und den aufgebrachten Wicklungen ist. Der Arbeitspunkt des Ferritmaterials verschiebt sich dabei in den waagerechten Ast der B-H-Kennlinie, wo der Ferrit seine induktiven Eigenschaften verliert. Je nach Vorzeichen kann der zweite Arbeitspunkt AP2 oder der dritte Arbeitspunkt AP3 erreicht (gewählt) werden (gemäß den Verfahrensschritten S1, S2).It is a BH characteristic of a first (or second) core, in particular a ferrite core, for the magnetic saturation of its material. Depending on the magnetic saturation, a respective operating point of the core is defined by the characteristic curve. Depending on the sign of the control current, the magnetic field strength shifts H and the magnetic flux density B , where a hysteresis form for H occurs when magnetization occurs. Shown is an operating point AP1 in the original state (near the point of origin), with initial inductance of the auxiliary inductance, and higher magnetizations (saturations) generated by the control current, depending on the sign of the control current as the operating point AP2 and AP3 , By increasing the control current, the ferrite can move continuously on its BH characteristic away from the operating point AP1 to the saturation points AP2 or AP2 float. The resulting reactances of the adaptive inductance give XL = jωL to XL = 0. An already low control current advantageously brings the ferrite into its saturation, since the field strength H is proportional to the current and the applied windings. The operating point of the ferrite material shifts in the horizontal branch of the BH characteristic, where the ferrite loses its inductive properties. Depending on the sign, the second operating point AP2 or the third working point AP3 achieved (selected) (according to the process steps S1 . S2 ).

5 zeigt eine schematische Anordnung einer ersten und einer zweiten Hilfsinduktivität an einer elektrischen Leitung gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. 5 shows a schematic arrangement of a first and a second auxiliary inductance on an electrical line according to an embodiment of the present invention.

Das System 1 der 5 entspricht im Wesentlichen der Anordnung der ersten Hilfsinduktivität LH1 und der zweiten Hilfsinduktivität LH2 aus der 1, wobei in der elektrischen Leitung EL durch eine Schaltereinrichtung SE am ersten Kondensator C1 dieser zum Schwingkreis zugeschaltet werden kann. Die den Steuerstrom IST anpassbaren Induktivitäten LH1 und LH2 können einen zusätzlichen Resonanzkondensator C1 zum Anpassen der Gesamtinduktivität und Resonanzfrequenz im Schwingkreis zugeschaltet bekommen.The system 1 the 5 essentially corresponds to the arrangement of the first auxiliary inductance LH1 and the second auxiliary inductance LH2 from the 1 , wherein in the electrical line EL by a switch device SE on the first capacitor C1 this can be switched to the resonant circuit. The the control current IS customizable inductors LH1 and LH2 can have an additional resonant capacitor C1 get connected to adjust the total inductance and resonant frequency in the resonant circuit.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been fully described above with reference to the preferred embodiments, it is not limited thereto, but is modifiable in a variety of ways.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2011/144289 A3 [0003]
JP 2011155733 A [0003]

Claims

System (1) for inductive energy transmission from a first energy source (EQ1) to a load (LA), comprising - A first resonant circuit (SK1) with a primary coil (L1) and a first capacitor (C1), which are connected to the first power source (EQ1); - A second resonant circuit (SK2) with a secondary coil (L2) and a second capacitor (C2), which are connected to the load (LA); a first auxiliary inductance (LH1) having a first core (K1) enclosing an electrical lead (EL) electrically connected to the first resonant circuit (SK1) or to the second resonant circuit (SK2), the first auxiliary inductor (LH1 ) is connected to a second energy source (EQ2), and by varying a control current (IST) from the second energy source (EQ2) in the first auxiliary inductance (LH1) a first resonant frequency (FR1) of the first resonant circuit (SK1) to a second resonant frequency ( FR2) of the second resonant circuit (SK2) or the second resonant frequency (FR2) to the first resonant frequency (FR1) is continuously equalized, wherein the first resonant circuit (SK1) and the second resonant circuit (SK2) are inductively coupled to each other.

System (1) to Claim 1 in which the first core (K1) comprises a ferrite core which can be applied to the electrical line (EL), the electrical line (EL) being electrically insulated from the first core (K1) and from the first auxiliary inductance (LH1).

System (1) to Claim 1 or 2 comprising a second auxiliary inductor (LH2) having a second core (K2) enclosing the electrical lead (EL).

System (1) to Claim 3 in which the second auxiliary inductance (LH2) is connected to the second energy source (EQ2).

System (1) to Claim 4 wherein the first auxiliary inductance (LH1) and the second auxiliary inductance (LH2) are series-connected and reverse-biased, the first auxiliary inductance (LH1) and the second auxiliary inductance (LH2) each comprising a multi-turn coil wound in opposite directions to each other are.

System (1) to Claim 4 in which the first auxiliary inductance (LH1) and the second auxiliary inductance (LH2) are connected in parallel and are of the same polarity.

System (1) to Claim 6 in which the first core (K1) encloses a first region (EL1) of the electrical line (EL) and the second core (K2) encloses a second region (EL2) of the electrical line (EL), wherein a first current flow (I1) in the first region (EL1) is opposite to a second current flow (12) in the second region (EL2).

System (1) according to one of Claims 1 to 7 in which the first core (K1) comprises a ferrite E core and the electrical line (EL) comprises a first region (EL1) and a second region (EL2), the first region (EL1) comprising a first part (K11) of the first core (K1) and the second region (EL2) winds around a second part (K12) of the first core (K1) and the first auxiliary inductance (LH1) winds around a middle part (K1m) of the first core (K1) Current flow (I1) in the first region (EL1) is opposite to a second current flow (12) in the second region (EL2).

Method for adjusting a resonance frequency (FR1, FR2) of an electrical oscillating circuit (SKI, SK2) comprising the steps: S1) providing a first auxiliary inductance (LH1) having a first core (K1) on an electrical lead (EL) connected to an electrical resonant circuit (SKI; SK2), the first auxiliary inductor (LH1) being connected to a second energy source (EQ2 the first core (K1) enclosing the electrical lead (EL) and the electrical lead (EL) being electrically isolated from the first core (K1) and from the first auxiliary inductance (LH1); and S2) continuously varying a control current (IST) from the second energy source (EQ2) in the first auxiliary inductance (LH1), wherein a first magnetic saturation of the first core (K1) is continuously changed until a predetermined first resonant frequency (FR1; FR2) of the first electrical oscillating circuit (SKI, SK2) is achieved.

Method according to Claim 9 in which, in method step S2, the control current (IST) is increased until a complete first magnetic saturation is achieved.

Method according to Claim 9 or 10 in which the electrical oscillating circuit (SKI; SK2) comprises a first oscillating circuit (SK1) with a first resonant frequency (FR1) and a second oscillating circuit (SK2) with a second resonant frequency (FR2), wherein the first oscillating circuit (SK1) is connected to the second resonant circuit (SK1) Oscillating circuit (SK2) is inductively coupled, the electrical line (EL) with the first resonant circuit (SK1) or with the second resonant circuit (SK2) is electrically connected, and in step S2, the first resonant frequency (FR1) to the second resonant frequency (FR2) or the second resonance frequency (FR2) is continuously adjusted to the first resonance frequency (FR1).

Method according to one of Claims 9 to 11 in which, in method step S1, a second auxiliary inductance (LH2) is provided with a second core (K2) which encloses the electrical line (EL) and the second auxiliary inductance (LH2) is connected to the second energy source (EQ2), and wherein Method step S2 is a continuous variation of a control current (IST) from the second energy source (EQ2) in the first auxiliary inductance (LH1) and in the second auxiliary inductance (LH2), wherein a first magnetic saturation (H1) of the first core (K1) and a second magnetic saturation of the second core (K2) is continuously changed until a predetermined first resonance frequency (FR1, FR2) of the electrical oscillation circuit (SKI, SK2) is reached.

Method according to Claim 12 in which, in method step S1, the first auxiliary inductance (LH1) and the second auxiliary inductance (LH2) are connected in series and counterpoled.

Method according to Claim 12 in which, in method step S1, the first auxiliary inductance (LH1) and the second auxiliary inductance (LH2) are connected in parallel and polarized in the same direction.

Method according to Claim 14 in which the first core (K1) is connected to a first area (EL1) of the electrical line (EL) and the second core (K2) to a second area (EL2) of the electrical line (EL) within the same resonant circuit (SKI; SK2 ), wherein a first current flow (I1) in the first region (EL1) is conducted in opposite directions to a second current flow (12) in the second region (EL2).