DE102021212549A1

DE102021212549A1 - Transformatoreinrichtung und Synchronmaschine

Info

Publication number: DE102021212549A1
Application number: DE102021212549.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Kozlowski; Penyo Topalov; Philipp Zimmerschied
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-11
Also published as: WO2023078669A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Datenübertragung zwischen einer Sekundärseite (3) einer Transformatoreinrichtung (1), die zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer Gleichspannungsquelle (4) zu einem Verbraucher (11) dient, und einer Primärseite (2) der Transformatoreinrichtung (1).Daten, die von der Sekundärseite (3) auf die Primärseite (2) übertragen werden sollen, werden auf der Sekundärseite (3) durch Modulation einer sekundärseitigen Resonanzfrequenz kodiert, und auf der Primärseite (2) wird ein primärseitiger Parameter, der mit der sekundären Resonanzfrequenz korreliert, überwacht und dekodiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transformatoreinrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine. Die Erfindung betrifft ferner eine mit einer derartigen Transformatoreinrichtung ausgestattete induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Sekundärseite einer Transformatoreinrichtung, die zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer Gleichspannungsquelle auf einen Verbraucher dient, und einer Primärseite der Transformatoreinrichtung.
Eine Synchronmaschine ist eine rotierende elektrische Maschine, in der während des Betriebs ein Rotor oder Läufer synchron mit einem Drehfeld eines Stators oder Ständers rotiert bzw. läuft. In der Regel kann eine Synchronmaschine als Motor oder Generator betrieben werden. Bei einer elektrisch erregten oder fremderregten Synchronmaschine wird außerdem am Rotor ein Magnetfeld elektrisch erzeugt. Hierbei kommt zumindest eine Rotorspule zum Einsatz, die zum Erzeugen des rotorseitigen Magnetfelds mit elektrischer Energie, insbesondere in Form von Gleichstrom, versorgt werden muss. Bei einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine erfolgt die Zuführung der elektrischen Energie zur jeweiligen Rotorspule bürstenlos, nämlich mittels Induktion. Eine induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine entspricht dabei einer bürstenlosen fremderregten elektrischen Synchronmaschine.
Eine derartige Synchronmaschine ist zum Beispiel aus der EP 2 869 316 A1 bekannt und umfasst einen Rotor, der eine Rotorspule zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds und eine sekundäre Transformatorspule zur Versorgung der Rotorspule mit elektrischer Energie aufweist. Die Synchronmaschine weist außerdem einen Stator auf, an dem der Rotor um eine Rotationsachse drehbar gelagert ist und der eine Statorspule zum Erzeugen eines magnetischen Statorfelds sowie eine primäre Transformatorspule zum induktiven Übertragen von elektrischer Energie auf die sekundäre Transformatorspule aufweist. Die primäre und sekundäre Transformatorspule bilden dabei einen Drehtransformator und sind Bestandteile einer Transformatoreinrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie.
Bei einer derartigen induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine besteht ein Bedürfnis, Daten, wie zum Beispiel Steuerbefehle, vom Stator auf den Rotor zu übertragen, beispielsweise um die Bestromung der Rotorspule zu steuern bzw. zu regeln. Hierzu ist bei der aus der vorstehend genannten EP 2 869 316 A1 bekannten Synchronmaschine ein Kommunikationspfad vorgesehen, der die gewünschte Datenübertragung vom Stator zum Rotor ermöglicht. Hierbei kommt ein weiterer, zusätzlicher Drehtransformator zum Einsatz, dessen Primärspule statorseitig mit einem Modulator oder Treiber gekoppelt ist und dessen Sekundärspule rotorseitig mit einem Demodulator gekoppelt ist. Hierdurch wird eine induktive Signalübertragung bzw. Datenübertragung vom Stator auf den Rotor ermöglicht. Die Bereitstellung eines derartigen, zusätzlichen rotierenden Transformators ist mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden. Außerdem ist die Signalübertragung über einen derartigen zusätzlichen Drehtransformator im Umfeld einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine relativ starken Störungen ausgesetzt. Entsprechendes gilt auch für andere Wege der drahtlosen Kommunikation, wie zum Beispiel eine Funkstrecke. Dies gilt umso mehr für Synchronmaschinen hoher Leistung.
Darüber hinaus besteht bei modernen induktiv elektrisch erregten Synchronmaschinen ein Bedürfnis für eine umgekehrte Datenübertragung, also für eine Übertragung von Daten vom Rotor auf den Stator. Beispielsweise ist der in der Rotorspule tatsächlich fließende Strom für ein statorseitiges Steuergerät von erhöhter Bedeutung, um die Synchronmaschine steuern zu können. Herkömmliche Kommunikationswege sind, wie am vorstehend genannten Beispiel gezeigt, aufwändig und störanfällig.
Die Kommunikation zwischen Primärseite und Sekundärseite ist dabei nicht nur bei einem rotierenden Transformator oder Drehtransformator, wie er beispielsweise bei einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine vorliegt, von Interesse, sondern grundsätzlich bei jeder beliebigen Transformatoreinrichtung zur Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Gleichspannungsquelle und einem elektrischen Verbraucher. Derartige Transformatoreinrichtungen können dabei rotierende Transformatoren sowie stationäre Transformatoren umfassen. Beispielsweise kann eine induktiv arbeitende Ladeeinrichtung mit einer derartigen Transformatoreinrichtung ausgestattet sein.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Transformatoreinrichtung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Gleichspannungsquelle und einem Verbraucher sowie insbesondere für eine damit ausgestattete induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine einen Weg aufzuzeigen, der eine Datenübertragung zumindest von der Sekundärseite auf die Primärseite ermöglicht und der sich mit vergleichsweise geringem Aufwand realisieren lässt und der sich insbesondere durch eine reduzierte Störanfälligkeit auszeichnet, wobei außerdem eine Beeinträchtigung der Energieübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite vermieden werden soll.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die sekundärseitigen Daten mittels Frequenzmodulation zu übertragen, wobei hierfür die sekundärseitige Resonanzfrequenz moduliert wir. Da innerhalb der Transformatoreinrichtung die Primärseite und die Sekundärseite ein elektromagnetisch gekoppeltes Schwingungssystem bilden, wirkt sich eine Veränderung der sekundären Resonanzfrequenz auf das gesamte Schwingungssystem und somit auch auf die Primärseite aus. Somit existiert zumindest ein primärseitiger Parameter, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert. Erfindungsgemäß wird nun dieser primäre Parameter auf der Primärseite überwacht, wodurch es möglich ist, auf die sekundäre Resonanzfrequenz aufmodulierte Daten primärseitig aus dem primären, mit der sekundären Resonanzfrequenz korrelierten Parameter zu demodulieren.
Im Einzelnen schlägt die Erfindung eine Transformatoreinrichtung vor, die eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist. Die Primärseite weist eine Gleichspannungsquelle, einen Wechselrichter, eine primäre Kompensationseinrichtung und eine primäre Transformatorspule auf. Die Sekundärseite weist eine sekundäre Transformatorspule, eine sekundäre Kompensationseinrichtung, einen Gleichrichter und einen elektrischen Verbraucher auf. Im vorliegenden Zusammenhang werden die unbestimmten Artikel „eine, einer, einen“ generisch verstanden, nämlich als „wenigstens eine, wenigstens einer, wenigstens einen“. Dementsprechend können auf der Primärseite beispielsweise mehrere Gleichspannungsquellen vorhanden sein. Analog dazu können auf der Sekundärseite beispielsweise mehrere Verbraucher vorhanden sein. Außerdem sind im vorliegenden Zusammenhang die Begriffe „primär“ und „primärseitig“ identisch zu verstehen, ebenso wie die Begriffe „sekundär“ und „sekundärseitig“.
Der mit dem Gleichrichter verbundene elektrische Verbraucher ist zweckmäßig derart ausgestaltet, dass er mit Gleichstrom bzw. Gleichspannung zu betreiben ist.
Der Wechselrichter ist mit seiner Eingangsseite an die Gleichspannungsquelle angeschlossen und ist mit seiner Ausgangsseite über die primäre Kompensationseinrichtung an die primäre Transformatorspule angeschlossen. Die primäre Kompensationseinrichtung ist dabei in üblicher Weise so auf die primäre Transformatorspule abgestimmt, dass Blindanteile im primärseitigen Wechselstrom kompensiert werden. Ferner bilden die primäre Kompensationseinrichtung und die primäre Transformatorspule einen primären Schwingkreis, der eine primäre Resonanzfrequenz besitzt. Der Wechselrichter wird für eine optimale Energieübertragung mit der primären Resonanzfrequenz getaktet, so dass die vom Wechselrichter erzeugte Wechselspannung diese primäre Resonanzfrequenz besitzt.
Des Weiteren ist der Gleichrichter mit seiner Eingangsseite über die sekundäre Kompensationseinrichtung an die sekundäre Transformatorspule angeschlossen und mit seiner Ausgangsseite an den Verbraucher angeschlossen. Auch hier sind die sekundäre Kompensationseinrichtung und die sekundäre Transformatorspule so aufeinander abgestimmt, dass die Blindanteile im sekundärseitigen Wechselstrom kompensiert werden. Ebenso bilden die sekundäre Kompensationseinrichtung und die sekundäre Transformatorspule einen sekundären Schwingkreis, der eine sekundäre Resonanzfrequenz besitzt. Für eine optimale Energieübertragung ist die sekundäre Resonanzfrequenz üblicherweise gleich der primären Resonanzfrequenz gewählt. Die primäre und sekundäre Resonanzfrequenz definieren die Eigenresonanzfrequenz des durch die Transformatoreinrichtung gebildeten Schwingungssystems.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die sekundäre Kompensationseinrichtung variabel auszugestalten, dahingehend, dass die Kompensation hinsichtlich der sekundärseitigen Resonanzfrequenz veränderbar ist. Wie vorstehend erläutert, kann durch ein Verändern der sekundärseitigen Resonanzfrequenz das Schwingungssystem verstimmt werden, was sich auf die Primärseite auswirkt und dort anhand wenigstens eines primärseitigen Parameters detektiert werden kann, der dementsprechend mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert.
Für die gewünschte Kommunikation der Sekundärseite mit der Primärseite kann die Sekundärseite eine sekundäre Kommunikationseinrichtung aufweisen, die sekundärseitige Daten gemäß einem vorbestimmten Code kodiert und die mit der sekundären Kompensationseinrichtung gekoppelt ist und diese in Abhängigkeit der kodierten Daten zum Verändern der sekundären Resonanzfrequenz ansteuert. Die Ansteuerung erfolgt dabei so, dass eine zeitliche Abfolge veränderter sekundärer Resonanzfrequenzen die kodierten Daten repräsentiert. Die Daten sind dadurch als Frequenzmodulation auf die sekundäre Resonanzfrequenz aufmoduliert. Die Primärseite ist nun mit einer primären Kommunikationseinrichtung ausgestattet, die einen messbaren primärseitigen Parameter, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert, überwacht und dabei die kodierten Daten erkennt und diese gemäß dem Code dekodiert. Durch die Korrelation zwischen der sekundärseitigen Resonanzfrequenz und dem primärseitigen Parameter wird die Frequenzmodulation der sekundären Resonanzfrequenz über die Transformatorspulen von der Sekundärseite auf die Primärseite übertragen und dort in dem primärseitigen Parameter als Frequenzmodulation detektierbar, die dann in üblicher Weise demoduliert bzw. decodiert werden kann.
Bei der hier vorgestellten erfindungsgemäßen Transformatoreinrichtung kommuniziert die Sekundärseite somit über den Energieübertragungspfad, nämlich über das Schwingungssystem aus primärer und sekundärer Transformatorspule mit der Primärseite, so dass ein zusätzlicher Übertragungspfad, beispielsweise in Form eines zusätzlichen Transformators, nicht erforderlich ist. Dabei hat sich gezeigt, dass bereits eine vergleichsweise geringe Änderung der sekundären Resonanzfrequenz ausreicht, um den primären Parameter signifikant zu verändern, was eine sichere Signalübertragung ermöglicht. Ferner hat sich gezeigt, dass derartige geringe Verstimmungen des Schwingungssystems keine wesentliche Beeinträchtigung der Energieübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite zur Folge hat. Des Weiteren ist diese Frequenzmodulation weitgehend unanfällig für die sonstigen üblichen Störeinflüsse, denen die Transformatoreinrichtung ausgesetzt ist, insbesondere innerhalb der elektromagnetischen Schwingungen des Schwingungssystems der Transformatoreinrichtung.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Primärseite eine Phasenmesseinrichtung aufweisen, die eine Phasenverschiebung zwischen Wechselstrom und Wechselspannung auf der Primärseite, z.B. am Wechselrichter, ermittelt, wobei die primäre Kommunikationseinrichtung mit der Phasenmesseinrichtung gekoppelt ist und die Phasenverschiebung als primärseitigen Parameter, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert, überwacht. Diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, dass eine Veränderung der sekundärseitigen Resonanzfrequenz primärseitig zu einer Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom führt. An sich korreliert die messbare Phasenverschiebung mit der Abweichung zwischen der Ansteuerfrequenz des Wechselrichters und der Eigenresonanzfrequenz des Systems, die ihrerseits durch die Resonanzfrequenzen der Primärseite und der Sekundärseite ergibt. Letztlich korreliert dadurch diese Phasenverschiebung mit der sekundären Resonanzfrequenz, so dass die Frequenzmodulation der sekundären Resonanzfrequenz zu einer damit korrelierenden Frequenzmodulation der primärseitigen Phasenverschiebung führt. Somit lassen sich die über die sekundäre Resonanzfrequenz in das Schwingungssystem einmodulierten Daten primärseitig aus der Phasenverschiebung demodulieren.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Primärseite eine Frequenzregeleinrichtung aufweisen, die eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung auf der Primärseite durch Anpassen der Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom ausregelt. Die Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom wird durch den Wechselrichter vorgegeben. Durch eine Kopplung der Frequenzregeleinrichtung mit dem Wechselrichter lässt sich der Wechselrichter zum Anpassen der Frequenz ansteuern, dahingehend, dass eine festgestellte Phasenverschiebung ausgeregelt wird, so dass in der Folge Strom und Spannung primärseitig wieder synchron schwingen. Eine derartige Frequenzregeleinrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, um das Schwingungssystem an sich ändernde Betriebsbedingungen, wie z.B. die Temperatur, und an Alterungserscheinungen der elektronischen Komponenten anzupassen.
Die primäre Kommunikationseinrichtung kann nun mit der Frequenzregeleinrichtung und/oder mit dem Wechselrichter gekoppelt sein und die Anpassung der Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom als primärseitigen Parameter, der mit der sekundären Resonanzfrequenz korreliert, überwachen. Wie vorstehend erläutert, führt eine Veränderung der sekundären Resonanzfrequenz dazu, dass sich auf der Primärseite eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung einstellt. Dementsprechend korreliert die Phasenverschiebung mit der sekundären Resonanzfrequenz. Durch die Frequenzregeleinrichtung wird eine derartige Phasenverschiebung ausgeregelt. Diese Anpassung der Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom korreliert demnach mit der Phasenverschiebung und demnach mit der sekundären Resonanzfrequenz. Die Anpassung der Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom kann durch die Steuerbefehle der Frequenzregeleinrichtung an den Wechselrichter oder durch die vom Wechselrichter aufgrund der Steuerbefehle geänderte Taktung sowie auch durch die letztlich messbare Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom repräsentiert werden. Die Frequenzanpassung, die zugehörigen Steuersignale und die Taktung bw. Ansteuerfrequenz repräsentieren primärseitige messbare Parameter, die mit der sekundären Resonanzfrequenz korrelieren. Demnach kann die primäre Kommunikationseinrichtung mit der Frequenzregeleinrichtung zum Überwachen der Steuersignale oder mit dem Wechselrichter zur Überwachung der Taktung oder alternativ mit einer Frequenzmesseinrichtung zum Messen der Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom zur Überwachung dieser Frequenz gekoppelt sein.
Die sekundäre Transformatorspule besitzt eine Impedanz. Die darauf abgestimmte sekundäre Kompensationseinrichtung besitzt eine dazu passende Kapazität. Hierdurch bilden die sekundäre Transformatorspule und die sekundäre Kompensationseinrichtung einen Schwingkreis, der eine Resonanzfrequenz besitzt, die hier als sekundäre Resonanzfrequenz bezeichnet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann nun vorgesehen sein, dass die sekundäre Kompensationseinrichtung einen variablen Kondensator aufweist, bei dem wenigstens zwei verschiedenen Kapazitäten elektronisch einstellbar sind. Alternativ dazu kann die sekundäre Kompensationseinrichtung wenigstens zwei invariable Kondensatoren aufweisen, die parallelgeschaltet sind und von denen der eine elektronisch aktivierbar und deaktivierbar ist, während der andere permanent aktiv ist. Beispielsweise kann die sekundäre Kompensationseinrichtung einen elektronischen Schalter, wie z.B. einen Transistor, aufweisen, der mit der sekundären Kommunikationseinrichtung gekoppelt ist, so dass die sekundäre Kommunikationseinrichtung über diesen Schalter den schaltbaren Kondensator aktiviert und deaktiviert, um so die sekundäre Resonanzfrequenz zu verändern. Durch Verändern der Kapazität der sekundären Kompensationseinrichtung verändert sich die Resonanzfrequenz des Schwingkreises aus Kompensationseinrichtung und Transformatorspule.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Code ein Binärcode. Die sekundäre Kompensationseinrichtung ist dann so konfiguriert, dass damit zwei verschiedene sekundärseitige Resonanzfrequenzen einstellbar sind. Der Binärcode wird mit Nullen „0“ und Einsen „1“ gebildet. Die eine Resonanzfrequenz definiert dann die „0“ des Binärcodes, während die andere Resonanzfrequenz dann die „1“ des Binärcodes bildet. Mit Hilfe einer binären Modulation lassen sich die gewünschten Daten sicher übertragen.
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform schlägt vor, dass die sekundäre Kompensationseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie die sekundäre Resonanzfrequenz nur in einem Bereich kleiner als 1 % verändern kann. Ebenso ist denkbar, dass die sekundäre Resonanzfrequenz nur in einem Bereich kleiner als 1 % veränderbar ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Verstimmung des Schwingungssystems so klein ist, dass sich die Signalübertragung nicht oder nicht wesentlich auf die Energieübertragung auswirkt.
Die sekundärseitigen Daten können beispielsweise Werte für den sekundärseitigen Strom und/oder für die sekundärseitige Spannung und/oder für eine Temperatur wenigstens einer sekundärseitigen Komponente enthalten oder repräsentieren.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Sekundärseite eine sekundärseitige Frequenzerfassungseinrichtung zum Erfassen der aktuellen Frequenz in der sekundärseitigen Wechselspannung bzw. im sekundärseitigen Wechselstrom aufweisen. Nachfolgend wird zur vereinfachten Darstellung nur auf die Stromfrequenz abgestellt; es ist klar, dass entsprechendes auch für die Spannungsfrequenz gilt. Die primärseitige Kommunikationseinrichtung kann nun so konfiguriert sein, dass sie primärseitige Daten gemäß einem vorbestimmten Code kodiert. Ferner kann die primärseitige Kommunikationseinrichtung mit dem Wechselrichter gekoppelt sein und diesen in Abhängigkeit der kodierten Daten zum Verändern der Taktung bzw. der Ansteuerfrequenz des Wechselrichters und somit der Frequenz der primärseitigen Wechselspannung ansteuern, so dass eine zeitliche Abfolge veränderter Frequenzen in der primärseitigen Wechselspannung die kodierten Daten repräsentiert. Die sekundärseitige Kommunikationseinrichtung kann nun mit der sekundärseitigen Frequenzerfassungseinrichtung gekoppelt sein und die Frequenz in der sekundärseitigen Wechselspannung überwachen und dadurch die kodierten Daten erkennen und diese gemäß dem Code dekodieren. Die Frequenz in der sekundärseitigen Wechselspannung entspricht immer der Frequenz in dre primärseitigen Wechselspannung. Wird über eine entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters die Taktung und somit die Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung verändert, erfolgt dadurch quasi gleichzeitig eine entsprechende Veränderung der Frequenz in der sekundärseitigen Wechselspannung. Üblicherweise erfolgt die Taktung des Wechselrichters hinsichtlich der Resonanzfrequenz des Schwingungssystems, die der sekundärseitigen Kommunikationsseinrichtung bekannt ist, so dass diese jede Abweichung von dieser Resonanzfrequenz erkennen und auswerten kann.
Durch diese Ausführungsform wird ein Kommunikationspfad in der Gegenrichtung realisiert, also von der Primärseite zur Sekundärseite. Auf diese Weise können beispielsweise Steuerbefehle oder dergleichen übermittelt werden. Auch hier wird das zur Energieübertragung vorgesehene Schwingungssystem der Transformatoreinrichtung für die Datenübertragung genutzt. Der apparative Aufwand zur Realisierung einer derartigen Kommunikation ist entsprechend gering.
Eine erfindungsgemäße induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine weist einen Stator, einen Rotor und eine Transformatoreinrichtung der vorstehend beschriebenen Art auf. Der Stator weist eine Statorsteuereinrichtung auf. Der Rotor ist am Stator um eine Rotationsachse drehbar gelagert und weist eine daran angeordnete Rotorsteuereinrichtung auf. Die Primärseite der Transformatoreinrichtung ist am Stator angeordnet, während die Sekundärseite der Transformatoreinrichtung am Rotor angeordnet ist. Ferner ist die primärseitige Kommunikationseinrichtung mit der Statorsteuereinrichtung elektrisch verbunden, während die sekundärseitige Kommunikationseinrichtung mit der Rotorsteuereinrichtung elektrisch verbunden ist. Mit Hilfe der Transformatoreinrichtung wird somit eine Kommunikation zwischen der Rotorsteuereinrichtung und der Statorsteuereinrichtung ermöglicht. Somit kann beispielsweise die Rotorsteuereinrichtung den aktuellen Strom oder andere relevante Daten des Rotors über die Transformatoreinrichtung auf die Statorsteuereinrichtung übertragen, die diese dann insbesondere zum Steuern und Regeln der Synchronmaschine nutzen kann. Die Synchronmaschine ist bevorzugt als Antriebsmotor oder Traktionsmotor für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet, der insbesondere eine elektrische Leistung von 100kW bis 240 kW, bevorzugt von 120 kW bis 160 kW, besonders bevorzugt von etwa 140 kW, aufnehmen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Verbraucher der Transformatoreinrichtung eine Rotorspule zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds aufweisen. Die Transformatoreinrichtung dient in diesem Fall zur Versorgung der Rotorspule mit elektrischer Energie und kann gleichzeitig auch die Rotorsteuereinrichtung mit elektrischer Energie versorgen.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist der Rotor eine Rotorspule auf und die Synchronmaschine ist mit einer Hauptenergieversorgung zur induktiven Übertragung elektrischer Energie auf die Rotorspule ausgestattet. In diesem Fall bildet die Transformatoreinrichtung der vorstehend beschriebenen Art innerhalb der Synchronmaschine eine Hilfsenergieversorgung, die elektrische Energie induktiv zur Rotorsteuereinrichtung überträgt. In diesem Fall weist der Verbraucher die Rotorsteuereinrichtung auf oder ist durch diese gebildet. Bei dieser Ausführungsform der Synchronmaschine wird der Hilfsenergieübertragungspfad, der die Rotorsteuereinrichtung mit elektrischer Energie versorgt, zur Datenübertragung genutzt. Der Hauptenergieübertragungspfad, der die Rotorspule mit elektrischer Energie versorgt, bleibt davon unberührt. Durch die großen Unterschiede im Spannungsniveau an der Rotorspule einerseits und an der Rotorsteuereinrichtung andererseits kann es zweckmäßig und kostengünstiger sein, für die Rotorsteuereinrichtung eine separate Hilfsenergieversorgung vorzusehen, die dann zweckmäßig durch die Transformatoreinrichtung der vorstehend beschriebenen Art gebildet ist und gleichzeitig zur zuverlässigen bzw. sicheren Datenübertragung genutzt werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Sekundärseite einer Transformatoreinrichtung, die zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer Gleichspannungsquelle zu einem Verbraucher dient, und einer Primärseite der Transformatoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass Daten, die von der Sekundärseite auf die Primärseite übertragen werden sollen, auf der Sekundärseite durch Modulation einer sekundärseitigen Resonanzfrequenz kodiert werden, und dadurch, dass ein primärseitiger Parameter, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert, auf der Primärseite überwacht und dekodiert wird. Die Modulation der sekundärseitigen Resonanzfrequenz führt zu einer Verstimmung des Schwingungssystems und hat auf der Primärseite eine Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung zur Folge. Diese Phasenverschiebung besitzt dadurch dieselbe Modulation wie die sekundärseitige Resonanzfrequenz und kann dementsprechend zum Demodulieren der Daten genutzt werden. Sofern primärseitig eine Frequenzregeleinrichtung vorhanden ist, die eine Phasenschiebung zwischen Spannung und Strom durch Anpassen der Taktung bzw. Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung ausregelt, kann auch diese Regelaktivität der Frequenzregeleinrichtung zum Erkennen der kodierten Signale genutzt werden, ebenso wie die Änderungen der Taktung des Wechselrichters und die Frequenzänderungen selbst in der primärseitigen Wechselspannung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann beim Verfahren außerdem vorgesehen sein, dass Daten, die von der Primärseite auf die Sekundärseite übertragen werden sollen, auf der Primärseite durch Modulation der Frequenz der primärseitigen Wechselspannung bzw. des primärseitigen Wechselstroms kodiert werden, wobei auf der Sekundärseite die Frequenz der sekundärseitigen Wechselspannung bzw. des sekundärseitigen Wechselstroms überwacht und dekodiert wird.
Nachfolgend wird zur vereinfachten Darstellung wieder nur auf die Stromfrequenz abgestellt; es ist klar, dass entsprechendes auch für die Spannungsfrequenz gilt. Auch hier wird die Kommunikation in der Gegenrichtung, also von der Primärseite auf die Sekundärseite durchgeführt. In diesem Fall wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die Wechselspannung auf der Sekundärseite mit derselben Frequenz schwingt wie die Wechselspannung auf der Primärseite. Eine Modulation der Frequenz der primären Wechselspannung, die beispielsweise durch eine entsprechende Modulation der Taktung des Wechselrichters herbeigeführt werden kann, führt dann zu einer entsprechenden Modulation der Frequenz in der sekundärseitigen Wechselspannung, die dann auf geeignete Weise erkannt und ausgewertet werden kann, um die Daten zu dekodieren.
Die vorstehend zur Transformatoreinrichtung sowie zur Synchronmaschine vorgestellten unterschiedlichen Ausführungsformen lassen sich auf entsprechende Weise auch beim hier vorgestellten Verfahren realisieren, wobei dann die diesbezüglichen Vorrichtungsmerkmale durch damit korrespondierende Verfahrensmerkmale realisiert werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vorstehend genannte und nachfolgend noch zu nennende Bestandteile einer übergeordneten Einheit, wie z.B. einer Einrichtung, einer Vorrichtung oder einer Anordnung, die separat bezeichnet sind, können separate Bauteile bzw. Komponenten dieser Einheit bilden oder integrale Bereiche bzw. Abschnitte dieser Einheit sein, auch wenn dies in der Zeichnung anders dargestellt ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Die einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Transformatoreinrichtung.
Entsprechend 1 umfasst eine Transformatoreinrichtung 1 eine Primärseite 2 und eine Sekundärseite 3. Die Primärseite 2 weist eine Gleichspannungsquelle 4, einen Wechselrichter 5, eine primäre Kompensationseinrichtung 6 und eine primäre Transformatorspule 7 auf. Die Sekundärseite 3 weist eine sekundäre Transformatorspule 8, eine sekundäre Kompensationseinrichtung 9, einen Gleichrichter 10 und einen Verbraucher 11 auf. Die primäre Transformatorspule 7 und die sekundäre Transformatorspule 8 bilden einen Transformator 12. Der Transformator 12 kann ein stationärer Transformator 12 sein. Bevorzugt handelt es sich beim Transformator 12 um einen rotierenden Transformator 12 oder Drehtransformator 12, bei dem die primäre Transformatorspule 7 stationär ist, während die sekundäre Transformatorspule 8 rotiert. Zweckmäßig sind die primäre Transformatorspule 7 und die sekundäre Transformatorspule 8 galvanisch voneinander getrennt. Eine entsprechende galvanische Trennung ist in 1 durch eine unterbrochene Linie angedeutet und mit 13 bezeichnet.
Die Transformatoreinrichtung 1 dient zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen der Primärseite 2 und der Sekundärseite 3 und insbesondere zwischen der Gleichspannungsquelle 4 und dem Verbraucher 11. Hierzu ist auf der Primärseite 2 der Wechselrichter 5 mit seiner Eingangsseite 14 an die Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen und mit seiner Ausgangsseite 15 über die primäre Kompensationseinrichtung 6 an die primäre Transformatorspule 7 angeschlossen. Auf der Sekundärseite 3 ist der Gleichrichter 10 mit seiner Eingangsseite 16 über die sekundäre Kompensationseinrichtung 9 an die sekundäre Transformatorspule 8 angeschlossen und mit seiner Ausgangsseite 17 an den Verbraucher 11 angeschlossen.
Für eine Datenkommunikation zwischen Primärseite 2 und Sekundärseite 3, insbesondere von der Sekundärseite 3 zur Primärseite 2, ist die sekundäre Kompensationseinrichtung 9 variabel ausgestaltet. Somit lässt sich über die sekundäre Kompensationseinrichtung 9 die sekundärseitige Resonanzfrequenz verändern. Zu diesem Zweck kann eine Kapazität der sekundären Kompensationseinrichtung 9 verändert werden, was sich entsprechend auf die Resonanzfrequenz des sekundären Schwingkreises auswirkt, der durch die sekundäre Transformatorspule 8 und die sekundäre Kompensationseinrichtung 9 gebildet ist. Die Sekundärseite 3 ist außerdem mit einer sekundären Kommunikationseinrichtung 18 ausgestattet, die wenigstens einen Sender oder Transmitter und vorzugsweise auch einen Empfänger oder Receiver aufweisen kann, so dass sie insbesondere einen Transceiver bildet oder aufweist. Die sekundäre Kommunikationseinrichtung 18 ist so konfiguriert, dass sie sekundärseitige Daten gemäß einem vorbestimmten Code kodiert. Beispielsweise ist die sekundäre Kommunikationseinrichtung 18 Bestandteil einer sekundärseitigen Steuereinrichtung, die beispielsweise den aktuellen Strom auf der Sekundärseite 3 kennt und der Primärseite 2 übermitteln möchte. Die sekundäre Kommunikationseinrichtung 18 ist mit der sekundären Kompensationseinrichtung 9 gekoppelt, derart, dass die sekundäre Kommunikationseinrichtung 18 die sekundäre Kompensationseinrichtung 9 zum Ändern der sekundären Resonanzfrequenz ansteuern kann. Somit kann die sekundäre Kommunikationseinrichtung 18 in Abhängigkeit der kodierten Daten die sekundäre Kommunikationseinrichtung 9 zum Verändern der sekundären Resonanzfrequenz ansteuern, so dass eine zeitliche Abfolge veränderter sekundärer Resonanzfrequenzen die kodierten Daten repräsentiert. Auf diese Weise werden die zu übertragenden Daten als Frequenzmodulation auf der Sekundärseite 3 in das Schwingungssystem eingespeist.
Die Primärseite 2 weist eine primäre Kommunikationseinrichtung 19 auf, die einen primärseitigen Parameter, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert, überwacht. Auf diese Weise kann die primäre Kommunikationseinrichtung 19 die in das Schwingungssystem eingekoppelten kodierten Daten erkennen und diese gemäß dem Code dekodieren. Beispielsweise kann die primäre Kommunikationseinrichtung 19 mit einer primärseitigen Steuereinrichtung gekoppelt sein, die dann die dekodierten Daten erhält und für die Steuerung eines die Transformatoreinrichtung 1 umfassenden Gesamtsystems nutzen kann. Ein derartiges Gesamtsystem kann beispielsweise eine Synchronmaschine sein, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Beim hier gezeigten Beispiel weist die Primärseite 2 außerdem eine Phasenmesseinrichtung 20 auf, die an der Ausgangsseite 15 des Wechselrichters 5 mit stromführenden Leitungen gekoppelt ist. Die Phasenmesseinrichtung 20 ist so konfiguriert, dass sie eine Phasenverschiebung 21 zwischen Strom und Spannung auf der Primärseite, also im primärseitigen Wechselstrom bzw. in der primärseitigen Wechselspannung ermittelt. Optional kann die Primärseite 2 außerdem mit einer Frequenzregeleinrichtung 22 ausgestattet sein, die mit der Phasenmesseinrichtung 20 und mit dem Wechselrichter 5 gekoppelt ist und die dazu dient, die Phasenverschiebung 21 auszuregeln. Hierzu veranlasst sie den Wechselrichter 5, dessen Taktung entsprechend anzupassen, um die Frequenz im primärseitigen Wechselstrom bzw. in der primärseitigen Wechselspannung zum Reduzieren und vorzugsweise zum Eliminieren der Phasenverschiebung 21 zu verändern.
Die primärseitige Kommunikationseinrichtung 19 kann nun mittels einer Signalleitung 23 mit der Phasenmesseinrichtung 20 gekoppelt sein, so dass die primäre Kommunikationseinrichtung 19 die Phasenverschiebung 21 als primärseitigen Parameter überwacht, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert. Alternativ dazu kann die primäre Kommunikationseinrichtung 19 mittels einer Signalleitung 24 mit der Frequenzregeleinrichtung 22 gekoppelt sein, so dass sie die Anpassung der Frequenz in der primärseitigen Wechselspannung bzw. im primärseitigen Wechselstrom als primärseitigen Parameter überwacht, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert. Alternativ dazu kann die primäre Kommunikationseinrichtung 19 mittels einer Signalleitung 25 mit dem Wechselrichter 25 gekoppelt sein und dort die Anpassung der Taktung bzw. der Frequenz im primärseitigen Wechselstrom bzw. in der primärseitigen Wechselspannung als primärseitiges, mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliertes Signal überwachen. Ebenso ist denkbar, die Primärseite 2 mit einer primärseitigen Frequenzmesseinrichtung (nicht gezeigt) auszustatten, so dass die primärseitige Frequenz direkt als primärseitiges, mit der sekundären Resonanzfrequenz korrelierter Paramter überwacht werden kann. Die Phasenmesseinrichtung 20 ist zum Ermitteln des Stromverlaufs und des Spannungsverlaufs mit einem entsprechenden Stromabgriff 26 sowie mit einem entsprechenden Spannungsabgriff 27 gekoppelt.
Bei dem hier gezeigten Beispiel kann die Sekundärseite 3 eine sekundärseitige Frequenzerfassungseinrichtung 28 aufweisen, die beispielsweise mit einem Spannungsabgriff 29 gekoppelt ist. Mit Hilfe der sekundären Frequenzerfassungseinrichtung 28 lässt sich die aktuelle Frequenz in der sekundärseitigen Wechselspannung bzw. im sekundärseitigen Wechselstrom ermitteln. Die sekundärseitige Frequenzerfassungseinrichtung 28 ist außerdem mit der sekundärseitigen Kommunikationseinrichtung 18 gekoppelt.
Die primärseitige Kommunikationseinrichtung 19 kann nun so konfiguriert sein, dass sie primärseitige Daten, insbesondere Steuerbefehle, gemäß einem vorbestimmten Code kodiert. Durch eine geeignete Kopplung mit dem Wechselrichter 25 kann nun die primärseitige Kommunikationseinrichtung 19 den Wechselrichter 25 in Abhängigkeit der kodierten Daten zum Verändern der Taktung des Wechselrichters 5 und somit zum Verändern der Frequenz des primärseitigen Wechselstroms bzw. der primärseitigen Wechselspannung ansteuern. In der Folge repräsentiert eine zeitliche Abfolge veränderter Frequenzen im primärseitigen Wechselstrom bzw. in der primärseitigen Wechselspannung die kodierten Daten. Mit anderen Worten, die primärseitigen Daten werden auf die primärseitige Frequenz des Wechselstroms bzw. der Wechselspannung aufmoduliert. Über den Transformator 12 entspricht die Frequenz im sekundärseitigen Wechselstrom und in der sekundärseitigen Wechselspannung identisch der Frequenz im primärseitigen Wechselstrom bzw. in der primärseitigen Wechselspannung. Das bedeutet, dass auf den primärseitigen Wechselstrom bzw. auf die primärseitige Wechselspannung durch Frequenzmodulation aufmodulierte Daten auch auf den sekundärseitigen Wechselstrom bzw. auf die sekundärseitige Wechselspannung aufmoduliert sind. Die sekundärseitige Kommunikationseinrichtung 18 kann durch ihre Kopplung mit der sekundärseitigen Frequenzerfassungseinrichtung 28 die Frequenz im sekundärseitigen Wechselstrom bzw. in der sekundärseitigen Wechselspannung überwachen und dementsprechend auch die Frequenzmodulation identifizieren und somit die kodierten Daten erkennen und diese gemäß dem Code dekodieren.
Die hier vorgestellte Transformatoreinrichtung 1 kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Bestandteil einer hier nur rudimentär dargestellten induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine 30 sein, die einen Stator 31 mit einer Statorsteuereinrichtung 32 und einen Rotor 33 mit einer Rotorsteuereinrichtung 34 aufweist. Die Rotorsteuereinrichtung 34 ist dabei am Rotor 33 angeordnet, so dass sie mit dem Rotor 33 rotiert. Die Primärseite 2 der Transformatoreinrichtung 1 ist am Stator 31 angeordnet, während die Sekundärseite 3 der Transformatoreinrichtung 1 am Rotor 33 angeordnet ist. Die primärseitige Kommunikationseinrichtung 19 ist mit der Statorsteuereinrichtung 32 gekoppelt und die sekundärseitige Kommunikationseinrichtung 18 ist mit der Rotorsteuereinrichtung 34 gekoppelt. Der Rotor 33 weist eine Rotorspule 35 zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds auf. In einer einfachen Ausführungsform kann die Transformatoreinrichtung 1 zur Versorgung dieser Rotorspule 35 mit elektrischer Energie dienen. In diesem Fall weist der Verbraucher 11 die Rotorspule 35 auf.
Bei einer bevorzugten anderen Ausführungsform ist die Synchronmaschine 30 mit einer Hauptenergieversorgung 36 ausgestattet, welche die Rotorspule 35 induktiv mit elektrischer Energie versorgt. In diesem Fall bildet dann die Transformatoreinrichtung 1 innerhalb der Synchronmaschine 30 eine Hilfsenergieversorgungseinrichtung 37, die zur Versorgung der Rotorsteuereinrichtung 34 mit elektrischer Energie dient. In diesem Fall weist der Verbraucher 11 die Rotorsteuereinrichtung 34 auf. Es ist klar, dass einzelne Komponenten der Transformatoreinrichtung 1 bzw. der Synchronmaschine 30, die hier separat dargestellt sind, baulich ineinander integriert sein können.
Die hier vorgestellte Transformatoreinrichtung 1 ermöglicht die Durchführung einer Datenübertragung zwischen der Primärseite 2 und der Sekundärseite 3 über den Transformator 12, der zur Energieübertragung von der Gleichspannungsquelle 4 zum Verbraucher 11 dient. Hierzu werden Daten, die von der Sekundärseite 3 auf die Primärseite 2 übertragen werden sollen, auf der Sekundärseite 3 durch Modulation der sekundärseitigen Resonanzfrequenz kodiert. Da die Sekundärseite 3 über den Transformator 12 mit der Primärseite 2 gekoppelt ist, ergibt sich auf der Primärseite 2 eine Phasenverschiebung 21 zwischen Strom und Spannung im primärseitigen Wechselstrom. Diese Phasenverschiebung 21 oder ein damit korrelierter Parameter, wie zum Beispiel die primärseitige Anpassung der Taktung des Wechselrichters 5 bzw. der Frequenz des primärseitigen Wechselstroms bzw. der primärseitigen Wechselspannung bildet ein mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korrelierendes primärseitiges Signal, das auf der Primärseite 2 einfach überwacht und dekodiert werden kann.
Für den umgekehrten Fall, bei dem Daten von der Primärseite 2 auf die Sekundärseite 3 übertragen werden sollen, können diese Daten auf der Primärseite 2 durch Modulation einer Frequenz des primärseitigen Wechselstroms bzw. der primärseitigen Wechselspannung kodiert werden. Da die Frequenzen der Wechselströme bzw. Wechselspannungen auf der Primärseite 2 und auf der Sekundärseite 3 identisch sind, bewirkt eine Frequenzmodulation im Wechselstrom bzw. in der Wechselspannung auf der Primärseite 2 eine dazu identische Frequenzmodulation im Wechselstrom bzw. in der Wechselspannung auf der Sekundärseite 3. Dementsprechend kann durch eine Überwachung der Frequenz des sekundärseitigen Wechselstroms bzw. der sekundärseitigen Wechselspannung diese Frequenzmodulation auf der Sekundärseite 3 dekodiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2869316 A1 [0003, 0004]

Claims

Transformatoreinrichtung (1) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie zwischen einer Gleichspannungsquelle (4) und einem Verbraucher (11), insbesondere einer induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine (30), - mit einer Primärseite (2), die eine Gleichspannungsquelle (4), einen Wechselrichter (5), eine primäre Kompensationseinrichtung (6) und eine primäre Transformatorspule (7) aufweist, - mit einer Sekundärseite (3), die eine sekundäre Transformatorspule (8), eine sekundäre Kompensationseinrichtung (9), einen Gleichrichter (10) und einen Verbraucher (11) aufweist, - wobei der Wechselrichter (5) mit seiner Eingangsseite (14) an die Gleichspannungsquelle (14) angeschlossen ist und mit seiner Ausgangsseite (15) über die primäre Kompensationseinrichtung (6) an die primäre Transformatorspule (7) angeschlossen ist, - wobei der Gleichrichter (10) mit seiner Eingangsseite (16) über die sekundäre Kompensationseinrichtung (9) an die sekundäre Transformatorspule (8) angeschlossen ist und mit seiner Ausgangsseite (17) an den Verbraucher (11) angeschlossen ist, - wobei die sekundäre Kompensationseinrichtung (9) variabel ausgestaltet ist, so dass eine sekundärseitige Resonanzfrequenz veränderbar ist, - wobei die Sekundärseite (3) eine sekundäre Kommunikationseinrichtung (18) aufweist, die sekundärseitige Daten gemäß einem vorbestimmten Code kodiert, die mit der sekundärseitigen Kompensationseinrichtung (9) gekoppelt ist und dies in Abhängigkeit der kodierten Daten zum Verändern der sekundärseitigen Resonanzfrequenz ansteuert, so dass eine zeitliche Abfolge veränderter sekundärseitiger Resonanzfrequenzen die kodierten Daten repräsentiert, - wobei die Primärseite (2) eine primäre Kommunikationseinrichtung (19) aufweist, die einen primärseitigen Parameter, der mit der sekundärseitigen Resonanzfrequenz korreliert, überwacht und die kodierten Daten erkennt und diese gemäß dem Code dekodiert.
Transformatoreinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Primärseite (2) eine Phasenmesseinrichtung (20) aufweist, die eine Phasenverschiebung (21) zwischen Strom und Spannung im primärseitigen Wechselstrom und/oder in der primärseitigen Wechselspannung ermittelt, - dass die primäre Kommunikationseinrichtung (19) mit der Phasenmesseinrichtung (20) gekoppelt ist und die Phasenverschiebung (21) als primärseitigen Parameter, der mit der sekundären Resonanzfrequenz korreliert, überwacht.
Transformatoreinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die Primärseite (19) eine Frequenzregeleinrichtung (22) aufweist, die eine Phasenverschiebung (21) zwischen Strom und Spannung im primären Wechselstrom und/oder in der primärseitigen Wechselspannung durch Anpassen der Frequenz im primärseitigen Wechselstrom und/oder in der primärseitigen Wechselspannung ausregelt, - dass die primäre Kommunikationseinrichtung (19) mit der Frequenzregeleinrichtung (22) und/oder mit dem Wechselrichter (5) gekoppelt ist und die Anpassung der Frequenz im primärseitigen Wechselstrom und/oder in der primärseitigen Wechselspannung als primärseitigen Parameter, der mit der sekundären Resonanzfrequenz korreliert, überwacht.
Transformatoreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kompensationseinrichtung (9) einen variablen Kondensator aufweist.
Transformatoreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kompensationseinrichtung (9) zwei Kondensatoren aufweist, die parallelgeschaltet sind und von denen der eine aktivierbar und deaktivierbar ist, während der andere immer aktiv ist.
Transformatoreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass der Code ein Binärcode ist, - dass die sekundäre Kompensationseinrichtung (9) so ausgestaltet ist, dass damit zwei verschiedene sekundärseitige Resonanzfrequenzen einstellbar sind.
Transformatoreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Kompensationseinrichtung (9) so ausgestaltet ist, dass die sekundäre Resonanzfrequenz nur in einem Bereich kleiner als 1 % verändert wird und/oder veränderbar ist.
Transformatoreinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, - dass die Sekundärseite (3) eine sekundärseitige Frequenzerfassungseinrichtung (28) zum Erfassen der aktuellen Frequenz im sekundärseitigen Wechselstrom und/oder in der sekundärseitigen Wechselspannung aufweist, - dass die primärseitige Kommunikationseinrichtung (19) primärseitige Daten gemäß einem vorbestimmten Code kodiert, mit dem Wechselrichter (5) gekoppelt ist und diesen in Abhängigkeit der kodierten Daten zum Verändern der Frequenz des primärseitigen Wechselstroms und/oder der primärseitigen Wechselspannung ansteuert, so dass eine zeitliche Abfolge veränderter Frequenzen im primärseitigen Wechselstrom die kodierten Daten repräsentiert, - dass die sekundärseitige Kommunikationseinrichtung (18) mit der sekundärseitigen Frequenzerfassungseinrichtung (28) gekoppelt ist und die Frequenz im sekundärseitigen Wechselstrom und/oder in der primärseitigen Wechselspannung überwacht und die kodierten Daten erkennt und diese gemäß dem Code dekodiert.
Induktiv elektrisch erregte Synchronmaschine (30), - mit einem Stator (31), der eine Statorsteuereinrichtung (32) aufweist, - mit einem Rotor (33), an dem eine Rotorsteuereinrichtung (34) angeordnet ist, - mit einer Transformatoreinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Primärseite (2) der Transformatoreinrichtung (1) am Stator (31) angeordnet ist, - wobei die Sekundärseite (3) der Transformatoreinrichtung (1) am Rotor (33) angeordnet ist, - wobei die primärseitige Kommunikationseinrichtung (19) mit der Statorsteuereinrichtung (32) gekoppelt ist, - wobei die sekundärseitige Kommunikationseinrichtung (18) mit der Rotorsteuereinrichtung (34) gekoppelt ist.
Synchronmaschine (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (11) eine Rotorspule (35) zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds aufweist.
Synchronmaschine (30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, - dass der Rotor (33) eine Rotorspule (35) zum Erzeugen eines magnetischen Rotorfelds aufweist, - dass die Synchronmaschine (30) eine Hauptenergieversorgung (36) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie auf die Rotorspule (35) aufweist, - dass die Transformatoreinrichtung (1) in der Synchronmaschine (30) eine Hilfsenergieversorgung (37) bildet, die elektrische Energie induktiv zur Rotorsteuereinrichtung (34) überträgt, so dass der Verbraucher (11) die Rotorsteuereinrichtung (34) aufweist.
Verfahren zur Datenübertragung zwischen einer Sekundärseite (3) einer Transformatoreinrichtung (1) zur induktiven Übertragung elektrischer Energie von einer Gleichspannungsquelle (4) zu einem Verbraucher (11) und einer Primärseite (2) der Transformatoreinrichtung (1), - bei dem Daten, die von der Sekundärseite (3) auf die Primärseite (2) übertragen werden sollen, auf der Sekundärseite (3) durch Modulation einer sekundärseitigen Resonanzfrequenz kodiert werden, - bei dem ein primärseitiger Parameter, der mit der sekundären Resonanzfrequenz korreliert, auf der Primärseite (2) überwacht und dekodiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, - dass Daten, die von der Primärseite (2) auf die Sekundärseite (3) übertragen werden sollen, auf der Primärseite (2) durch Modulation einer Frequenz des primärseitigen Wechselstroms und/oder der primärseitigen Wechselspannung kodiert werden, - dass auf der Sekundärseite (3) die Resonanzfrequenz des sekundärseitigen Wechselstroms und/oder der sekundärseitigen Wechselspannung überwacht und dekodiert wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 11 oder deren methodischen Äquivalente.