DE202010018107U1 - Self-balancing stator antenna for optimized contactless energy transmission in near field telemetry systems - Google Patents

Self-balancing stator antenna for optimized contactless energy transmission in near field telemetry systems Download PDF

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Abstract

Selbstabgleichende Statorantenne (1) für Anwendung zur optimierten kontaktlosen Energieübertragung bei Nahfeldtelemetrieanlagen vom Stator zum Rotor (30) – bestehend – aus Zuleitung (15) – aus Induktionsspule (2) – aus Anpassungsnetzwerk (4) – Netzteil (10) gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) eine selbstabgleichende Statorantenne (1) b) mit einen kompakten und extrem beschleunigungsfesten digital elektronisch einstellbarem Anpassungsnetzwerk (4) c) mit einen zusätzlichen Anpassungsdetektor (11) d) mit einen zusätzlichen Prozessor (7) e) der Prozessor (7) das digital einstellbare Anpassungsnetzwerk (4) nach einen Algorithmus basierend aus der Auswertung des Anpassungsdetektorausgangssignals (12) ansteuert f) und Mikro-Programm, dass das Anpassungsnetzwerk (4) so einstellt, dass die maximal verfügbare Energie auf der Zuleitung (15) in der Induktionsspule (2) möglich optimal in ein max. Magnetfeldamplitude (20) umsetzt wird.Self-aligning stator antenna (1) for use for optimized contactless energy transfer in near-field telemetry systems from the stator to the rotor (30) - consisting of - a supply line (15) - an induction coil (2) - a matching network (4) - a power supply unit (10) characterized by the following features: a) a self-aligning stator antenna (1) b) with a compact and extremely acceleration-resistant digitally electronically adjustable adaptation network (4) c) with an additional adaptation detector (11) d) with an additional processor (7) e) the processor (7) the digital adjustable adaptation network (4) according to an algorithm based on the evaluation of the adaptation detector output signal (12) controls f) and micro-program that sets the adaptation network (4) so that the maximum available energy on the supply line (15) in the induction coil (2 ) possible optimally in a max. Magnetic field amplitude (20) is converted.

Description

Berührungslose Übertragungssysteme in der Nahfeldtelemetrie zum kontaktlosen Übertragen von Sensordaten von drehenden Wellen werden heute bereits mit großen Erfolg eingesetzt, wie im Patent DE3922556 beschrieben. Diese Systeme bestehen aus einer Rotorelektronik (28) (Sensorsignalverstärker mit integriertem Telemetrietransmitter), einer Rotorantenne (29) und einer Statorantenne (1) und einer Empfängereinheit. Rotorelektronik (28) und Rotorantenne (29) sind auf der bewegten bzw. rotierenden Welle montiert und benötigen Energie. Die notwendige Energie für den Rotor wird üblicher Weise kontaktlos induktiv von Stator zum Rotor (30) übertragen. Die Signalform ist üblicherweise sinusförmig.Non-contact transmission systems in near field telemetry for the contactless transmission of sensor data from rotating shafts are already being used with great success today, as in the patent DE3922556 described. These systems consist of rotor electronics ( 28 ) (Sensor signal amplifier with integrated telemetry transmitter), a rotor antenna ( 29 ) and a stator antenna ( 1 ) and a receiver unit. Rotor electronics ( 28 ) and rotor antenna ( 29 ) are mounted on the moving or rotating shaft and require energy. The necessary energy for the rotor is usually contactless inductively from stator to rotor ( 30 ) transfer. The waveform is usually sinusoidal.

Viele dieser Systeme dienen im wesentlichen zur Stressanalyse, Überwachung und zur Qualifizierung von sich bewegenden mechanischen Bauteilen in beengten Raumverhältnissen. Dazu müssen geeignete Übertragungselemente, wie eine Statorantenne (1) und eiene Rotorantenne (29) jeweils angepasst an die jeweiligen Einbaubedingungen gestaltet werden.Many of these systems are used essentially for stress analysis, monitoring and qualification of moving mechanical components in confined spaces. For this purpose, suitable transmission elements, such as a stator antenna ( 1 ) and a rotor antenna ( 29 ) are each adapted to the respective installation conditions.

Wesentliches Merkmal dieser wartungsfreien Systeme ist die berührungslose Energieübertragung vom Stator zum Rotor (30), um absolute Wartungsfreiheit und uneingeschränkte Verfügbarkeit zu gewährleisten. Eine Batterieversorgung der Rotorelektronik genügt diesen Anspruch nicht. Die Effizienz der kontaktlosen Energieübertragung hängt vom optimalen Abgleich der Statorantenne (1) und der Rotorantenne (29) ab. Dies bestimmt auch die verfügbare Distanz zwischen Stator- und Rotorantenne, die kontaktlos überbrückt werden kann. Obgleich mit Funksystemen große Distanzen im Meter-Bereich mit Batteriebetrieb erzielt werden können, fehlt hier die kontaktlose Energieübertragung zum Rotor. Des Weiteren haben batteriebetriebene System große Einschränkungen bezüglich Umgebungstemperaturbereich, Beschleunigungsfestigkeit und Störfestigkeit. Für wartungsfreie und zuverlässige Systeme ist eine kontaktlose Energieübertragung unabdingbar.An essential feature of these maintenance-free systems is the non-contact energy transfer from the stator to the rotor ( 30 ) to ensure absolute freedom from maintenance and unrestricted availability. A battery supply to the rotor electronics does not meet this requirement. The efficiency of the contactless energy transfer depends on the optimal balancing of the stator antenna ( 1 ) and the rotor antenna ( 29 ). This also determines the available distance between the stator and rotor antenna, which can be bridged without contact. Although it is possible to achieve long distances in the meter range with battery operation with radio systems, here the contactless energy transfer to the rotor is missing. Furthermore, battery operated systems have great limitations in ambient temperature range, acceleration resistance and immunity to interference. For maintenance-free and reliable systems, contactless energy transfer is essential.

Während die Rotorantenne (29) aufgrund ihres umschliessenden Charakters und geringen Abstands zur Welle kaum von Umgebungsbedingen – wie sich ändernde Abstände zu Metallwänden – beeinflusst wird, ist der Abgleich der Statorantenne (1) sehr stark von sich ändernden Geometrieverhältnissen und sich ändernden Bauteilwerten über der Temperatur und der Fertigungsstreuung abhängig. Dies tritt insbesondere bei Seitenabtriebwellen- und Gelenkwellenapplikationen in Fahrzeugen auf. Hier sind die Einbaubedingungen sehr beengt und sehr unterschiedlich von Fahrzeug zu Fahrzeug. Des weiteren haben insbesondere die Seitenwellen von Automobilen aufgrund des Einfederungswegs einen großen Bewegungsraum in allen drei Achsen. Dabei würden die Distanzen zwischen einer kompakten Statorantenne (1) und der Rotorantenne bis 100 mm erreichen. Diese Übertragungsdistanzen sind mit einer kompakten Pick Up technisch mit vertretbarem Aufwand nicht realisierbar.While the rotor antenna ( 29 ) is hardly influenced by ambient conditions - such as changing distances to metal walls - due to its enclosing character and short distance to the shaft, the adjustment of the stator antenna ( 1 ) is very much dependent on changing geometry ratios and changing component values over temperature and manufacturing dispersion. This occurs especially in side-output shaft and cardan shaft applications in vehicles. Here are the installation conditions very cramped and very different from vehicle to vehicle. Furthermore, especially the side shafts of automobiles due to the compression travel have a large range of motion in all three axes. The distances between a compact stator antenna ( 1 ) and the rotor antenna can reach up to 100 mm. These transmission distances are not technically feasible with a compact pickup with reasonable effort.

Solche Übertragungsdistanzen sind nur mit auf elektrische Resonanz abgeglichenen Schwingkreisen, sprich einer abgeglichenen Schleifeantenne (Induktionsspule (2)) gemäß 1 realisierbar. Leider hat der optimale Abgleichpunkt (24) dieser Schleifenantennen eine große Empfindlichkeit bezüglich der Einbausituation. De facto muss jede Statorantenne (1) auf Schleifenbasis nach jedem Einbau mühevoll manuell abgeglichen werden. Dies ist störend, zeitaufwendig und vom Anwender unerwünscht.Such transmission distances are only with resonant circuits tuned to electrical resonance, ie a balanced loop antenna (induction coil (induction coil)). 2 )) according to 1 realizable. Unfortunately, the optimal matching point ( 24 ) of these loop antennas a high sensitivity to the installation situation. In fact, every stator antenna ( 1 ) on a loop basis after each installation effortlessly manually adjusted. This is annoying, time consuming and unwanted by the user.

Des Weiteren ist insbesondere bei Schleifenantennen die Resonanz sehr scharf und äußerst empfindlich gegen Geometrieänderungen. Eine automatische Nachführung des optimalen Abgleichs bei Veränderung der Geometriebedingen oder Änderung der Bauteilwerte wäre ein enormer Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik.Furthermore, especially in the case of loop antennas, the resonance is very sharp and extremely sensitive to changes in geometry. An automatic tracking of the optimum balance when changing the geometry conditions or changing the component values would be an enormous improvement over the prior art.

Die Nachführung des Antennenabgleichs für Funksysteme zur HF-Signalübertragung für Optimierung von Reichweiten ist bekannt. Dies wird heute im Empfangsmode im Empfänger mit elektronisch kontinuierlich abstimmbaren Kapazitätsdioden mit grossen Erfolg realisiert. Im Sendemode sind diese Bauteile aufgrund der großen Spannungen bzw. Leistungen leider nicht einsetzbar. Hier werden mechanisch kontinuierlich abstimmbare Bauteile wie Kondensatoren und Spulen genutzt. Dieses sind mechanische Lösungen, welche sehr klobig und empfindlich gegenüber statischen Beschleunigungen, Vibrationen, Schmutz, Feuchtigkeit und großen Temperaturänderungen sind. Leider gibt es bis heute für große Leistungen keine Halbleiterlösung.The tracking of the antenna balance for radio systems for RF signal transmission for optimization of ranges is known. This is realized today in receiving mode in the receiver with electronically continuously tunable capacitance diodes with great success. In transmission mode, these components are unfortunately not applicable due to the large voltages or power. Here mechanically continuously tunable components such as capacitors and coils are used. These are mechanical solutions that are very clunky and sensitive to static accelerations, vibrations, dirt, moisture and large temperature changes. Unfortunately, there is no semiconductor solution today for great performances.

Eine andere Möglichkeit ist die Anpassung der Übertragungsfrequenz an die durch die Umwelt gegebene Veränderung der Induktivitätswerts gemäß der daraus resultierenden Resonanzfrequenz aus der aktuellen Schleifeninduktivität und einen festen Parallelkondensator. Dieses Verfahren wird heute bereits praktisch genutzt. Dieses Verfahren ist in der Regel nur für einen sehr engen Frequenzbereich einsetzbar und lässt damit nur eine Veränderung der Schleifengeometrie in engen Grenzen zu. Bei einer zu großen Veränderung tritt die Gefahr einer Instabilität des Oszillators ein.Another possibility is the adaptation of the transmission frequency to the environmental change of the inductance value according to the resulting resonance frequency from the current loop inductance and a fixed parallel capacitor. This procedure is already in practical use today. As a rule, this method can only be used for a very narrow frequency range and thus allows only a change in the loop geometry within narrow limits. If the change is too great, there is a risk of instability of the oscillator.

Des Weiteren ist es für die digitale Sensortelemetrie vorteilhaft, die Frequenz der Versorgungsspannung als Referenz für die Taktaufbereitung in der Rotorelektronik zu nutzen. Dadurch entfällt die Takterzeugung im Rotor, was Bauteile spart, die Baugröße optimiert und auch bei großen Umgebungstemperaturen und sowie Beschleunigungen extrem vorteilhaft ist. Die notwendigen frequenzstabilen Oszillatoren für Umgebungstemperaturen bis zu 180°C und für extreme Beschleunigungen bis 100 000 g sind bis heute nicht verfügbar.Furthermore, it is advantageous for digital sensor telemetry to use the frequency of the supply voltage as a reference for the clock processing in the rotor electronics. This eliminates the clock generation in the rotor, which saves components that Size optimized and extremely advantageous even at high ambient temperatures and accelerations. The necessary frequency stable oscillators for ambient temperatures up to 180 ° C and for extreme accelerations up to 100 000 g are still not available.

Ein weiterer Punkt sind die EMV-Zulassungsbestimmungen. Bekanntermaßen gibt es bestimmte Festfrequenzen, auf denen höhere Übertragungsenergiewerte wie z. B. bei der Frequenz 13,56 MHz zulässig sind. Eine sich verändernde Frequenz würde diesen Vorteil nicht nutzbar machen.Another point is the EMC approval regulations. As is known, there are certain fixed frequencies at which higher transmission energy values such. B. at the frequency 13.56 MHz are allowed. A changing frequency would not make use of this advantage.

Aus den genannten Problemen ergibt sich die Suche nach einer elektronischen Lösung für das geforderte adaptive Anpassungsnetzwerk (4) zur optimierten Energieübertragung zum Rotor (30).These problems lead to the search for an electronic solution for the required adaptive matching network ( 4 ) for optimized energy transfer to the rotor ( 30 ).

Wünschenswert ist eine Anordnung, welche die genannten Nachteile vermeidet.Desirable is an arrangement which avoids the disadvantages mentioned.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei der Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für Nahfeldtelemetrieanlagen die kontaktlose Energieübertragung von Stator zum Rotor (30) optimiert zu gestalten.The object of the invention is, in the arrangement according to the preamble of claim 1 for Nahfeldtelemetrieanlagen the contactless energy transfer from the stator to the rotor ( 30 ) to optimize.

Wesentliche Aufgabe ist die optimierte Versorgung des Sensors und der Rotorelektronik (28) mit Energie auf einer bewegten bzw. drehenden Welle mittels der adaptiven Übertragungseinheit (25). Die adaptive Übertragungseinheit (25) soll sich jeweils den Umfeldbedingungen anpassen und für einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Energieübertragung sorgen. Zusätzlich können über die gleiche Einrichtung vorteilhaft auch die Telemetriedaten von Rotor (30) zum Stator übertragen werden.The main task is the optimized supply of the sensor and the rotor electronics ( 28 ) with energy on a moving or rotating shaft by means of the adaptive transmission unit ( 25 ). The adaptive transmission unit ( 25 ) should each adapt to the environmental conditions and ensure the highest possible efficiency of energy transfer. In addition, the telemetry data from rotor ( 30 ) are transmitted to the stator.

Dabei ist die selbstabgleichende Statorantenne (1) wesentlicher Bestandteil.The self-balancing stator antenna ( 1 ) essential part.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of claim 1.

Kontaktlose wartungsfreie Übertragungssysteme von bewegten bzw. drehenden Wellen mit qualitativ hoher Signalübertragungsqualität sind von großem Interesse. Ein wesentliches Merkmal ist die zuverlässige kontaktlose und induktive Energieversorgung des Rotors (30) auch bei sich ändernden Umfeldbedingungen bei möglichst großer Distanz zwischen Rotorantenne (29) und Statorantenne (1). Das garantiert eine hohe Anwenderfreundlichkeit und das Entfallen des sonst üblichen Statorantennenabgleichs.Contactless maintenance-free transmission systems of moving or rotating shafts with qualitatively high signal transmission quality are of great interest. An essential feature is the reliable contactless and inductive power supply of the rotor ( 30 ) even under changing environmental conditions with the greatest possible distance between the rotor antenna ( 29 ) and stator antenna ( 1 ). This guarantees a high degree of user-friendliness and the elimination of the usual stator antenna alignment.

Grundsätzlich bestehen Statorantennen (1) aus einer Induktionsspule (2), einem Anpassungsnetzwerk (4) und der Zuleitung (15). Das Anpassungsnetzwerk (4) dient zur optimierten Energieumsetzung in der Induktionsspule (2). Der angepasste Zustand ist dann erreicht, wenn über die Zuleitung (15) maximal verfügbare Energie ohne Reflexion komplett in der Induktionsspule (2) umgesetzt wird. Dabei ist das Anpassungsnetzwerk (4) mit der Induktionsspule (2) in Resonanz und es entsteht eine maximal sinusförmige Magnetfeldamplitude (20). Je größer die Magnetfeldamplitude (20) ist, desto höher ist auch die induzierte Spannung in der Rotorantenne (29) und desto größer ist auch eine maximal mögliche Distanz zwischen der Rotorantenne (29) und der Induktionsspule (2).Basically, there are stator antennas ( 1 ) from an induction coil ( 2 ), an adaptation network ( 4 ) and the supply line ( 15 ). The adaptation network ( 4 ) is used for optimized energy conversion in the induction coil ( 2 ). The adjusted state is reached when the supply line ( 15 ) maximum available energy without reflection completely in the induction coil ( 2 ) is implemented. Here, the adaptation network ( 4 ) with the induction coil ( 2 ) and a maximum sinusoidal magnetic field amplitude ( 20 ). The larger the magnetic field amplitude ( 20 ), the higher the induced voltage in the rotor antenna ( 29 ) and the greater a maximum possible distance between the rotor antenna ( 29 ) and the induction coil ( 2 ).

Das Anpassungsnetzwerk (4) besteht üblicher Weise aus einem parallelen Zweig (17), der parallel zur Induktionsspule (2) geschaltet ist, und einem seriellen Zweig (16). Die Schaltungselemente in den Zweigen sind üblicher Weise Festkondensatoren. Durch geeignete Wahl der Kondensatorwerte kann der Zustand der optimalen Anpassung erzeugt werden. Obgleich Anpassung auch durch Transformatoren hergestellt werden kann, ist die Kondensatorlösung die technisch wesentlich einfachere und kostengünstigere.The adaptation network ( 4 ) is usually a parallel branch ( 17 ) parallel to the induction coil ( 2 ) and a serial branch ( 16 ). The circuit elements in the branches are usually fixed capacitors. By suitable choice of the capacitor values, the state of the optimal adaptation can be generated. Although adaptation can also be made by transformers, the capacitor solution is technically much simpler and less expensive.

Stand der Technik ist die manuelle Bestimmung der Kondensatorwerte. Dazu wird üblicher Weise mit Drehkondensatoren im parallelen Zweig (17) und seriellen Zweig (16) und wechselseitiges Abstimmen iterativ die optimale Anpassung empirisch ermittelt. Die entsprechende Drehkondensatorwerte werden dann mit einem präzisen Kapazitätsmesser bestimmt und dann an Stelle der Drehkondensatorwerte Festwerte eingesetzt. Leider sind die Festwerte nur in einer 20% Abstufung verfügbar. Dies bedingt das Zusammenschalten von mehren Festwerten, um den exakten gewünschten Drehkondensatorwert zu erreichen.The state of the art is the manual determination of the capacitor values. This is usually done with rotary capacitors in the parallel branch ( 17 ) and serial branch ( 16 ) and reciprocal tuning iteratively determines the optimal fit empirically. The corresponding variable capacitor values are then determined with a precise capacitance meter and then fixed values are used instead of the variable capacitor values. Unfortunately, the fixed values are only available in a 20% gradation. This requires the interconnection of several fixed values to achieve the exact desired Drehkondensatorwert.

Dieser Vorgang ist kompliziert, zeitaufwendig und dem Anwender im Feld nicht zumutbar.This process is complicated, time-consuming and unreasonable for the user in the field.

Der direkte Einsatz von Drehkondensatoren scheidet wegen der fehlenden Temperatur- und Beschleunigungsfestigkeit aus.The direct use of variable capacitors is ruled out because of the lack of temperature and acceleration resistance.

Aus diesem Grunde wurde ein mit feiner Stufung digital einstellbares Anpassungsnetzwerk (4) entwickelt. Die feine Abstufung soll quasi den analogen Charakter des Drehkondensators widerspiegeln.For this reason, a finely graduated digitally adjustable matching network ( 4 ) developed. The fine gradation is intended to reflect the analog character of the variable capacitor.

Dieses Netzwerk besteht aus elektronisch steuerbaren Kapazitätsdekaden für den parallelen Zweig (17) und den seriellen Zweig (16). Die einzelnen Kapazitäten in der Kapazitätsdekade werden über einen elektronisch gesteuerten Schalter zugeschaltet. Durch geeignete Wahl der einzelnen Kapazitätswerte können bei n schaltbaren Kapazitäten 2n (2 hoch n) verschiedene Gesamtkapazitätswerte erzeugt werden. Üblicher Weise werden, um möglichst gleichmäßige Schrittweite zwischen den Einstellmöglichkeiten zu erreichen, die einzelnen Kapazitätswerte immer um einen Faktor 2 mit steigendem Index i (0 < i < n) größer. Je größer die Anzahl n ist, desto feinfülliger kann die jeweils gewünschte Gesamtkapazität eingestellt werden.This network consists of electronically controllable capacity decades for the parallel branch ( 17 ) and the serial branch ( 16 ). The individual capacities in the capacity decade are switched on via an electronically controlled switch. By suitable choice of the individual capacitance values, with n switchable capacitances 2 n (2 high n) different total capacitance values can be achieved be generated. Usually, in order to achieve the greatest possible step size between the setting possibilities, the individual capacitance values always increase by a factor of 2 with an increasing index i (0 <i <n). The larger the number n, the finer the total desired capacity can be set.

Die Schalter (18) zum Zuschalten der einzelnen Kapazitätswerte können sowohl mechanische Relays oder Halbleiterschalter oder Bipolar- oder FET-Transistoren sein. Mechanische Relays sind groß, vibrationsempfindlich und benötigen viel Strom und für die Anwendung im Maschinenbau bzw. in Fahrzeugen nur bedingt geeignet. Handelsübliche Halbleiterrelays sind dagegen wegen der hohen Restkapazität zwischen den Klemmen nur für niedrige Frequenzen geeignet. Transistoren sind zwar klein, kapazitätsarm und vibrationsunempfindlich, können jedoch nicht direkt Wechselspannung schalten.The switches ( 18 ) for connecting the individual capacitance values can be either mechanical relays or semiconductor switches or bipolar or FET transistors. Mechanical relays are large, sensitive to vibration and require a lot of power and are only partially suitable for use in mechanical engineering or in vehicles. Commercially available semiconductor relays, on the other hand, are only suitable for low frequencies because of the high residual capacitance between the terminals. Although transistors are small, low in capacitance and insensitive to vibration, they can not switch ac voltage directly.

Eine mögliche Lösung des Problems ist die Schaltung der Wechselspannung mit Hilfe eines Diodennetzwerks (21). Dabei wird über das Diodennetzwerk (21) (Greatzschaltung) die HF-Spannung zweiweggleichgerichtet. Die gleichgerichtete HF-Spannung kann über einen einfachen Transistor als Schalter (18) geschaltet werden, welcher von einer Logik (7) angesteuert wird. Im geschalteten Zustand fließt Strom in beide Richtungen durch die zwei in Reihe geschalteten Kondensatoren Cip in 10 und aktiviert quasi die Zuschaltung der Kondensatoren Cip im Anpassungsnetzwerk (4). Diese Ausführung ist besonders interessant für symmetrische Anwendungen. Allerdings ist die Zahl der nötigen Bauteile groß.A possible solution to the problem is the switching of the AC voltage by means of a diode network ( 21 ). It is via the diode network ( 21 ) (Greatz circuit), the RF voltage full wave rectified. The rectified rf voltage can be controlled via a simple transistor as a switch ( 18 ), which depends on a logic ( 7 ) is driven. In the switched state, current flows in both directions through the two series-connected capacitors Cip in 10 and activates the connection of the capacitors Cip in the matching network ( 4 ). This version is particularly interesting for symmetrical applications. However, the number of necessary components is large.

Eine weitere Lösungsmöglichkeit ist in 9 dargestellt. Hier besteht das Diodennetzwerk nur aus einer Doppeldiode. Die eine Diode ist nach Ground geschaltet und sorgt für eine Klemmung der Wechselspannung mit Hilfe der zu schaltenden Kondensatoren Cip. Die zweite Diode in Reihe zum Kollektor des Transistors (Schalter 18) dient zur Gleichrichtung. Im geschalteten Zustand wird der Spannungsabfall über der Doppeldiode auf 0,7 Volt begrenzt. Dadurch wird de facto der Kondensator Cip im Anpassungsnetzwerk (4) zugeschaltet. Die notwendige Bauteilanzahl ist hier bereits günstiger.Another solution is in 9 shown. Here the diode network only consists of a double diode. The one diode is switched to ground and ensures a clamping of the AC voltage by means of the capacitors Cip to be switched. The second diode in series with the collector of the transistor (switch 18 ) is used for rectification. In the switched state, the voltage drop across the double diode is limited to 0.7 volts. This will in effect make the capacitor Cip in the matching network ( 4 ). The necessary number of components is already cheaper here.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung ist die Lösung nach 7. Hier wird als Schalter ein MOS-FET-Transistor genutzt. MOSFET-Transistoren können äußerst hohe Frequenzen schalten. Dadurch entfällt die serielle Diode zur Drain hin. Des Weiteren ist es Eigenschaft von MOSFET-Transistoren, dass sie bereits eine Querdiode zwischen Drain und Source technologiebedingt integriert haben. Im Gegensatz zu Bipolar-Transistoren können MOSFET-Transistoren ohne Strombegrenzungswiderstand direkt vom Prozessorausgang geschaltet werden. Damit reduziert sich die Anordnung pro schaltbaren Kapazitätszweig auf die zu schaltende Kapazität und den MOSFET-Transistor (Schalter 18). Dies reduziert die notwendige Bauteilanzahl erheblich und erlaubt sehr kompakte digital steuerbare Anpassungsnetzwerke (4).A particularly advantageous embodiment is the solution according to 7 , Here, a MOS-FET transistor is used as a switch. MOSFET transistors can switch extremely high frequencies. This eliminates the serial diode to the drain. Furthermore, it is characteristic of MOSFET transistors that they have already integrated a cross-diode between the drain and the source due to the technology. In contrast to bipolar transistors, MOSFET transistors without current limiting resistor can be switched directly from the processor output. This reduces the arrangement per switchable capacitance branch to the capacitance to be switched and the MOSFET transistor (switch 18 ). This considerably reduces the necessary number of components and allows very compact digitally controllable matching networks ( 4 ).

Damit ist ein wesentlicher Punkt zur Lösung der Aufgabenstellung „selbstabgleichende Statorantenne (1)” gelöst.This is an essential point for solving the problem "self-balancing stator antenna ( 1 )" solved.

Ein weiterer wesentlicher Punkt ist die optimale/optimierte Einstellung des Anpassungsnetzwerkes (4).Another important point is the optimal / optimized setting of the adaptation network ( 4 ).

Dazu muss der Anpassungszustand der Statorantenne (1) erfasst werden. Zu diesem dient der Anpassungsdetektor (11). Er liefert ein analoges oder digitales Signal, welches als Führungsgröße der Logik (7) für den automatischen Abgleich zugeführt wird. Als Basis für die Bestimmung des Abgleichzustands kann auf einfache Weise die Spannungsamplitude an der Induktionsspule (2) heran gezogen werden. Je besser der Abgleich ist, desto höher ist die Spannung. Aufgrund der Tatsache, dass nicht immer der Ausgangswiderstand der HF-Energiequelle im Empfänger dem Zuleitungswiderstand (Leitungswiderstand) entspricht, kann es bei Nutzung des Spannungsmaximumkriteriums an der Induktionsspule (2) dennoch zu einer gewissen Fehlanpassung bei automatischem Abgleich von dem seriellen Zweig (16) und dem parallelen Zweig (17) kommen. Dennoch ist Methode in der Praxis bei der Variante mit festen Cs gemäß 5 im seriellen Zweig (16) in der Regel ausreichend.For this, the adaptation state of the stator antenna ( 1 ). To this serves the adaptation detector ( 11 ). It provides an analog or digital signal which is used as a command value of the logic ( 7 ) is supplied for automatic adjustment. As a basis for the determination of the adjustment state, the voltage amplitude at the induction coil ( 2 ) are drawn. The better the balance, the higher the voltage. Due to the fact that the output resistance of the RF energy source in the receiver does not always correspond to the supply line resistance (line resistance), when using the voltage maximum criterion at the induction coil ( 2 ) still leads to a certain mismatch in auto-matching from the serial branch ( 16 ) and the parallel branch ( 17 ) come. Nevertheless, in practice, the method is according to the variant with fixed Cs 5 in the serial branch ( 16 ) usually sufficient.

Ein besseres Kriterium für den Abgleich gibt die Auswertung des Signals eines Richtkopplers (14) in der Zuleitung (15). Der Richtkoppler (14) ist ein bekanntes Bauteil aus der Hochfrequenztechnik. Er erlaubt die Erfassung der Amplituden der vor- und rücklaufenden Wellen auf einer Leitung. Optimale Anpassung herrscht dann, wenn die reflektierte Leistung an der Statorantenne gleich 0 ist. Das Signal für die Amplitude der rücklaufenden Welle des Richtkopplers (14) wird dem Anpassungsdetektor (11) zugeführt. Der Anpassungsdetektor gewinnt daraus das analoge oder digitale Ansteuersignal für die Logik (7), welches als Führungsgröße für den Abgleich dient.A better criterion for the adjustment is the evaluation of the signal of a directional coupler ( 14 ) in the supply line ( 15 ). The directional coupler ( 14 ) is a well-known component of high frequency technology. It allows the detection of the amplitudes of the forward and backward waves on a line. Optimal adaptation is given when the reflected power at the stator antenna is equal to zero. The signal for the amplitude of the return wave of the directional coupler ( 14 ) is sent to the adjustment detector ( 11 ). The adaptation detector obtains therefrom the analog or digital drive signal for the logic ( 7 ), which serves as a reference variable for the adjustment.

Die Logik (7) steuert über einen Parallelport das digital ansteuerbare Anpassungsnetzwerk (4) an. Die Logik (7) kann mittel eines digitalen Schaltkreises mit integriertem Speicher realisiert werden.The logic ( 7 ) controls the digitally controllable matching network via a parallel port ( 4 ) at. The logic ( 7 ) can be realized by means of a digital circuit with integrated memory.

Vorteilhaft kann ein Mikro-Prozessor oder ein FPGA mit parallelem Ausgabenport und einem integrierten Analogdigitalwandler zur Digitalisierung des Ausgangssignals des Anpassungsdetektors (11) eingesetzt werden. Mit einem geeigneten Algorithmus in der Logik (7) werden verschiedene Ansteuerzustände für das Anpassungsnetzwerk (4) durchgespielt und die jeweilige korresspondierende Anpassungsqualität aus dem Ausgangssignal des Anpassungsdetektors (12) ermittelt. Der beste Ansteuerungszustand (optimale Anpassung) wird gespeichert und nach Abschluss des Algorithmus vom Prozessor am Parallelport ausgegeben. Der optimale Ansteuerungszustand (optimale Anpassung) kann im einfachsten Fall durch sequentielle Aufschaltung aller möglichen Ansteuerzustände ermittelt werden. Mittels iterativer Methoden kann der Zeitbedarf für die Ermittlung des optimalen Ansteuerungszustands (optimale Anpassung) deutlich reduziert werden.Advantageously, a micro-processor or an FPGA with parallel output port and an integrated analog-digital converter for digitizing the Output signal of the adaptation detector ( 11 ) are used. With a suitable algorithm in logic ( 7 ) different drive states for the matching network ( 4 ) and the respective korresspondierende adjustment quality from the output signal of the adaptation detector ( 12 ). The best drive state (optimal match) is stored and output by the processor at the parallel port upon completion of the algorithm. The optimal control state (optimal adaptation) can be determined in the simplest case by sequential connection of all possible control states. By means of iterative methods, the time required for the determination of the optimal activation state (optimal adaptation) can be significantly reduced.

2 und 3 zeigen die typischen Anordnungen der Funktionselemente. 2 and 3 show the typical arrangements of the functional elements.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.Advantageous developments are given in the dependent claims.

Die Erfindung wird an Hand folgender Figuren beschrieben.The invention will be described with reference to the following figures.

Es zeigt 1 zeigt eine typische Anordnung zur kontaktlosen Erfassung von Sensorsignalen an drehenden Wellen. Die adaptive Übertragungseinheit (26) mit Anpassungsnetzwerk (4) ist nach der Erfindung um eine Welle (30) (Rotor) montiert. Auf der Welle 30 ist die Rotorantenne (29) und Rotorelektronik (28) montiert. Der Rotor (30) kann sich frei innerhalb der Induktionsschleife (2) ohne dass die ausreichende Versorgung des Rotors (30) abreist.It shows 1 shows a typical arrangement for non-contact detection of sensor signals on rotating shafts. The adaptive transmission unit ( 26 ) with adaptation network ( 4 ) according to the invention is a shaft ( 30 ) (Rotor) mounted. On the wave 30 is the rotor antenna ( 29 ) and rotor electronics ( 28 ) assembled. The rotor ( 30 ) can move freely within the induction loop ( 2 ) without the sufficient supply of the rotor ( 30 ) leaves.

2 zeigt das Blockschaltbild für die Statorantenne (1). über die Zuleitung (15) werden das Anpassungsnetzwerk (4) und das Netzteil zur Stromversorgung der Logik (7) versorgt. Das Anpassungsnetzwerk (4) ist mit der Induktionsspule (2) verbunden und wird über die Logik (7) angesteuert. Der Ansteuerungsdetektor (11) nutzt die HF-Amplitude (22) an der Induktionsspule (2) zur Gewinnung des Abgleichkriteriums für die Logik (7). 2 shows the block diagram for the stator antenna ( 1 ). via the supply line ( 15 ), the matching network ( 4 ) and the power supply to power the logic ( 7 ) provided. The adaptation network ( 4 ) is connected to the induction coil ( 2 ) and is via the logic ( 7 ). The drive detector ( 11 ) uses the RF amplitude ( 22 ) on the induction coil ( 2 ) to obtain the matching criterion for the logic ( 7 ).

3 zeigt das Blockschaltbild für die Statorantenne (1). Über die Zuleitung (15) werden sowohl das Anpassungsnetzwerk (4) und das Netzteil zur Stromversorgung der Logik (7) versorgt. Das Anpassungsnetzwerk (4) ist mit der Induktionsspule (2) verbunden und wird über die Logik (7) angesteuert. Der Ansteuerungsdetektor (11) nutzt das Ausgangssignal der Richtkoppler (14) zur Gewinnung des Abgleichkriteriums für die Logik (7). 3 shows the block diagram for the stator antenna ( 1 ). Via the supply line ( 15 ), both the adaptation network ( 4 ) and the power supply to power the logic ( 7 ) provided. The adaptation network ( 4 ) is connected to the induction coil ( 2 ) and is via the logic ( 7 ). The drive detector ( 11 ) uses the output signal of the directional coupler ( 14 ) to obtain the matching criterion for the logic ( 7 ).

4 zeigt das Anpassungsnetzwerk (4) mit dem seriellen Zweig (16) und dem parallelen Zweig (17). 4 shows the customization network ( 4 ) with the serial branch ( 16 ) and the parallel branch ( 17 ).

Die Logik (7) steuert den seriellen Zweig (16) und den parallelen Zweig (17) an. Die Induktionsspule (2) ist parallel zum parallelen Zweig (17) geschaltet.The logic ( 7 ) controls the serial branch ( 16 ) and the parallel branch ( 17 ) at. The induction coil ( 2 ) is parallel to the parallel branch ( 17 ).

5 zeigt das Anpassungsnetzwerk (4) mit dem seriellen Zweig (16) und dem parallelen Zweig (17). 5 shows the customization network ( 4 ) with the serial branch ( 16 ) and the parallel branch ( 17 ).

Der serielle Zweig (16) ist als eine geeignete Festkapazität aufgebaut. Die Logik (7) steuert nur den parallelen Zweig (17) an. Die Induktionsspule (2) ist parallel zum parallelen Zweig (17) geschaltet.The serial branch ( 16 ) is constructed as a suitable fixed capacity. The logic ( 7 ) controls only the parallel branch ( 17 ) at. The induction coil ( 2 ) is parallel to the parallel branch ( 17 ).

6 zeigt den parallelen Zweig (16) oder den seriellen Zweig (17). Beide Zweige sind grundsätzlich vom Aufbau her identisch. Jeder Zweig besteht aus einer schaltbaren Kapazitätsdekade bestehend aus den Kondensatoren C1p bis Cnp und den Schaltern (18) von S1 bis Sn. Die Schalter werden über die Ausgänge der Logik (7) digital angesteuert. 6 shows the parallel branch ( 16 ) or the serial branch ( 17 ). Both branches are fundamentally identical in structure. Each branch consists of a switchable capacitance decade consisting of the capacitors C1p to Cnp and the switches ( 18 ) from S1 to Sn. The switches are connected via the outputs of the logic ( 7 ) digitally controlled.

7 zeigt den Schalter (18) basierend auf einem MOSFET-Transistor mit den seriellen zuschaltenden Kondensator Cip. 7 shows the switch ( 18 ) based on a MOSFET transistor with the serial connecting capacitor Cip.

8 zeigt den Schalter (18) basierend auf einem 2-Weg Diodennetzwerk (21) und einem Gleichspannungsschalter 8th shows the switch ( 18 ) based on a 2-way diode network ( 21 ) and a DC switch

9 zeigt den Schalter (18) basierend auf einem 2-Weg Diodennetzwerk (21) und einem Bipolar-Transistor als Schalter in Serie zu dem zuschaltenden Kondensator Cip 9 shows the switch ( 18 ) based on a 2-way diode network ( 21 ) and a bipolar transistor as a switch in series with the switching capacitor Cip

10 zeigt den Schalter (18) basierend auf einem Greatz Diodennetzwerk (21) und einem Bipolar-Transistor als Schalter in Serie zu den zuschaltenden Kondensatoren 2·Cip für symmetrische Anwendung. 10 shows the switch ( 18 ) based on a Greatz diode network ( 21 ) and a bipolar transistor as a switch in series with the switching capacitors 2 · Cip for symmetrical application.

Der wesentliche Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt in der Tatsache, dass die selbstabgleichende Statorantenne (1) ohne manuellen Eingriff stets eine optionale Leistungsübertragungsbedingung über das adaptive Anpassungsnetzwerk (4) herstellt und somit optimale Reichweiten zwischen Statorantenne (1) und Rotorantenne (29) garantiert. Gerade bei der Statorantenne mit flexibler Induktionsspule (2), wie in 1 dargestellt, ist die Verstimmung durch das Umfeld groß. Damit entfällt der sonst obligatorisch notwendige manuelle Abgleich der Statorantenne (1) beim Einbau einer Sensortelemetrieanlage in Fahrzeugen oder Maschinen. Bei kompakten Statorantennen (1) ohne externe Induktionsspule (2) ist die Beeinflussung durch externe Faktoren gering und damit ein Abgleich beim Einbau in eine Maschine überflüssig. Dennoch müssen diese Statorantennen im Rahmen der Produktion zeitaufwendig manuell abgeglichen werden. Die Ursache liegt an den Toleranzen der verwendeten Bauteile.The essential basic idea of the present invention resides in the fact that the self-aligning stator antenna ( 1 ) always has an optional power condition via the adaptive matching network (without manual intervention) ( 4 ) and thus optimum ranges between the stator antenna ( 1 ) and rotor antenna ( 29 ) guaranteed. Especially with the stator antenna with flexible induction coil ( 2 ), as in 1 shown, the mood is large due to the environment. This eliminates the otherwise mandatory manual adjustment of the stator antenna ( 1 ) when installing a sensor telemetry system in vehicles or machines. For compact stator antennas ( 1 ) without external induction coil ( 2 ), the influence of external factors is low and thus an adjustment when installing in a machine superfluous. Nevertheless, these stator antennas must be part of the production time-consuming manual adjustment. The cause lies in the tolerances of the components used.

Die vorliegende Erfindung korrigiert auch die Toleranzen bei Standardanpassungsnetzwerken automatisch, welche wegen der Umweltbedingungen aus Festkondensatoren aufbaut sind. Festkondensatoren haben in der Regel eine Fertigungstoleranz von bis zu 10%. Dies bedingt immer, dass der notwendige Gesamtkondensatorwert immer aus einer Vielzahl von manuell gemessenen Teilkapazitäten zusammengesetzt werden muss. Dies ist sehr zeitaufwendig beim Fertigungsprozess und kostenintensiv. Die Funktion der selbstabgleichenden Statorantenne ist deshalb ein enormer Produktionsvorteil.The present invention also automatically corrects the tolerances in standard matching networks built from solid capacitors because of environmental conditions. Fixed capacitors usually have a manufacturing tolerance of up to 10%. This always requires that the necessary total capacitor value must always be composed of a multiplicity of manually measured partial capacities. This is very time consuming in the manufacturing process and costly. The function of the self-balancing stator antenna is therefore an enormous production advantage.

In einer besonders kostengünstigen Ausführung wie in 5 dargestellt kann das Anpassungsnetzwerk im seriellen Zweig (16) aus einem geeigneten Festkondensator bestehen und nur der parallele Zweig (17) selbstabgleichend ausgeführt sein. Dadurch wird eine sehr kostengünstige Lösung ermöglicht. Allerdings ist diese Lösung nur bei begrenzten Anpassungsnotwendigkeiten nutzbar.In a particularly cost-effective design as in 5 the adaptation network can be represented in the serial branch ( 16 ) consist of a suitable fixed capacitor and only the parallel branch ( 17 ) be self-balancing executed. This allows a very cost effective solution. However, this solution can only be used with limited adaptation needs.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird der Abgleich der Statorantenne (1) automatisch bei einer bestimmten Verstimmung des Abgleichs automatisch nachgeführt. Dies garantiert, das bei sich ändernden Übertragungsbedingungen, z. B. bei Änderung geometrischer Verhältnisse immer optimale Übertragungsbedingungen hergestellt werden. Ebenfalls können temperaturbedingte oder alterungsbedingte Bauteilwerteänderungen kompensiert werden.In a particularly advantageous embodiment, the balancing of the stator antenna ( 1 ) automatically automatically tracked at a certain detuning of the adjustment. This guarantees that with changing transmission conditions, eg. B. always be optimized when changing geometric conditions optimal transmission conditions. Also, temperature-related or aging-related component value changes can be compensated.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung wird die notwendige Energie für die Versorgung der Logik (7) über ein Netzteil (10) direkt durch Gleichrichtung der HF-Spannung (22). Damit entfällt eine notwendige Fremdversorgung. Dies ist besonders vorteilhaft bei Nachrüstungen, wo eine Fremdversorgung der Statorantenne (1) nicht vorgesehen war.In a further particularly advantageous embodiment, the necessary energy for the supply of logic ( 7 ) via a power supply ( 10 ) directly by rectification of the RF voltage ( 22 ). This eliminates a necessary external supply. This is particularly advantageous in retrofits where an external supply of the stator antenna ( 1 ) was not provided.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführung wird die Frequenz der HF-Spannung (22) als Taktquelle für die Rotorelektronik genutzt.In a further particularly advantageous embodiment, the frequency of the RF voltage ( 22 ) used as clock source for the rotor electronics.

ZusammenfassungSummary

Für die Übertragung von Sensordaten von drehenden Wellen werden heute Sensortelemetriesysteme eingesetzt. Dabei wird die Vorsorgungsenergie für den Rotor von der Statorantenne zur Rotorantenne berührungslos übertragen. Um gute Übertragungsdistanzen zu erreichen werden sowohl die Statorantenne und Rotorantenne bei der Realisierung auf Resonanz abgeglichen. Dies ist sehr mühsam und zeitaufwendig. Bei sich ändernden Umgebungsbedingungen muß die Anordnung nachgestimmt werden. Nachstehende Erfindung betrifft eine sich selbst abgleichende und sich selbst anpassende Übertragungeinheit, welche aus einer Statorschleifenantenne und einem Rotor besteht. Damit entfällt der sonst übliche Abgleichaufwand bei der Installation der Telemetrieanlage und garantiert optimale Übertragungsbedingung in jeder Situation.Sensor telemetry systems are used today for transmitting sensor data from rotating shafts. The supply energy for the rotor from the stator to the rotor antenna is transmitted without contact. In order to achieve good transmission distances, both the stator antenna and rotor antenna are tuned to resonance in the realization. This is very tedious and time consuming. In changing environmental conditions, the arrangement must be retuned. The present invention relates to a self-aligning and self-adapting transmission unit consisting of a stator loop antenna and a rotor. This eliminates the usual adjustment effort when installing the telemetry system and guarantees optimal transmission conditions in every situation.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
selbstabgleichende Statorantenneself-balancing stator antenna
22
Induktionsspuleinduction coil
33
StatorantennengehäuseStatorantennengehäuse
44
AnpassungsnetzwerkMatching network
55
FET-TransistorFET transistor
66
HF-LeitungRF line
77
Logiklogic
88th
Gleichrichterrectifier
99
FET-SchalterFET switch
1010
Netzteilpower adapter
1111
Anpassungsdetektormatching detector
1212
Ausgangssignal AnpassungdetektorOutput signal adaptation detector
1313
Transistortransistor
1414
Richtkopplerdirectional coupler
1515
Zuleitungsupply
1616
serieller Zweigserial branch
1717
paralleler Zweigparallel branch
1818
Schalterswitch
1919
max. EnergieMax. energy
2020
Magnetfeldamplitudemagnetic field amplitude
2121
DiodennetzwerkDiode network
2222
HF-SpannungRF voltage
2323
Versorgungsspannungsupply voltage
2424
optimaler Abgleichpunktoptimal balance point
2525
Abgleichzustandsbalance state
2626
adaptive Übertragungseinheitadaptive transmission unit
2727
Frequenz der EnergieversorgungFrequency of power supply
2828
Rotorelektronikrotor electronics
2929
Rotorantennerotor antenna
3030
Rotorrotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3922556 [0001] DE 3922556 [0001]

Claims (19)

Selbstabgleichende Statorantenne (1) für Anwendung zur optimierten kontaktlosen Energieübertragung bei Nahfeldtelemetrieanlagen vom Stator zum Rotor (30) – bestehend – aus Zuleitung (15) – aus Induktionsspule (2) – aus Anpassungsnetzwerk (4) – Netzteil (10) gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) eine selbstabgleichende Statorantenne (1) b) mit einen kompakten und extrem beschleunigungsfesten digital elektronisch einstellbarem Anpassungsnetzwerk (4) c) mit einen zusätzlichen Anpassungsdetektor (11) d) mit einen zusätzlichen Prozessor (7) e) der Prozessor (7) das digital einstellbare Anpassungsnetzwerk (4) nach einen Algorithmus basierend aus der Auswertung des Anpassungsdetektorausgangssignals (12) ansteuert f) und Mikro-Programm, dass das Anpassungsnetzwerk (4) so einstellt, dass die maximal verfügbare Energie auf der Zuleitung (15) in der Induktionsspule (2) möglich optimal in ein max. Magnetfeldamplitude (20) umsetzt wird.Self-balancing stator antenna ( 1 ) for application for optimized contactless energy transfer in near field telemetry systems from stator to rotor ( 30 ) - consisting - of supply line ( 15 ) - made of induction coil ( 2 ) - from adaptation network ( 4 ) - Power adapter ( 10 ) characterized by the following features: a) a self-aligning stator antenna ( 1 ) b) with a compact and extremely acceleration-resistant digitally adjustable network ( 4 ) (c) with an additional adjustment detector ( 11 ) d) with an additional processor ( 7 ) e) the processor ( 7 ) the digitally adjustable matching network ( 4 ) according to an algorithm based on the evaluation of the adaptation detector output signal ( 12 ) drives f) and micro-program that the matching network ( 4 ) so that the maximum available energy on the supply line ( 15 ) in the induction coil ( 2 ) possible optimally in a max. Magnetic field amplitude ( 20 ) is implemented. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das digital einstellbare Anpassungsnetzwerk (4) aus einer Anzahl von stufenweise zuschaltbaren Kondensatoren bestehen, welche über digital schaltbare Schalter (18) mittels des Prozessor (7) gesteuert werden.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the digitally adjustable matching network ( 4 ) consist of a number of gradual switchable capacitors, which via digitally switchable switch ( 18 ) by means of the processor ( 7 ) to be controlled. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das digital einstellbare Anpassungsnetzwerk (4) aus einen seriellen Zweig (16) mit Festkapazität und einen parallen Zweig (17) mit einstellbarer Kapazität besteht.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 and 2, characterized in that the digitally adjustable matching network ( 4 ) from a serial branch ( 16 ) with fixed capacity and a parallel branch ( 17 ) with adjustable capacity. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das digital einstellbare Anpassungsnetzwerk (4) aus einen seriellen Zweig (16) mit einstellbarer Kapazität bestehend einen parallen Zweig (17) mit einstellbarer Kapazität besteht.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 and 2, characterized in that the digitally adjustable matching network ( 4 ) from a serial branch ( 16 ) with adjustable capacity consisting of a parallel branch ( 17 ) with adjustable capacity. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpassungsdetektor als Richtkoppler (14) aufgebaut ist, der Richtkoppler (14) in die Zuleitung (15) und den Reflexionsgrad als Kriterium für den Abgleichprozess den Prozessor (7) zur Verfügung stellt.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 4, characterized in that the adaptation detector as a directional coupler ( 14 ), the directional coupler ( 14 ) into the supply line ( 15 ) and the reflectance as a criterion for the adjustment process the processor ( 7 ). Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpassungsdetektor (11) als Spannungsdetektor aufgebaut ist, der die Spannung an der Induktionsschleife ermittelt und diese als Kriterium für den Abgleichprozess dem Prozessor (7) zur Verfügung stellt wird.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claims 1 to 4, characterized in that the adaptation detector ( 11 ) is constructed as a voltage detector, which determines the voltage at the induction loop and this as a criterion for the adjustment process the processor ( 7 ). Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die n stufenweise zuschaltbaren Kondensatorwerte unterschiedlich sind und sich durch geeignete Wahl der Werte 2n (2 hoch n) verschiedene Gesamtkapazitätswerte mit gleicher Differenz zwischen jeweils zwei aufeinander folgenden Gesamtkapazitätswerten realisieren lassen.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 6, characterized in that the n stepwise switchable capacitor values are different and can be realized by suitable choice of values 2 n (2 high n) different total capacity values with the same difference between each two consecutive total capacity values. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die n stufenweise zuschaltbaren Kondensatorwerte über ein Relay (18) oder Halbleiterrelay geschaltet werden.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 7, characterized in that the n stepwise switchable capacitor values via a relay ( 18 ) or semiconductor relay. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die n stufenweise zuschaltbaren Kondensatorwerte über einen FET-Transistor (5) geschaltet werden.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 7, characterized in that the n stepwise switchable capacitor values via an FET transistor ( 5 ). Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die n stufenweise zuschaltbaren Kondensatorwerte über ein Diodennetzwerk (21) und einen Transistor (13) geschaltet werden.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 7, characterized in that the n stepwise switchable capacitor values via a diode network ( 21 ) and a transistor ( 13 ). Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Diodennetzwerk (21) aus einer Zweiwegschaltung besteht.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claims 1 to 10, characterized in that the diode network ( 21 ) consists of a two-way circuit. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Diodennetzwerk (21) aus einer Greatzgleichrichterschaltung und die Kondensatoren 2 × Cip symmetrisch geschaltet werden.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claims 1 to 10, characterized in that the diode network ( 21 ) from a Greatzgleichrichterschaltung and the capacitors 2 × Cip are switched symmetrically. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie für die Versorgung der selbstabgleichenden Schaltung über ein Netzteil (10) aus der HF-Spannung (22) gewonnen wird.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 12, characterized in that the energy for the supply of the self-balancing circuit via a power supply ( 10 ) from the RF voltage ( 22 ) is won. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie für die Versorgung der selbstabgleichenden Schaltung über eine der HF-Spannung (22) überlagerte Versorgungspannung (23) über das Netzteil (10) versorgt wird.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 12, characterized in that the energy for the supply of the self-balancing circuit via one of the RF voltage ( 22 ) superimposed supply voltage ( 23 ) via the power supply ( 10 ) is supplied. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass über einen geeigneten Algorithmus (25) der optimale Abgleichpunkt (24) für die maximale Magnetfeldamplitude (20) erreicht wird. Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 14, characterized in that via a suitable algorithm ( 25 ) the optimal matching point ( 24 ) for the maximum magnetic field amplitude ( 20 ) is achieved. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus (25) alle Einstellmöglichkeiten testet und die Einstellung für den optimalen Abgleichpunkt (24) auswählt.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claims 1 to 15, characterized in that the algorithm ( 25 ) tests all setting options and the setting for the optimal adjustment point ( 24 ) selects. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus (25) iterativen Charakter besitzt und die Einstellung für den optimalen Abgleichpunkt (24) iterativ findet.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claims 1 to 16, characterized in that the algorithm ( 25 ) has iterative character and the setting for the optimal matching point ( 24 ) iteratively. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Verschlechterung des Abgleichzustands (25) um einen gewissen Betrag durch Änderung der Umfeldbedingung oder der Bauteilwerteänderung in der Statorantenne (1) der Algorithmus zur Findung des neuen optimalen Abgleichspunkts (24) gestartet wird bzw. der Abgleich nachgeführt wird.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to any one of claims 1 to 17, characterized in that when the balancing state deteriorates ( 25 ) by a certain amount by changing the environmental condition or the component value change in the stator antenna ( 1 ) the algorithm for finding the new optimal match point ( 24 ) is started or the adjustment is tracked. Selbstabgleichende Statorantenne (1) nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Energieversorgung aus Taktreferenz für die Rotorelektronik (28) genutzt wird.Self-balancing stator antenna ( 1 ) according to claim 1 to 18, characterized in that the frequency of the power supply from clock reference for the rotor electronics ( 28 ) is being used.
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