DE202015007489U1

DE202015007489U1 - Contactless power supply of model components

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Publication number: DE202015007489U1
Application number: DE202015007489.8U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2016-01-19
Anticipated expiration: 2025-10-29

Abstract

Kontaktlose Stromversorgung von Modellbauteilen auf einer Modellbauanlage oder Diorama, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Bodenplatte der Modellbauanlage eine oder mehrere induktive Senderspulen befinden die mittels eines oder mehrerer angeschlossener Sender ein oder mehrere elektromagnetische Wechselfelder in den Spulen erzeugen.Contactless power supply of model components on a model building or diorama, characterized in that in the bottom plate of the model building one or more inductive transmitter coils are one or more connected transmitters generate one or more alternating electromagnetic fields in the coils.

Description

Im Modellbau wird versucht die Realität im verkleinerten Maßstab so gut wie möglich nachzubilden. Um so kleiner die Modelle werden, um so schwieriger wird es die immer kleiner werdenden Details noch maßstäblich abzubilden. Neben dem verkleinerten optischen Erscheinungsbild wird auch versucht Bewegungen so gut wie möglich auch bei sehr kleinen Modellen noch zu ermöglichen. So können beispielsweise in Fahrzeuge bis zu einem Maßstab von 1:87 noch relativ gut Motoren und Steuerungselektronik eingebaut werden und somit fahren die Fahrzeuge wie von selbst. Beleuchtungen können ebenfalls noch eingebaut werden da diese Fahrzeuge über Akku's verfügen. Bei einem Maßstab von 1:160 geht dass dann nur noch an den größeren Fahrzeugtypen, wie LKW's oder Busse. Um auch kleinere Fahrzeuge dann einigermaßen realistisch zu bewegen muss man dann schon auf andere Techniken zurückgreifen. Hier gibt es dann Schienensysteme bei denen Magnete unter der Straßenoberfläche gezogen werden, und so die Fahrzeuge wie von selbst über die Straßen entlang bewegen. Allerdings sind dann Zusatzfunktionen, wie beleuchtete Scheinwerfer und Rücklichter, schon sehr viel schwieriger umzusetzen.In model construction, the attempt is made to reproduce reality on a smaller scale as well as possible. The smaller the models become, the more difficult it becomes to reproduce the ever decreasing details to scale. In addition to the reduced visual appearance is also trying movements as well as possible even with very small models still possible. For example, in vehicles up to a scale of 1:87 engines and control electronics can still be installed relatively well, and thus the vehicles drive as if by themselves. Illuminations can also be installed because these vehicles have accumulators. At a scale of 1: 160, that only goes to the larger vehicle types, such as trucks or buses. In order to move even smaller vehicles reasonably realistically then you have to resort to other techniques. Here there are rail systems where magnets are pulled under the road surface, and so the vehicles move along the streets as if by themselves. However, then additional functions, such as illuminated headlights and taillights, already much more difficult to implement.

Bei stehenden Fahrzeugen wird dieses Problem durch Kabelzuführungen durch die Bodenplatte gelöst. Allerdings ist dann das Fahrzeug mehr oder weniger an einen festen Ort fixiert. Bei beweglichen Fahrzeugen ist der Einbau von Beleuchtungsmitteln schon sehr viel komplizierter. Der Einbau von Batterien und Akkus's ist zwar denkbar, aber der Batterientausch oder die Akkunachladung bleibt doch recht umständlich. Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine Technik zu finden wie auch bewegliche Fahrzeuge mit beleuchteten Scheinwerfern und Rücklichtern auszustatten, ohne über ein Kabel, Batterien oder Akku's zu verfügen. Für die Energieübertragung soll die bekannte Technik der induktiven Kopplung verwendet werden. Diese Technik wird heute bereits zur Übertragung von Daten oder auch zum kontaktlosen Laden von Akkus's verwendet. Allen bisherigen Anwendungen gemeinsam ist dass die Empfänger und Sender einen sehr kleinen Abstand von einander haben müssen, und meist über komplizierte Elektronik verfügen. Dennoch soll hier die induktive Kopplung eingesetzt werden, allerdings mit der Möglichkeit die mit einem Empfänger ausgestatteten Modelle mit einem weit größeren Bewegungsradius einzusetzen. Gelöst wird die Aufgabenstellung folgendermaßen:
Im Fahrzeug wird eine kleine Induktionsspule als Empfängerbaustein eingebaut. Dieser Empfänger besteht in seiner einfachsten Ausführung aus einer kleinen Induktionsspule die als Empfangsantenne dient. Daran kann direkt eine LED-Leuchte angeschlossen werden.For stationary vehicles, this problem is solved by cable feeds through the bottom plate. However, then the vehicle is more or less fixed to a fixed location. For moving vehicles, the installation of lighting equipment is much more complicated. The installation of batteries and Akkus's is conceivable, but the battery replacement or Akachachladung remains quite cumbersome. The object of the invention is now to find a technique as well as to equip mobile vehicles with illuminated headlights and taillights, without having a cable, batteries or rechargeable. For the energy transfer, the known technique of inductive coupling should be used. This technology is already used today for the transmission of data or for the contactless charging of Akkus's. All previous applications have in common is that the receiver and transmitter must have a very small distance from each other, and usually have complicated electronics. Nevertheless, the inductive coupling should be used here, but with the possibility to use the models equipped with a receiver with a much larger range of motion. The task is solved as follows:
In the vehicle, a small induction coil is installed as a receiver module. This receiver consists in its simplest version of a small induction coil which serves as a receiving antenna. It can be directly connected to an LED light.

Als vorteilhaft hat sich aber der zusätzliche Einbau eines Widerstandes vor der LED herausgestellt. Hiermit wird eine Stromreduzierung erreicht und damit eine Erhöhung der Lebensdauer. In einer weiteren Ausführung kann der Empfängerbaustein mit einem Schwingkreis aus Spule und Kondensator, sowie einer Diode und dazu eine LED-Leuchte ausgeführt werden. Alle Bestandteile sind vorteilhafter weise auf einer kleinen Platine untergebracht. Die Versorgung der Empfänger mit der notwendigen Energie erfolgt durch Sendespulen die in der Bodenplatte der Modellbauanlage eingebaut sind. Die Sendespulen können entweder gleichmäßig über die gesamte Modellbauanlage verteilt sein, oder auch nur an den für die Modelle vorgesehenen Aufstellorten. Bei beweglichen Fahrzeugen sind die Spulen entlang der Fahrstrecke anzubringen. Durch die unmittelbare Nähe zwischen Sender und Empfänger, und einer zwischen beiden Elementen abgestimmten Schwingkreises, wird nun Energie vom Sender zum Empfänger übertragen. Die Größe der übertragbaren Energie ist stark von der Ausgangsleistung des Senders und der Größe der Antenne beim Empfänger abhängig. Die vom Empfänger aufgenommene Energie muss nun möglichst effizient eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft zeigt sich hier die Leuchtdiode, auch LED genannt. Dieses Leuchtmittel ist sehr klein, und hat einen wesentlich besseren Wirkungsgrad wie konventionelle Glühlampen.However, the additional installation of a resistor in front of the LED has proved to be advantageous. This achieves a reduction in current and thus an increase in the service life. In a further embodiment, the receiver module with a resonant circuit of coil and capacitor, and a diode and to an LED light can be performed. All components are advantageously housed on a small board. The supply of the receiver with the necessary energy is carried out by transmitting coils which are installed in the bottom plate of the model building. The transmission coils can either be distributed evenly over the entire model building, or even only at the installation locations provided for the models. For moving vehicles, the coils must be installed along the route. Due to the close proximity between transmitter and receiver, and a tuned between two elements resonant circuit, energy is now transmitted from the transmitter to the receiver. The size of the transferable energy is highly dependent on the output power of the transmitter and the size of the antenna at the receiver. The energy absorbed by the receiver must now be used as efficiently as possible. Particularly advantageous here is the light-emitting diode, also called LED. This bulb is very small, and has a much better efficiency than conventional incandescent bulbs.

Je nach gewählter Induktionsfrequenz und Sendeleistung wird jetzt ausreichend viel Energie übertragen um an den Modellfahrzeugen ausreichend helle Scheinwerferbeleuchtungen und Rücklichter zu simulieren. Die Scheinwerfer oder Rücklichter können entweder als eigenständige kleine LED ausgeführt sein. Oder das Licht der LED wird über Lichtleitfasern zu seinem Bestimmungsort geführt. Diese Technik dürfte sich am effektivsten zeigen. Eine weitere Möglichkeit die Energieausbeute für die Beleuchtung weiter zu maximieren besteht in der Verwendung eines Kondensators. Der Kondensator lädt sich auf, und sobald eine Schwellspannung erreicht ist, gibt er den Strom frei an die LED, die daraufhin kurz aufleuchtet. Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators wird so gewählt dass sich dieser Aufladevorgang mindestens 18 mal pro Sekunde wiederholt. Durch die Trägheit des menschlichen Auges wird nun aus dem unterbrochenen Blitzen der LED ein gleichmäßig erscheinendes Licht.Depending on the chosen induction frequency and transmission power, sufficient energy is now transferred to simulate sufficiently bright headlight lights and taillights on the model vehicles. The headlights or taillights can either be designed as a separate small LED. Or the light of the LED is guided via optical fibers to its destination. This technique should be most effective. Another way to further maximize the energy yield for the lighting is to use a capacitor. The capacitor charges, and as soon as a threshold voltage is reached, it releases the power to the LED, which then briefly lights up. The charging speed of the capacitor is chosen so that this charging process is repeated at least 18 times per second. Due to the inertia of the human eye, the intermittent flashing of the LED now makes the light appear evenly.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird am Sender und Empfänger ein zusätzlicher Chip installiert der weitere Funktionen steuert. So wird dem bisherigen unmodulierten Trägersignal ein moduliertes Nutzsignal dazu gegeben. Dieses Nutzsignal kann nun zu Steuerzwecken besondere Funktionen am Empfänger auslösen. So können hiermit die mit dieser Technik ausgestatten Fahrzeuge unterschiedlich geschaltet werden. Zum Beispiel kann bei Fahrzeug 1 das Licht eingeschaltet sein, bei Fahrzeug 2 ist es aus, und bei Fahrzeug 3 können Blinker aufleuchten.In a further embodiment of the invention, an additional chip is installed on the transmitter and receiver controls the other functions. Thus, a modulated useful signal is added to the previous unmodulated carrier signal. This useful signal can now trigger special functions on the receiver for control purposes. So hereby the vehicles equipped with this technology can be switched differently. For example, in vehicle 1, the light may be on, in vehicle 2 it is off, and on vehicle 3, turn signals may light up.

Eine weitere Möglichkeit die Energieausbeute zu steigern besteht darin dass die Antenne in das Chassis des Fahrzeuges integriert wird. Die Antenne besteht dabei aus Leiterbahnen die auf die Außenseite der Modelle aufgeprägt sind. Damit diese nicht sichtbar sind, werden die Fahrzeugmodelle anschließend mit Farben beschichtet.Another way to increase the energy yield is that the antenna is integrated into the chassis of the vehicle. The antenna consists of tracks that are stamped on the outside of the models. So that these are not visible, the vehicle models are then coated with paints.

Der Vorteil dieser Technik ist augenscheinlich. Die Fahrzeuge können an jeglicher Stelle der Modellbauanlage platziert werden, soweit sie sich im Bereich eines Senders befinden. In der höherwertigsten Ausstattung können sie so bequem von einer Steuerstelle aus beliebig geschaltet werden.The advantage of this technique is obvious. The vehicles can be placed at any point of the model plant, as far as they are in the range of a transmitter. In the highest quality equipment, they can be switched so convenient from a control point of any.

Die Fahrzeuge können unbewegt stehen, aber sie können auch durch Magnetbahnen bewegt werden, und das auch mit eingeschalteter Beleuchtung. Durch diese Technik nähert sich der Modellbau auch bei kleinen Masstäben einen weiteren Schritt zu mehr Detailtreue.The vehicles can stand motionless, but they can also be moved by magnetic tracks, even with the lights switched on. Thanks to this technology, model making is taking another step towards greater detail, even with small scales.

Je nach übertragbarer Leistung ist es auch denkbar dass mit der übertragenen Energie nicht nur Leuchteffekte sondern auch die Motoren für den Antrieb der Fahrzeuge versorgt werden.Depending on the transferable power, it is also conceivable that not only lighting effects but also the motors for driving the vehicles are supplied with the transmitted energy.

Beschreibung der beigefügten Figuren:Description of the attached figures:

1 zeigt die Bodenplatte (1) einer Modellbauanlage (2) mit gleichmäßig angeordneten Senderspulen (3) und daran angeschlossenem Sender (6). 1 shows the bottom plate ( 1 ) of a model construction plant ( 2 ) with uniformly arranged transmitter coils ( 3 ) and connected sender ( 6 ).

2 zeigt eine Modellbauanlage (2) mit aufgebrachten modellbautypischen Untergründen wie Straßen und Wiesen. 2 shows a model building ( 2 ) with applied model-typical undergrounds such as roads and meadows.

3 zeigt beispielhaft ein Modellauto (4) mit einer auf der Unterseite aufgebrachten Empfängerspule (5). In dem dargestellten Beispiel ist die Spule als ebene Spirale ausgeführt. Die Spule kann auch in gewickelter und kompakter Form ausgeführt sein, dann wird sie im Inneren des Fahrzeuges untergebracht. 3 shows an example of a model car ( 4 ) with a receiver coil applied to the underside ( 5 ). In the example shown, the coil is designed as a planar spiral. The coil can also be made in a wound and compact form, then it is housed inside the vehicle.

Claims

Contactless power supply of model components on a model building or diorama, characterized in that in the bottom plate of the model building one or more inductive transmitter coils are one or more connected transmitters generate one or more alternating electromagnetic fields in the coils.

Contactless power supply according to claim 1, characterized in that the at least one model component is equipped with an inductive receiver coil which is tuned to the frequency of the transmitter and thereby receives power for the operation of consumers connected thereto.

Contactless power supply of model components according to claim 1 to 2, characterized in that the transmitter coils are distributed on the bottom plate uniformly over the entire system.

Contactless power supply of model components according to claim 1 to 2, characterized in that the transmitter coils are mounted on the bottom plate in a meaningful for later arrangement distribution.

Contactless power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that the transmitter coils are covered by model-typical substrates (roads, meadows, etc.).

Non-contact power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that the energy absorbed via the receiver coils is passed on directly to consumers such as LED lamps.

Non-contact power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that the energy absorbed by the receiver coils by additional electrical components (diodes, capacitors, resistors) in frequency and current is changed so that motors and other electronic components can be operated ,

Non-contact power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that the existing carrier frequency an additional useful signal is modulated with the aid of electronic controls can trigger switching signals at the receiver.

Contactless power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that the transmitter coils are mounted on a large board or carrier foil.

Non-contact power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that the receiver elements are incorporated in model vehicles, model houses, railways and other model-typical components.

Non-contact power supply of model components according to one or more of the above claims, characterized in that in small vehicle models, the receiver antenna is applied to the outside of the vehicle such that it is not recognizable as such, and is covered by vehicle-specific coatings.

Non-contact power supply of model components according to one or more of the upper claims, characterized in that the receiver coil is designed in the form of a flat spiral.