DE3029543A1

DE3029543A1 - Kontaktloser uebertrager

Info

Publication number: DE3029543A1
Application number: DE19803029543
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Ing. 8000 München Zierhut
Original assignee: Individual
Current assignee: Alfasystem Herstellung und Vertrieb Von Elekt GmbH
Priority date: 1980-08-04
Filing date: 1980-08-04
Publication date: 1982-02-18
Also published as: DE3029543C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Kontaktlosen, galva-
nisch getrennten Übertrager zur elektrischen Energietlbertragung in einer Richtung und zur Ubertragung von Signalen in der Gegenrichtung, wobei die Energie und Signalübertragung mittels induktiver Kopplung erfolgt, sodaß der Primär- und der Sekundärteil völlig getrennte Einheiten sind.
Derartige Ubertrager sind hinreichend bekannt z.3.
aus der automatischen Teilezuführung am Fließband der Automobilindustrie, oder der Melde und Uberwachungstechnik.
Ein bekannter Ubertrager arbeitet z. B. mit einem Schalenkernpaar, wobei auf der Primärseite in einer Schalenkernhälfte 2 Spulen vorhanden sind, wovon eine Spule mit Energie beaufschlagt wird und die zweite Spule in einer Brückenschaltung angeordnet ist, die auf Null abgeglichen wird. Wird nun auf der Sekundärseite des Ubertragers Energie entzogen, so hat dies eine Verstimmung der primären Brückenschaltung zur Folge. Diese Verstimmung kann nun als Neldesignal ausgewertet werden. Dieses System ist sehr aufwendig und liefert aus der Sekundäreinheit keine konstante Ausgangsspannung.
Ein weterer bekannter Ubertrager arbeitet mit zwei Schalenkernpaaren, wobei ein Schalenkernpaar für die Energieübertragung in der einen Richtung und das andere Schalenkernpaar fÜr die Signalübertragung in der anderen Richtung verwendet wird. Auch mit diesen Verfahren ist auf der Sekundärseite keine natürliche Spannungskonstanz zu erreichen.
Diese Systeme haben q2le die gleichen Nachteile, daß die Primär- und die Sekundäreinheit sehr genau zu einander zu positionieren sind, daß sie sehr groß bauen und je nach Entfernung des Primärteiffles zum Sekundärteil insbesondere in der Energieübertragungsrichtung keine konstante Spannungsübertragung ermöglichen, ohne sehr großen zusätzlichen Aufwand.
Der Erfindung legt nun die Aufgabe zugrunde, einen Übertrager zu schaffen, welcher elektrische Energie, wenn diese benötigt wird in ausreichender Menge, in der Übertragungsrichtung, mit möglichst konstanter Ausgangspannung ohne zusatzliche Mittel, unabhängig vom Arbeitsabstand der Primär- zur Sekundäreinheit, bis zu 5 bis 10 mm, Überträgt, der außerdem Meldesignale in der Gegenrichtung überträgt, ein Minimum von Baugröße und damit von Bauteilen aufweist, und einen hohen Wirkungsgrad zur Reduzierutlg des primärseitigen Energieaufkommens, sowie geringe Herstellungskosten aufweist. Diese Forderungen widersprechen sich beim heutigen Stand der Technik, so, daß die gestellte Aufgabe unlUsbar scheint.
Die Erfingung löst jedoch die gestellte Aufgabe in überraschend einfacher Weise. Erfindungsgemäß werden die Forderungen des übertragers dadurch erfüllt daß er aus 2 zwe -kreis gen Bandfiltern aufgebaut wird, wovon das erste Bandfilter in übertragungsrichtung mit der Frequenz f1 arbeitet und das zweite Bandfilter , entgeg n der Übertrangungsrichtung, m t der Frequenz f2, arbeitet und sei e Austeu renergie vonder Sekundärseite des ersten Bandfilters bes@eht und neben der übertragung von Signalen noch die am;lffltutenmäßige Ansteuerung des ersten Bandfilters mit übernimmt.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Fig. 1 erklärt: In der Primäreinheit w rd aus e nem Oszillat r S der Primärkreis des ersten Bandfilters, C1/L1, angesteuert mit der Frequenz f1. Vom Sekundärkreis des ersten Bandfilters, C2/L2, in der Sekundärein Beit wird die induktiv übertragene Energie im Brückengleichricht r B gleichgerichtet. Der Ladekondensator C wird über de nieder@fmigen Bingang P@n 2/1 des Verstärkres V1 aufge aden. Dadurch er @ärt den Verstärker V1 zur irzeugung b.w.zur Synchronisierung der F- quenz f2 de erforderlic en Erngangsimpulse. Die Frequenf f2 kan@g ößer der elemr a s f1 sein. Wenn im einfachsten Fall der Verstärker V1 aus z.ß. einem npn Transistor besteht, so daß rin 1 = Emitter, Pin 2 = basis, Pin 3 = Collektor ist, so wird der Primärkreis des zweiten zandfilters C3/ L3 inder Sekundäreinheit mit der Frequenz 2f1 ohne irgendwelche Zusatzeinrichtungen voll ausgesteuert.
Um die Effektivität der Aussteuerung noch zu vergrößern kann parallel zum Ladekondensator insbesondere noch eine Zenerdiode angeschlossen werden. Der Verstärker V2, im einfachsten Fall wieder nur ein z. B. npn -Transistor, mit Pin 1 = E, Pin 2 = B, Pin 3 = C, dient zur Modulation oder Tastung des Verstärkers V1. Wird z. b. ein Verbraucher von Usec nicht nach Masse, sondern nach U Usteuer angeschlossen, so kann die Ansteuerung von L3/C3 zu Null gemacht werden. Der Sekundärkreis des zweiten Bandfilters C4/L4, in der Primäreinheit nimmt die Sendefrequenz f2 durch induktive Kopplung auf und steuert damit den Auswerte-Verstärker V3 an. Dieser gibt zum Einen das Meldesignal bei Usig ab und steuert zum Anderen den Oszillator S an, so daX ein Regelkreis geschlossen wird, welcher die verbleibende geringe Spannungsänderung der Ausgangs spannung Usec noch völlig ausgleicht. Diese Anordnung hat m ch zusätzlich den Vorteil, daß für den Fall, daß sehr viel Energie aus der Sekundäreinheit benötigt wird, bei Muting von f2 durch Usteuer' der Oszillator S auf eine maximale Energielieferung umspringen kann. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn z. B. auf der Sekundäreinheit zur Kennzeichnung eines Zustandes eine leuchtdiode über z. B. einen Thyristor angesteuert werden soll.- Um den Thyristor wieder zu löschenmuß l..
diglich der Oszillator S kurz ausgetastat werden. Zur Erreichung einer optimalen Konstans, hat sich heraus- gestellt, daß vorteilhaft insbesondere alle 4 InauRtivit--ten der beiden Bandfilter L1, L2, L3, L4 gleichgemacht werden können was auch produktionstechnisch sehr wichtig ist zur Kosteneinsparung.
Die überraschend einfache Lösung der Erfindungsaufgabe ist auf die Eigenschaften eines Landfilters zurückzuführen. Wenn im überkritischen Kopplungsfall gearbeitet wird ergibt sich in Durchlaßbereich des Bandfilters eine Einsattlung bei der Bandmittenfrequenz.
Diese Einsattlung wird um so größer, je größer der Kopplungsfaktor des Bandfilters ist. Der Kopplungsfaktor des Bandfilters wiederum wird größer bei kicinerem Abstand der beiden Induktivitäten. j.h., werden die beiden Spulen aufeinander zubewegt, so steigt in Durchlaßbereich die Sekundärspannung an. Durch die Zunahme der Kopplung fällt aber in Bandmitte die Slannung gleichzeitig durch die Einsattlung wieder ab, so daß in der Summe bei der Bandmittenfrequenz die Sekundärspannung konstant bleibt.
Weiterhin ist das zweite überraschende ergebnis darin zu sehen, daß bei geringer belastung oder Leerlauf des Sekundärktreises des bandfilters eine große Einsattlung durch überkritische Kopplung besteht, wird nun eine höhere Belastung, also ein höherer Energiebedarf auf der Sekundärseite gefordert, so wird mit steigender Belastung die Dämpfung größer und damit geht die Kopplung allmählich zur kritischen Kopplung über, was ein Ansteigen der Spannung bei der Bandmittenfrequenz zur Folge hat, die dadurch den steigenden Spannungsabfall wieder kompensiert. Damit bleibt die sekundäre Ausgangsspannung praktisch konstant, auch unabhängig von der Belastung.

Claims

Patentansprüche 1. Kontaktloser Übertrager mit veränderbarem Abstand der Primär- zur Sekundäreinheit, zur Ubertragung von elektrischer energie in Übertragungsrichtung und von Signalen in Gegenrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der übertrager as zwe 2-kreisngen Bandfiltern besteht, wobei das erste Bandfilter, in Übertragungsrichtung, mit der Frequenz f1 arbeitet und das zweite Bandfilter, entgegen der Ubertragungsrichtung, mit der Frequenz f2=n.f1 arbeitet und seine Ansteuerenergie von der Sekundärseite des ersten Eandfilters bezieht und neben der Ubertragung von Signalen noch die amplitutenmäßige Ansteuerung des ersten Bandfilters auf der Primärseite übernimmt.
2. Ubertrager nach Anspru h 1, dadurch gekennzeichnit, daß zumindest das erste Bandfilter im Arbeitsbereich des Abstandes der Primär- zur Sekundäreinheit zwischen kritischer und überkritischer Kopplung arbeitet.
3. übertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kritische Kopplung zumindest des ersten Bandfilters bei einem Abstand von 5 bis 10 mm der Primäreinheit ur Sekundäreinheit liegt.
4. Übertrager nach eirem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß f2=2.f1 ist.
5. Übertrager nach zumindest einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung des Zweiten Ba:diIlters so ausgelegt ist, daß die Sekundärspannung des ersten Bandfilters bei sich im Arbeitsbereich änderen Abstand der Primär- zur Sekundäreinheit annähernd konstant bleibt.
6. übertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anschließen eines Verbrauchers R auf der Sekundärseite des ersten Bandfilters die Ansteuerung des zweiten Bandfilters uaterbrochen und die e Ansteuerung des ersten Bandfilters auf der Primärseite dadurch ein Maximum wIrd.
7. Übertrager nach zumindest e rem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Übertragerseite jeweils beide Spuler der Primär-und Sekundäre@nheit In einer Achse , Koaxial mit einem Abstand von 20 bis 40 mm angeordnet sind.
8. Kontaktloser Übertrager zur Übertragung von elektrischer Energie in Übertragungsrichtung und einem Melde- oder Steuersignal entgegen der Übertragungsrichtung zum Anscluß von Überwachungs und Meldeeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Energietransport mit einem Bandfilter mit der Bandm ttenfrequenz f1 mut kritischer bis überkritischer Kopplung erfolgt und daß@ am Sekundärkreis des Bandfilters eine Brücken oder Doppelweg Gleichrichtung angeschlossen ist, deren Ladekondensator m t seinem einen Ende über die Bas s-Emitter-Strekke ein-s Trans stors angeschlossen ist dessen Kollektor über eJnen Schwingkreis mit der Resonanzfrequenz 2fi am anderen Ende des Ladekondensators angeschlossen ist.
9. Übertrager nach zumindest einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvervielfachungskonstante n~gleich 0,5 oder 0,25 ist
10. Übertrager nach einen der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß alle 4 Induktivitäten, 11, 12, 13, 14, der beiden Bandfilter gleich groß sind.