JP7137580B2 - 非接触型誘導エネルギー伝送装置および当該装置の動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、双方が少なくとも1つのコイルを備える一次部から二次部への非接触型誘導エネルギー伝送を行う装置に関し、エアギャップを介してこれらのコイルを互いに誘導結合させることができる。本発明はまた、このタイプの装置を操作する方法に関する。

機械的に接続されると共に切断される接触要素を介してエネルギー伝送が行われるプラグコネクタと比較して、非接触型エネルギー伝送装置には、多数回に及ぶプラグサイクルや激しい振動による摩耗の点で、利点がある。加えて、電気負荷下でのプラグの抜き差し中に発生する接点の焼損が防止される。エネルギー伝送用の非接触型装置の場合、高電気負荷のプラグコネクタの切断中にアーク放電が形成されるリスクも存在しない。そして最後に、エネルギーの非接触伝送では、一次部と二次部との間にガルバニック分離がもたらされ、これはたとえば、医療分野での使用に必要となる場合がある。さらに、機械的に噛み合う接触を回避することで、当該装置の表面を可能な限り平滑化することができ、その結果として、たとえば食品分野などの清浄度や衛生状態に対する要求が高い用途に最適となる。

また、その高い耐摩耗性により、たとえばロボットにおける交換可能なツールにエネルギーを伝送するなど、自動化の分野でも非接触型誘導エネルギー伝送への関心が高まっている。

国際公開第2013/087676号パンフレットには、一次部から二次部への非接触型誘導エネルギー伝送を行う装置について記載されており、これによってエネルギー伝送への機械的プラグ接続を、たとえばロボットにおける交換可能なツールと置き換えることが可能となっている。一次部と二次部の双方が少なくとも1つのコイルを備え、これらのコイルを互いに誘導結合させることができ、これらのコイルはそれぞれフェライトコアと相互作用している。このフェライトコアは、その透磁率により磁束を増加させるので、当該装置のサイズが小さく、かつ伝送面が小さくても、大量の電力を伝送することができる。

この場合、高磁束である結果として、相互間の距離が最短となる位置に一次部と二次部とが（現時点ではまだ）位置していないが、相互間にギャップが存在するような場合、エネルギー伝送が既に可能となっている。同様に、一次部と二次部とが横方向に（側方に）一定の変位を行う場合、したがって、一次部のコイルと二次部のコイルとが同軸上に位置していない場合でも、エネルギー伝送を行うことができる。

また、従来技術に関しては独国特許出願公開第102015113723号明細書に言及しておく必要があり、本文献でも、請求項1の前文に記載の装置を開示している。

本発明の目的は、とりわけ自動化の分野で使用するために、非接触エネルギー伝送を目的としてそのような装置を使用する機会を拡大していくことである。

この目的は、独立請求項のそれぞれの特徴を備えたこのタイプの装置、および装置の動作方法によって達成されることになる。

本装置および本動作方法の有利な実施形態およびさらなる開発については、従属請求項に記載している。

請求項1によれば、双方が少なくとも1つのコイルを備える、一次部から二次部への非接触型誘導エネルギー伝送を行う装置が作製され、エアギャップを介してこれらのコイルを互いに誘導結合させることができ、一次部および／または二次部は、これらの一次部および／または二次部のうちの少なくとも1つの状態パラメータを、繰り返しまたは好ましくは連続的にモニタリングする状態モニタリング装置を備え、また、この少なくとも1つの状態モニタリング装置は、少なくとも1つの状態パラメータを調整および／または変更できるパラメータ化ユニットをさらに備える。

このようにして、本非接触型エネルギー伝送装置の1つまたは好ましくは複数のパラメータが、単回または好ましくは繰り返しの持続的な収集が実現され、これにより、本装置の制御および監視が極めて簡素化されることになる。好ましくは、これらのデータの評価を評価ユニットで実行し、本装置の実挙動が事前設定した正常挙動から逸脱すると、直ちに警告信号を生成できるようにしている。

有利には、状態パラメータ、または動作中の制限値などそれらと関連している値のうちの少なくとも1つをモニタリングできるだけでなく、端末装置を使用してそれらを調整または変更する、すなわちパラメータ化を実行することもできる。この目的のために、設定機能またはパラメータ化ユニットを追加することにより、本状態モニタリング装置を効果的に拡張している。

したがって、本発明はまた、制御システムの一部を形成している、エアギャップを介した一次部のコイルから二次部のコイルへの非接触型誘導エネルギー伝送を行う装置の動作方法に関し、一次部から二次部に誘導エネルギー伝送を行う間、少なくとも1つの状態パラメータの収集が、とりわけセンサを介して、一次部および／または二次部の状態モニタリング装置で実行され、その際データ伝送装置を用いて、モニタリングされる状態パラメータがデータ形式で制御ユニットおよび／または端末装置へと伝送され、少なくとも1つの状態モニタリング装置は、個々の状態パラメータまたは複数の状態パラメータの少なくとも1つの制限値、あるいはこれらの状態パラメータと相関している値のうちの少なくとも1つを設定もしくは変更できるパラメータ化ユニットを備える。

付加的にまたは代替的に、とりわけ端末装置のディスプレイ上で、少なくとも1つの状態パラメータ、またはこの少なくとも1つの状態パラメータと相関している情報の表示が、行われる。

本発明は、また、少なくとも1つの端末装置、制御ユニット、少なくとも1つのフィールドユニット、およびこれらに基づく請求項の少なくとも1つに記載の少なくとも1つの装置を備える制御システムに関する。

好ましい別の実施形態によれば、一次部の状態モニタリング装置が一次部のデータ伝送装置と結合され、および／または二次部の状態モニタリング装置が二次部のデータ伝送装置と結合されることができ、これにより、観測されたデータを本装置の内部または本装置の外部へとさらに伝送できる。

一次部の状態モニタリング装置が、一次部の、とりわけ一次コイルの少なくとも1つの状態パラメータをモニタリングする少なくとも1つのセンサと結合された場合、および／または二次部の状態モニタリング装置が、二次部の、とりわけ二次コイルの少なくとも1つの状態パラメータをモニタリングする少なくとも1つのセンサと結合された場合、有利となる。

本出願の実施可能性をさらに高める有利な実施形態および変形形態によれば、少なくとも1つのデータバスを介して制御ユニット（ゲートウェイ）へ、または直接端末装置へとデータを伝送するように、一次部のデータ伝送装置を設計することができる。さらに別の変形形態によれば、少なくとも1つのデータバスを介して二次部のデータ伝送装置にデータを伝送するように、一次部のデータ伝送装置をさらに設計していてもよい。データ入力および／またはデータ出力、とりわけデータ表示を行うために、この制御ユニットが少なくとも1つの端末装置と結合され、またより好ましくは、少なくとも1つの状態パラメータ、もしくは少なくとも1つの状態パラメータと相関している情報を視覚表示し、および／または、とりわけ制限値という意味で、これらの状態パラメータのうちの少なくとも1つを設定または変更するように設計された視覚表示画面を、この少なくとも1つの端末装置が備える場合、さらに有利となる。

これにより、有利な選択肢が得られることになる。

たとえば、本装置または本システムの動作を最適化するために、とりわけ1または複数の電流、1または複数の電圧、1または複数の温度、および／または1または複数の効率などの内部パラメータが測定もしくは特定される。こうしたパラメータ化により、ユーザは本装置または本方法をパラメータ化し、その結果、とりわけこれらのパラメータが有するそれぞれの制限値を特定かつ設定することができる。これらの制限値を、センサデータの組み合わせ評価によって特定してもよい。

パラメータ化によって設定されたこのタイプの制限値を超えるか、または危機的な状態に移行した場合に、本システムは初期警告を発することになる（図6の警告フラグも参照のこと）。本システムまたは本装置が依然として危機的な状態のままである場合、たとえば所定時間が経過した後に、追加の警告が発させられてもよい。さらに3回目の警告が発せられる代わりに、本システムをシャットダウンすることが可能である。この手順により、本装置または本システムが相当に保護されることになる。さらに、本装置または本システムがモニタリングされる（たとえば、エアギャップ）一方、内部パラメータが監視されることにより、同時に本システムが確実に最適操作されるようになる。このことは、これに伴い、本システムを設置している設備の可用性が向上することを暗示している。

本発明の変形形態によれば、パラメータ化の通知の有無に関係なく、たとえば伝送を停止し、および／または電力を低減するなどの独立した、もしくは制御された機能動作を行ってもよい。

少なくとも1つのデータバスまたは複数のデータバスを介して少なくとも1つのフィールドユニットへとデータを伝送するように、二次部のデータ転送装置を設計していても、さらに有利となり得る。フィールドユニットとデータ交換を行うこのオプションでは、本非接触型エネルギー伝送装置を使用する可能性がさらに拡大していくことになる。

別の変形形態によれば、一次部と二次部とが双方で、エアギャップを介してデータを伝送するデータ伝送装置を備えるようにしている。とりわけ産業環境の自動化分野で使用する場合において、たとえばロボットアームで交換可能なツールの場合、供給電流を供給することに加えて、データ接続が頻繁に必要となる。一次部と二次部とをそれぞれ1つのみ備える単一の装置を介して電流とデータとを共に伝送することで、本システムの設置およびメンテナンスが簡略化されることになる。本装置の有利な一実施形態では、エアギャップを介してデータの伝送を光学的に実行している。ここでは、誘導エネルギー伝送に何ら干渉する状況にないデータ伝送チャネルを選択している。好ましくは、このデータ伝送装置をコイルの中央に同心に配置している。このように、コイルの中央にある空間を利用できるため、エネルギー伝送のみに使用されるシステムと比較して、それらの寸法を増大させることなくこのデータ伝送装置を一次部または二次部に組み込むことができる。本装置の別の有利な一実施形態では、このデータ伝送装置はそれぞれ、少なくとも1つの送信要素と、中央に配置され、かついくつかの受信要素に包囲された少なくとも1つの受信要素とを有する。

以下で、本発明について、例に基づく図を使用してより詳細に説明するものとする。
非接触型エネルギー伝送装置を示す第1の略図の断面図である。 図1に示す本装置の別の断面図である。 非接触型エネルギー伝送装置の変形形態を有する制御システムの概略図である。 図3の非接触型エネルギー伝送装置の概略図である。 図3の制御システムにおける、非接触型エネルギー伝送装置の概略図または第2の変形形態である。 図4または図5における本装置の状態情報を表示する、第1の表示画面の概略図である。 図4または図5における本装置の状態情報を表示する、表示画面の変形形態を示す概略図である。

図1は、一次部1から二次部1'への非接触エネルギー伝送を行う第1の装置の概略断面画像を示す。図2では、一次部1を、図1に示す切断線A-Aに沿った断面で示している。

一次部1に割り当てられている要素を以下では一次側要素とも呼び、図ではアポストロフィのない参照記号でこれらを標示している。二次部1'に割り当てられている要素を以下では二次側要素とも呼び、これらには対応するアポストロフィ付きの参照記号を付している。

同じまたは同等の機能を有する一次側要素および二次側要素には、同じ番号の参照記号を付与している。以下では、具体的に一次側または二次側を参照していない場合、アポストロフィなしの参照記号を使用し、これによって双方の側を指している。

一次部1および二次部1'の双方がハウジング2を有し、このハウジング2をプラスチック、アルミニウム、またはステンレス鋼などのプラグハウジングに一般的に用いられる材料で作ることができる。このハウジング2はハーフシェル状に作られており、その前面を前面板3で閉鎖している。前面板3から離間する方向に向かう後方領域では、ハウジング2において接続ケーブル5用のケーブル通過部4またはプラグ接続部を設けている。好ましくは、この接続ケーブル5は、伝送されるエネルギーを含むエネルギー供給用の接続線と、データ線とを有するハイブリッド線である。あるいは、エネルギーとデータとを別々の線で搬送することもできる。固定線の代わりに、プラグコネクタをハウジング2に配置することもできる。

双方の位置で前面板3の真後ろに、フェライトコア11上に、またはフェライトコア11に挿入したコイル体上に巻回したコイル10を配置している。このコイル10を単一の導体で巻回することができる。ただし、表皮効果を低減するには、複数の導体による高周波撚り線を使用することが好ましい。

図示の実施形態では、一次部および二次部上のフェライトコア11は、外側リム12と、外側リム12と同心の内側ドーム13とを備える円形のカップコアである。このタイプのコアは（円筒対称）E型コアとも呼ばれている。ここで、均一な磁束密度を得るために、フェライトコア11の異なる漏洩磁場を考慮して、外側リム12の断面と内側ドーム13の断面とをほぼ同じサイズにしている。異なる形状のフェライトコアも使用することができる。たとえば、円形または正方形もしくは長方形のフェライトコアを備える正方形または長方形のコアを使用することができる。たとえば導体同士を接合したものなど、コイル体を含まないコイルを同様に使用してもよい。フェライトコア11がそれぞれの前面板3に向かって開放しており、反対側では外側リム12と内側ドーム13とをカップベース上で互いに接続させている。双方のケースで、コイル10を外側リム12と内側ドーム13との間の環状トレンチに配置している。コイル10とフェライトコア11との外側リムおよび内側リム間に依然として存在し得るギャップを、熱伝導媒体で（ハウジングに熱放散する可能性がある）充填することができる。

非接触型誘導エネルギー伝送の場合、動作時に、一次部1と二次部1'とを、これらの前面板3、3'が互いに対向するように、わずかな距離を置いて配置している。エアギャップ6を形成しているこの距離を、伝送距離z0として図1に示している。

許容伝送距離z0の寸法は、サイズ、とりわけコイル10またはフェライトコア11の直径に応じて、0～数ミリメートルまたは数センチメートルの範囲となる。一次側コイル10の軸に沿った方向を以下ではz方向と称し、これに対応する軸をz軸と称している。x方向およびy方向またはx軸およびy軸は、前面板3の平面においてこれに垂直に走行している。

動作時、一次コイル10とも称している一次側コイル10に、交流電流を印加している。好ましくは、本プロセスでは、一次コイル10と共振コンデンサとから共振ループが形成され、その周波数は数キロヘルツ（kHz）～数百kHzの範囲にあるが、周波数が数十kHzの範囲であるととりわけ好ましい。一次コイル10に印加する交流電流は、電力変換器により供給される。この電力変換器では、たとえば、パルス幅変調法（PWM法）を用いて交流電流を生成することができる。この電力変換器を、モニタリングアレイおよび制御アレイと共に、一次部1のハウジング2内の回路基板20上に配置している。図では、例示として電子コンポーネント21を回路基板20上に示している。

上述の共振コンデンサと一次コイル10とから形成される共振ループにおける振幅の共振拡大から電力変換器を保護するために、共振ループをわずかな超共振モードで、したがって共振周波数を超える周波数で動作させている。

エネルギー伝送中、一次コイル10と、以下では二次コイル10'と呼んでいる二次側コイル10'との電磁結合により、フェライトコア11および11'を設けていることに起因してとりわけ効率的な状態が実現される。二次コイル10'には電圧が誘起され、整流後、電圧変換と、必要に応じて電圧安定化とを、伝送エネルギーの出力用接続ケーブル5'の出力電圧に行うことができる。二次部の電子コンポーネントを同様に回路基板20'上に配置しており、ここでも例示として個々の電子コンポーネント21'を描画している。有利には、同期整流器を使用できるように、二次コイルにセンタータップを設けることができる。

提示している実施形態では、一次部1と二次部1'とを互いに対して横方向に位置合わせさせる噛み合いガイドまたは位置決め要素を、何ら設けていない。そのような要素を設けていないため、横方向の動き、すなわちx方向および／またはy方向の動きによって一次部1と二次部1'とを動作位置に共に持ち込んだり、あるいは互いから離間させたりすることもできる。接続を確立または切断するために、一次部1および二次部1'が互いに対して別途軸方向移動を行う必要ないため、このことは、具体的には自動化の分野でとりわけ有利であることを示す。しかしながら、意図する用途に応じて、そのようなガイド要素または位置決め要素を代替実施形態において設けていてもよい。

フェライトコア11および11'により磁束密度が高くなり、コイルの体積が小さい場合でも効率的なエネルギー伝送が可能となる。本プロセスでは、この伝送は、一次部1と二次部1'とが互いに対して横方向に変位することに対して比較的に耐性がある。このことは、たとえば自動化の分野で非常に有利であり、これはなぜなら、従来のプラグ接続を確立する際に必要な高い位置決め精度が、ここでは不要となるからである。

データ伝送を行うために、本装置はデータ伝送装置50を備える。本装置は、本装置内の1つおよび／または複数のデータバスを備える少なくとも1つのデータインターフェースを介して、および／または本装置の外側にある外部コンポーネントへとデータを伝送するために、あるいはこれらのコンポーネントからデータを受信するために、少なくとも1つのデータ伝送装置30、30'を備え得る。

図3は、非接触型エネルギー伝送（ここでは伝送システムと呼ぶ）装置110の変形形態を有する、制御システム100の概略図を示す。この装置110は一次部1（一次側1）と二次側1'（二次側）とを備える。純粋に機能的な結合性を示すために、装置110をコーナ領域が丸い長方形で囲っている。

制御システム100は多数のバスを備える。ここで言うバスとは、プロセッサ、とりわけCPUを備える制御システム内のユニット間、または制御システム100内の個々のユニットにおける他のコンポーネント間で、データまたはエネルギーを一方向または双方向に伝送する制御システムのサブシステムを意味する。この意味で、非接触型エネルギー伝送装置110は、本制御システムのユニットのうちの1つである。制御システム100のバスを、並列またはビット直列として設計していてもよい。それらのアーキテクチャを、線形および／または星形としてもよい。制御システム100の外部バスをさらに設けている。本出願の意味の範囲内で、これらはすべて、装置110の外側にある制御システム100のユニットとこれらとを接続する、非接触型エネルギー伝送装置110の外部にあるバスである。制御システム100の内部バスをさらに設けている。本出願の意味の範囲内で、これらは、装置110内でエネルギーおよび／またはデータもしくは信号を伝送するのに使用されるバスである。装置110は、少なくとも1つのマイクロコントローラ（ここでは視認できない）または別のプロセッサ、とりわけCPUを備える。

制御システム100のユニットには、少なくとも1つの制御ユニット120、とりわけゲートウェイ、少なくとも1つの端末装置（端末通信装置130）、少なくとも1つのクラウド140（コンピュータ装置という意味では、とりわけインターネットを介してアクセス可能な独自のCPU機能を有するメモリ装置）、および少なくとも1つのフィールドユニット150がある。ディスプレイ装置170を有する制御ボックス160を、オプションとして示している。

矢印P-Iを使用して、内部エネルギーバスによる一次部1と二次部1'との間の非接触型内部エネルギー伝送を示している。また、内部データバスによる一次部1と二次部1'との間のケーブルレスまたは非接触型内部データ伝送を示すために、矢印D-Iを使用している。このデータ接続を実現するために、一次部1および二次部1'はそれぞれ、装置100のデータ伝送装置の一部を形成しているデータ伝送装置30、30'を備える（図1、図3、図4）。

さらに、少なくとも1つの外部エネルギーバスP-E10および少なくとも1つの外部データバスD-E-10、ならびに好ましくは（必須ではないが）第2の外部データバスD-E-11を介して、ケーブル接続またはケーブルレスデータ伝送を行うために、たとえばゲートウェイなどの制御ユニット120に一次部1を接続している。これに対して、少なくとも第1の外部データバス（図において実線ではない、太い矢印）、またはたとえば別の伝送プロトコルを使用している可能性のある異なる構造のデータバスを介して、制御ユニット120またはゲートウェイを少なくとも1つの端末装置130に接続してデータ出力、とりわけ表示と、データ入力とを行うことにより、制御システム、とりわけ非接触型エネルギー伝送装置の状態データを表示することができ、および／または制御コマンドを入力することができる。

制御ユニット120を、端末装置130のいくつかに接続することもできる。ここでは、2つの別個の端末装置130を設けている。この場合、端末装置130のうちの一方を、第1の外部データバスを介して制御ユニット120に直接接続しており、他方の端末装置130を、ここではクラウド140を介して制御ユニット120に間接的に接続しており、また第1の外部データバスを制御ユニット120に接続している。少なくとも1つの外部データバスD-E-10へデータ伝送を行うために、物理的構造およびデータ技術設計が異なる極めて多様なシステムを使用することができ、これにはたとえば、ProfibusやEthernetなどのさまざまなタイプのフィールドバスシステムが含まれる。ここで、端末装置130が、制御ボックス160上のディスプレイ装置170として設計された第2の端末装置と結合している（図3を参照のこと）。このようにして、制御ボックス上または制御ボックス内にディスプレイを直接設けることができる。

第2の外部エネルギーバスP-E-20を介して、二次部1'をたとえば少なくとも1つのドライブ、パルス発生器、またはセンサなどを有する少なくとも1つのフィールドユニット150にも接続して、これらにエネルギーを供給している。

ここでも、第3の外部データバスD-E-30を介して二次部1'をフィールドユニット150の少なくとも1つに同様に接続して、これらに制御データまたは信号を伝送するか、あるいはこれらから制御データまたは信号を受信している。第2の外部データバスD-E-30、とりわけその伝送プロトコルを、第1の外部データバスと同じ方法で設計することができる。

このようにして、非接触エネルギー伝送用のデータバス110、および好ましくは非接触型エネルギー伝送装置110の二次部1'に接続された1または複数のフィールドユニット150の遠隔制御が可能となっている。

さらに、非接触型エネルギー伝送装置110の遠隔監視および遠隔診断も可能である。好ましくは、本装置の二次部1'に接続されたフィールドユニット150の遠隔監視および遠隔診断も可能である。

図4は、図1のタイプの非接触型エネルギー伝送装置110の概略図を示す。

また、エネルギー伝送チャネルまたはエネルギーバスP-E-1、P-IおよびP-E-2、データ伝送チャネルまたはデータバスD-E-10、オプションの第2のデータバスD-E-20ならびにオプションの第3の外部データバスD-E-30を示している。

エネルギー伝送を行うために、一次部1は、先行セクションに記載したコンポーネント、とりわけ一次コイル10を備える。加えて、データ伝送を行うために、少なくとも一次部1はデータ伝送装置40を備える。ここで、このデータ伝送装置40が第1の外部データバスD-E-10へと接続している。この第1のデータバスを、パラレルデータ伝送用に設計することができる。この第1のデータバスを、さらに第2の外部データバスD-E-20へと接続している。この第2の外部データバスD-E-20を、たとえばRS 232またはRS 485などのシリアルデータ伝送用のデータバスとすることができる。

この第2のデータバスD-E-20は有利なオプションであるが、必ずしも実装する必要はない。第2の外部データバスD-E-20を制御ユニット120に接続していることが好ましい。

一次部4は、状態モニタリング装置50（状態モニタリング）を備える。少なくとも1つのセンサ（センサS1、S2、…、SN）を状態モニタリング装置50に接続している。

このようにして、状態モニタリング装置50は、とりわけエネルギー伝送中の非接触型エネルギー伝送装置110の動作時に、非接触型エネルギー伝送装置、とりわけ一次部1に関する少なくとも1つの状態パラメータを収集する役割を果たしている。

状態モニタリング装置50を一次部1のデータ伝送装置40と結合している。このデータ伝送装置40は、一次部1の状態モニタリング装置50によって収集された状態パラメータを1つのデータバスに、またはデータバスのいずれか1つ（この場合は第2の外部データバスD-E-20）を介して制御ユニット120に転送することができ、この制御ユニット120は、ここからデータバスを経由して、たとえばインターネットなどを介して、端末装置130または端末装置130の1つに情報を伝送することができる。収集された状態パラメータを伝送するために、ここではたとえばシリアルデータバスなどの別個のデータバスを使用するのが有利である。ただし、これは絶対に必須というわけではない。

オプションとして、有利な（ただし、ここでも必須ではない）別の開発形態によれば、二次部1'がデータ伝送装置40'を備えるようにしている。これは好ましくは、一次部1と二次部1'との間で内部バスD-Iを介して内部データ伝送を行う第1のデータ伝送装置30'を備える、データ伝送装置40'である。加えて、この場合、第3の外部バスであるD-E-30を介してフィールドユニット150にデータを伝送し、かつこれらからデータを受信するように、このデータ伝送装置40'を設計することができる。このようにして、これらのデータを転送可能とすることができ、またこれらのデータをフィールドユニット150から一次部1に、そしてここから制御ユニット120に、次いでさらに第1の外部データバスを介して端末装置130へと転送することができる。

オプションとして（ただし必須ではない）、二次部1'は状態モニタリング機構50'をさらに備える。ここでも、少なくとも1つのセンサ（S1'、S2'、…、SN'）を状態モニタリング装置50'に接続して、このタイプの状態パラメータを検出している。

したがって、この状態モニタリング装置50'は、非接触型エネルギー伝送装置、とりわけ二次部1'に関する少なくとも1つの状態パラメータを収集する役割を果たしている。

この状態モニタリング装置50'は、二次部1'のデータ転送装置40'と結合している。このデータ転送装置40'は、二次部1'の状態モニタリング装置50'によって検出された状態パラメータを、内部データバスD-Iを介して一次部1に、さらにここから制御ユニット120へと転送することができ、この制御ユニット120は、同様にここからインターネットなどを介して、端末装置130に直接的または間接的に情報を伝送することができる。ここで、二次部1'の状態を直接モニタリングするオプションにより、状態モニタリングが有利に展開することになる。

一次部1または二次部1'でこのようにモニタリングかつ監視できる状態パラメータには、とりわけ以下の（このリストは完全とは見なされない）電圧と電流（とりわけ入力電圧）、（有効な）入力電流および／または出力電流、ならびに一次部1および／または二次部1'の（有効な）出力電流がある。

このようにモニタリングかつ監視できる別の状態パラメータには、一次部1および／または二次部1'の有効な入力電流、状態、内部温度、ハウジング温度／表面、および周囲温度がある。

このようにモニタリングおよび／または監視できるさらに多くの状態パラメータには、浮遊磁場センサ技術のパラメータ（インダクタンスの電圧）、一次部1と二次部1'との間の距離、一次部1と二次部1'との間の角度、入力電圧の品質（適合性）、入力電力、出力電力、効率、オブジェクト認識FOD（磁場の変化）、遠隔モジュールの識別、動作点、二次側または二次部1'のマスタデータ、および一次側または一次部1のマスタデータがある。

これらのパラメータは、とりわけ端末装置130のディスプレイ上で検出可能および／または表示可能である。PCまたは携帯電話などの携帯端末を少なくとも1つの端末装置130として使用する場合、その表示画面を、たとえば図6または図7のように設計することができ、この表示画面は、個々のパラメータを表示するように設計された少なくとも1つの表示フィールドを有していてもよい。

オプションとして、有利には、動作中にパラメータの少なくとも1つをモニタリングするだけでなく、これらを調整および／または変更する、すなわちこれらをパラメータ化することも可能である。このようにして、状態モニタリング装置50、50'を、設定機能またはパラメータ化ユニットによって機能的に拡張している。

好ましくは、端末装置130の表示画面上にパラメータを入力することにより、たとえば現在の設定値または制限値などのパラメータを設定または変更している。この端末装置130から、たとえばインターネットを介して、非接触型エネルギー伝送装置100の制御ユニット120および外部データバスD-E-10へとこれらの入力情報を設定値または設定パラメータとして送信している。この目的のために、別の実施形態では、Bluetooth（登録商標）またはNFC（近距離無線通信）などの無線インターフェースを備えるモバイル装置を、パラメータ化および識別に同様に使用することができる。この目的のために、非接触型エネルギー伝送装置110が、とりわけインターネットを介して本制御システム内で本装置の識別およびアドレス指定を行うための、好ましくはインターネットに接続できる識別アドレスを備えていると有利である。

図5によれば、一次部1および／または二次部1'の状態モニタリング装置50および／または50'はそれぞれ、内部データバスCM、CM'を介して接続可能ないくつかのセクション50a、50bまたは50a'および50b'を有する。これをi²C標準で構成することができる。

セクション50a、50a'のうちの一方をそれぞれのデータ転送装置40、40'と直接結合し、他方のセクション50b、50b'をそれぞれの一次コイル10または二次コイル10'に直接割り当てることにより、これらのコンポーネントで直接状態パラメータを収集し、次いでそれぞれのデータバスを介してこれらを制御ユニット120に転送し、そこから端末装置130へと転送している。データおよびエネルギー伝送装置40および10、または場合によっては40'および10'をハウジングに組み込んでローカルに統合することができ、これにより簡便に取り扱えるようになる。しかし、これらを互いに別々に構築し、必要に応じさまざまな場所に配置することも考えられる。次いで、本データおよびエネルギー伝送装置は、それぞれ専用の状態モニタリング装置50a、50b、50a'、50b'を備え得る（図5と同様）。

検出されたパラメータを視覚化する実現可能性を図6および図7に示す。それぞれのケースで、たとえばPCなどの端末装置の表示画面上に、一例としてパラメータ電圧、コイル電流、またはコイル温度（ここでは、たとえば一次部1の一次コイル10）などのパラメータを出力している様子を示している。また、図6または図7の各ケースで使用している語から明らかなように、データ伝送パラメータ（伝送レートなど）および他のパラメータを同様に表示してもよい。複数のパラメータをリンクして、そのリンクした値を出力または表示することも考えられる。さらに、閾値などを設定して、たとえばこれらの達成または逸脱を、とりわけ端末装置のディスプレイ上に示すことが考えられる。

このため、有利には、特定の値もしくは値の範囲からの逸脱、または特定の値の挙動が見られた場合（たとえば、ある測定値が勾配から逸脱した場合）、エラーコード（エラーフラグ）を出力することが可能である。さまざまなパラメータを使用した通知も可能である（たとえば、容量90％超過の警告フラグ／安全シャットオフ温度への温度の接近／著しい入力変動／伝送距離の上限に常に達しているなど）。装置110の内部データバスD-Iは非常に有利なオプションであり、より広範な制御および監視オプションを実現する機会をもたらしている。ただし、この内部データバスD-Iは、本発明によるすべての変形形態で、本発明の意味において必須のオプションではない。図1によれば、本装置の一次部1および二次部1'は双方が、データ伝送装置40および40'において非接触エネルギー伝送を行う統合データ伝送装置30または30'をそれぞれオプションで備え、これらは一次部1と二次部1'との間で（デジタル）データを双方向に伝送している。このため、たとえばオートメーションコンポーネントまたはフィールドユニットには、本非接触型エネルギー伝送装置を介して電流を供給するだけでなく、データも供給することができる。したがって、本非接触型エネルギー伝送装置では、たとえば相互作用を目的として、非接触型の重要なインターフェースを組み合わせて提供している。データ伝送装置30および30'は、好ましくはその設計が同一であるため、優先方向なしでデータを双方向に伝送することができる。

この伝送を、データ伝送装置30および30'の双方において、少なくとも1つの送信要素および少なくとも1つの受信要素で光学的に実行することが好ましい。図示の実施形態では、データ伝送装置30および30'を双方とも中央に（x方向およびy方向に）配置し、カバープレート3、3'の平面内に可能な限り光入射面と光出射面とを備えるようにしている。

双方向伝送を、たとえば2つの伝送方向に対して異なる波長の光を使用するなどして、全二重モードで実行することができる。全二重モードプロセスを、2つの伝送方向に対して同じ波長でも、たとえば2つの伝送方向で異なる変調信号を使用するなどして実行することができる。

あるいはこの双方向伝送を、たとえば2つの伝送方向で交互に連続するタイムスロットを使用する時間多重化法を用いて、半二重モードプロセスで実行することもできる。

1 一次部
1' 二次部
2, 2' ハウジング
3, 3' カバープレート
4, 4' ケーブル通過部またはプラグコネクタ
5, 5' 接続ケーブル
6 エアギャップ
10 一次コイル
10' 二次コイル
11, 11' フェライトコア
12, 12' 外側リム
13, 13' 内側ドーム
20, 20' 回路基板
21, 21' 電子コンポーネント
30, 30' データ伝送装置
40 データ伝送装置
50, 50' 状態モニタリング装置
x, y, z 直交座標系
z0 伝送距離
100 制御システム
110 非接触型エネルギー伝送装置
120 制御ユニット
130 端末装置
140 クラウド
150 フィールドユニット
160 制御ボックス
170 ディスプレイ装置
D-I 内部データバス
P-I 内部エネルギーバス
P-E-10 第1の外部エネルギーバス
P-E-20 第2の外部エネルギーバス
D-E-10 第1の外部データバス
D-E-10 第2の外部データバス
S1, S2, …, SN センサ
S1', S2', …, SN' センサ

Claims (9)

1. 双方が少なくとも1つのコイル（10、10'）を備える、一次部（1）から二次部（1'）への非接触型誘導エネルギー伝送を行う装置であって、エアギャップ（6）を介して前記コイル（10、10'）を互いに誘導結合させることができる装置において、
   前記一次部（1）及び/又は前記二次部（1'）が、前記一次部（1）及び/又は前記二次部（1'）のうちの少なくとも1つの状態パラメータをモニタリングする少なくとも1つの状態モニタリング装置（50、50'）を備え、該状態パラメータは1または複数の電流、1または複数の電圧、1または複数の温度、及び/又は1または複数の効率であること、ならびに、この前記少なくとも1つの状態モニタリング装置（50、50'）が、少なくとも1つの個々の状態パラメータの少なくとも1つの制限値を設定及び/又は変更できるパラメータ化ユニットを備え、
   少なくとも1つのデータバスまたは複数のデータバスを介して制御ユニット（ゲートウェイ120）へ、または端末装置（130）へデータを直接に伝送するように、前記一次部（1）のデータ伝送装置（40）が設計され、
   データ入力及び/又はデータ表示であるデータ出力を行うために、直接又は制御ユニット（120）を介して少なくとも1つの端末装置（130）と結合されており、
   少なくとも1つの状態パラメータを視覚表示し、及び1または複数の電流、1または複数の電圧、1または複数の温度、及び1または複数の効率である状態パラメータを設定又は変更するように設計された表示画面を、前記少なくとも1つの端末装置（130）が備えていることを特徴とする、装置。
2. 前記一次部（1）の前記状態モニタリング装置（50）が前記一次部（1）のデータ伝送装置（40）と結合されていること、及び/又は前記二次部（1'）の前記状態モニタリング装置（50'）が前記二次部（1）のデータ伝送装置（40'）と結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記一次部（1）の前記状態モニタリング装置（50）が前記一次部の一次コイル（10）の少なくとも1つの状態パラメータをモニタリングする少なくとも1つのセンサ（S1、S2、...、SN）と結合され、及び/又は前記二次部（1'）の前記状態モニタリング装置（50'）が前記二次部（1'）の二次コイル（10'）の少なくとも1つの状態パラメータをモニタリングする少なくとも1つのセンサ（S1'、S2'、...、SN'）と結合されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記一次部（1）の前記データ伝送装置（40）がさらに、少なくとも1つのデータバスまたは複数のデータバスを介して前記二次部（1'）の前記データ伝送装置にデータを伝送するように設計されていることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
5. 少なくとも1つのデータバスまたは複数のデータバスを介して少なくとも1つのフィールドユニット（150）へとデータを伝送するように、前記二次部（1'）の前記データ伝送装置（40）が設計されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記装置が、制御システム内で前記装置の識別およびアドレス指定を行うための識別アドレスを備えていることを特徴とする、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
7. 前記状態パラメータの値を専用に伝送する別個のデータバスを介して収集された前記状態パラメータを伝送するように、前記一次部（1）及び/又は前記二次部（1'）のそれぞれのデータ伝送装置（40、40'）が設計されていることを特徴とする、請求項１乃至６の何れか一項に記載の装置。
8. 前記エアギャップ（6）を介してデータを伝送するように、前記データ伝送装置（40、40'）が設計されており、またこの目的のために、前記一次部（1）および前記二次部（1'）がそれぞれ、1または複数のデータインターフェースまたは前記1または複数のデータインターフェースの1つとして、前記エアギャップ（6）を介してデータを伝送するデータ伝送装置（30、30'）を備えていることを特徴とする、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
9. 少なくとも1つの端末装置（130）、制御ユニット（120）、少なくとも１つのフィールドユニット（150）、および請求項１乃至８の何れか一項に記載の少なくとも１つの装置を備える制御システム。

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