WO2009006977A1 - Vorrichtung und verfahren zur berührungslosen übertragung von leistung und eines datensignals - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur berührungslosen übertragung von leistung und eines datensignals Download PDF

Info

Publication number
WO2009006977A1
WO2009006977A1 PCT/EP2008/004706 EP2008004706W WO2009006977A1 WO 2009006977 A1 WO2009006977 A1 WO 2009006977A1 EP 2008004706 W EP2008004706 W EP 2008004706W WO 2009006977 A1 WO2009006977 A1 WO 2009006977A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pickup coil
inductance
primary conductor
data signal
receiving unit
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/004706
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Zhidong Hua
Olaf Simon
Original Assignee
Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg filed Critical Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority to EP08759207A priority Critical patent/EP2179512B1/de
Priority to CN200880024145.8A priority patent/CN101743696B/zh
Publication of WO2009006977A1 publication Critical patent/WO2009006977A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/72—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for local intradevice communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/70—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes
    • H04B5/79—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems specially adapted for specific purposes for data transfer in combination with power transfer

Definitions

  • the invention relates to a device for non-contact power transmission, a method for transmitting a data signal and a system for non-contact power transmission to mobile consumers.
  • WO2004090918A1 a communication system for use with an inductive power transmission system is known which carries the communication signals on the same cable as the power, the frequency of the communication system being greater than that of the power system.
  • the signals are treated separately with an inductance and a capacitance or ceramic filters, all tuned to the higher communication frequency.
  • US 20050087599 A1 discloses an identification system with dual antenna coils of a reading device for reading out data from an RFID transponder, in which the magnetic field for charging the transponder is generated by currents which are essentially identical by two, with opposite phase executed antenna coils are arranged in the vicinity of the area in which the transponders are to be read.
  • the invention has for its object to simplify data communication in a system for non-contact power transmission.
  • a device for non-contact power transmission comprising a pickup coil, a transmitting unit, a receiving unit and a consumer
  • the pickup coil is inductively coupled to a primary conductor, to the pickup coil, a power supply circuit and a Data circuit are connected
  • the power supply circuit includes the consumer
  • the power supply circuit with the pickup coil forms a resonant circuit
  • at least the power supply circuit and / or the data signal circuit comprise a frequency filter
  • the receiving unit to the data signal circuit is coupled
  • the transmitting unit is connected symmetrically with respect to the coupling of the receiving unit to the data signal circuit that signals of the transmitting unit in the
  • the advantage here is that the transmitting unit and receiving unit for a connection to the same coupling unit, the pickup coil are connected, and on the other hand are operated simultaneously without the transmitting unit acts on the receiving unit.
  • a compact design of the device is possible and on the other hand, a separation circuit for incoming signals to the receiving unit and outgoing signals dispensed by the transmitting unit.
  • a data collision with data of other subscribers can be detected during the transmission process.
  • a choice of different frequency ranges for transmission and reception is also not necessary.
  • the pickup coil is inductively coupled to a primary conductor and the load can be supplied from the pickup coil, wherein the transmitting unit is inductively coupled to the receiving unit and connected to the pickup coil.
  • the pickup coil is inductively coupled to a primary conductor and the load is supplied from the pickup coil, wherein the pickup coil is coupled via a first inductive coupling and a second inductive coupling to the receiving unit and the transmitting unit on the the first inductive coupling and the second inductive coupling is coupled to the receiving unit, wherein the signals of the pickup coil add in the two couplings and the signals of the transmitting unit compensate in the two couplings.
  • a device is provided with which the receiving unit does not perceive the signals of the transmitting unit from a physical principle. Elaborate filters are dispensable.
  • the pickup coil is inductively coupled to a primary conductor and supplied to the load from the pickup coil, wherein a first inductor, a second inductor, a compensation member and the pickup coil are included by a series circuit, the transmitting unit with a Connection between the first inductance and the second inductance and connected to a second connection between the compensation member and pickup coil, the receiving device is connected to a third inductance and the third inductance is inductively coupled to the first inductance and the second inductance, wherein the first inductance and second Inductance are wound in the same direction.
  • Compensating member and pickup coil matched to one another such that signals of the transmitting unit in the first inductance and in the second inductance each cause a magnetic field, wherein the two magnetic fields in the third inductance compensate.
  • the advantage here is that a cost-effective training is provided with the receiver side, the transmitter signals are extinguished.
  • the consumer is connected in parallel to the first and second inductors.
  • the advantage here is that the consumer for the adjustment of the first and second inductance does not have to be considered.
  • the compensation member is identical to the pickup coil formed.
  • the pickup coil is wound on a ferromagnetic core in a first region, wherein the core at least partially surrounds a portion of the primary conductor and the compensation member comprises a coil which is wound in a second region of the ferromagnetic core.
  • the consumer is connected in parallel to the pickup coil.
  • the advantage here is that the current through the consumer does not have to flow through the compensation element.
  • the power signal is a medium-frequency alternating current with a frequency between 10 kHz and 100 kHz, in particular 25 kHz.
  • the power signal is impressed on the primary conductor with a current intensity of more than 10A, in particular more than 50A.
  • a non-contact power supply of drives in the kW range is feasible.
  • the data signal is in a frequency band which extends above the frequency of the power signal, in particular above twice the frequency of the power signal.
  • At least one frequency filter is provided, with which the power signal can be separated from the data signals.
  • the supply to the consumer for the data signal can be disabled.
  • a bandpass filter is arranged in the mesh or the power signal circuit of the consumer, wherein the center frequency of the bandpass filter is tuned to the frequency of the power signal in the primary conductor. A disturbance of the data transmission by effects on the consumer is thus avoided. Furthermore, the consumer does not unnecessarily consume energy that was intended for data communication. The data transmission is therefore feasible with lower transmission powers.
  • a method for transmitting a data signal to a mobile consumer unit wherein the consumer unit is supplied via an inductive, resonant coupling contactless from a primary conductor, that the data signal is fed into the primary conductor, the data signal in the mobile load a signal induced and the signal induced in the mobile consumer signal is transmitted via an inductive coupling in the consumer unit to a receiving unit.
  • the consumer unit preferably comprises a consumer, for example an electric drive, and a coupling device.
  • the advantage here is that data signal and power signal can be transmitted via a common medium. Due to the inductive coupling of the receiving unit in the consumer unit, the interposition of a transmitting unit is made possible, which does not interfere with the operation of the receiving unit.
  • Important features of the invention of a method for transmitting a data signal from a first mobile consumer unit to a stationary receiving station or to another mobile consumer unit wherein the first consumer unit is supplied via an inductive, resonant coupling contactless from a primary conductor and the receiving station is coupled to the primary conductor in that a transmitting unit feeds the data signal into two inductors in the first consumer unit, each inductor being inductively coupled to a receiving unit that transmits data signal fed to an inductor to the pickup coil, the data signal transmitted to the pickup coil in the Primary conductor induces a signal that is detected in the primary conductor induced signal from the receiving station or from the other mobile consumer unit.
  • crosstalk of the transmission signals into the reception unit within one and the same consumer unit is prevented without the use of different frequency bands for transmission and reception or the use of filter technology or the allocation of time periods for transmission and reception. It is thus feasible fault monitoring, the use of feedback and / or acknowledgment is dispensable.
  • the signals transmitted by the two inductors via the respective coupling to the receiving unit compensate each other.
  • the advantage here is that data signals that are coupled from the primary conductor in the consumer unit, without complex circuit are distinguishable from data signals that are generated by the consumer unit itself.
  • it can be recognized by the consumer unit whether a different data signal is applied to the primary conductor in a time segment of a bus clocking than that coupled in by the consumer unit. For example, a low level is to be coupled in by the consumer unit, and a high level is applied to the primary conductor.
  • the consumer unit can thus determine during the transmission process that there is a data collision.
  • a high level is to be coupled in on a frequency channel, and a high level is applied to the primary conductor. Level on other frequency channels.
  • Important features of the invention of a system for non-contact power transmission to mobile consumer units, wherein via a primary conductor for non-contact power transmission data communication, are that the consumer units each have a transmitting unit and a receiving unit, wherein the transmitting unit is so symmetrically coupled to the receiving unit that at the receiving unit cancel the signals of the transmitting unit.
  • data communication by means of a bus protocol, in particular the detection of bus collisions and the implementation of an arbitration method, can be carried out.
  • the receiving unit and transmitting unit are coupled to a coil, which are inductively coupled to the primary conductor.
  • the coil is the pickup coil for power consumption from the primary conductor.
  • the bus protocol of the data communication comprises an arbitration method.
  • a bus subscriber at the beginning of a data communication to modulate an identification on the bus while listening to the bus and thus recognize further, also transmitting bus subscribers and cancel the transmission in the case of a lower, own priority.
  • a plant according to the invention is advantageously operated with a CAN bus. Bus collisions in other bus systems are thus recognizable and collision avoidance is feasible.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for non-contact power supply
  • Figure 2 shows another device according to the invention for non-contact power supply
  • Figure 4 shows a pickup coil with compensation element of a device according to the invention for non-contact power supply.
  • FIG. 1 shows an elongate primary conductor 1 into which a generator 2 feeds a medium-frequency alternating current having a substantially constant frequency and a constant amplitude.
  • a frequency between 10 kHz and 100 kHz is used.
  • a pickup 3 is coupled to the primary conductor 1.
  • the pickup 3 comprises a pickup coil 4, via the inductively power from the primary conductor 1 can be removed to supply a consumer.
  • the pickup coil 4 in the pickup 3 is supplemented by a capacitive element to form a resonant circuit whose resonant frequency is matched to the frequency of the supplied primary conductor current.
  • the capacitive element is realized by at least one capacitor, which is connected in series or parallel to the pickup coil 4.
  • the pickup 3 is movable along the elongated primary conductor 1, as indicated by an arrow.
  • the pickup 3 further comprises a transmitting coil 5, which is connected to a transmitting unit, and a receiving coil 6, which is connected to a receiving unit.
  • Transmitting coil 5 modulates data signals on the primary conductor 1, while the receiving coil 6 detects data signals which are modulated by further transmitting coils on the primary conductor 1.
  • the frequency band used for the data signals is above the frequency of the signal of the power supply. Transmitting coil 5 and receiving coil 6 are separated from each other and separated from the pickup coil 4, to avoid mutual interference.
  • Figure 2 shows the block diagram of a pickup 20 of a device according to the invention for non-contact power supply.
  • a pickup coil 4 is inductively coupled to a primary conductor 1.
  • the pickup coil 4 supplies a consumer 12.
  • For coupling to the primary conductor 1 12 means are provided on the consumer to supplement the pickup coil 4 to a resonant circuit whose resonance frequency is tuned to the constant frequency of the power signal in the primary conductor 1.
  • the frequency of the power signal is preferably between 10 kHz and 100 kHz.
  • at least one matching network, a capacitor or another capacitor is connected in parallel or in series with the pickup coil 4 to form the resonant circuit.
  • the pickup 3 is movable along the elongated primary conductor 1, as indicated in Figure 1 by an arrow.
  • the pickup 20 comprises a receiving unit 11, which is inductively coupled to the pickup coil 4 via a first inductance 13, a second inductance 14 and a third inductance 15.
  • the first inductance 13 and the second inductance 14 are wound in the same direction.
  • a current flowing from the pickup coil 4 through the first inductor 13 and the second inductor 14 causes a magnetic field in the third inductor 15, the contributions made by the first and second inductors complement each other structurally.
  • a modulated on the medium-frequency current data signal in the primary conductor 1 is thus detected by the pickup coil 4 and causes a current pulse which flows at least partially through the first inductor 13 and the second inductor 14.
  • This data signal is modulated by another participant, which is inductively or galvanically connected to the primary conductor.
  • the first inductance 13 and the second inductance 14 each induce a signal in the third inductance 15.
  • the inductances are coupled to one another in such a way that both signals amplify.
  • the resulting signal is detected by a receiving unit 11, which is connected to the third inductance 15 via isolating capacitors 19 for filtering interference signals.
  • the inductive coupling is the Receiving unit 11 to the pickup coil 4 by a in the inductors 13, 14, 15 inserted or improved with these in another way connected ferromagnetic core.
  • the consumer 12 is connected via a band-pass filter to the pickup coil 4, which is composed of a capacitor 21 and an inductor 22.
  • the bandpass filter thus acts as a frequency filter whose center frequency is tuned to the frequency of the power signal. The data signal is thus blocked.
  • isolating capacitors 25 are connected, which block the power signal but pass data signals through.
  • the separation capacitors 25 thus act as a frequency filter, in particular as a high-pass filter. In further developments, more complicated high-pass filters of higher order are used.
  • a carrier frequency is used, which is above the frequency of the power signal.
  • the transmitting unit 10 If a data signal is to be transmitted from the customer to the primary conductor 1 for communication with another communication subscriber, the transmitting unit 10 generates a current pulse which is split between the first inductance 13 and the second inductance 14.
  • a compensation member 23 is provided.
  • This compensation member is preferably designed as a coil and forms the inductance and / or the complex resistance of the pickup coil 4 after.
  • the turns of the first inductance 13 and the second inductance 14 behave in opposite directions to each other as the complex resistances of the pickup coil 4 and the compensation element 23.
  • a current generated by the transmitting unit in the first inductor 13 and in the second inductance 14 each have a magnetic field, wherein the magnetic fields in the third inductance 15 just compensate.
  • the inductors 13 and 14 are wound in the same direction, the resulting magnetic fields in the coil axes of the inductances antiparallel.
  • the receiving unit 11 is not sensitive to the signals of the signal unit 10, although the latter feeds signals into the circuit of the pickup coil 4 and the former monitors the pickup coil 4. These Separation of the transmission signals is achieved by the second coupling in the circuit of the receiving unit 11, which is set up via the second coupling between the second inductor 14 and the third inductor 15.
  • such a separation of transmit and receive signals can be used in bus systems which use an arbitration method, for example a CAN bus.
  • an arbitration method for example a CAN bus.
  • a subscriber can begin to send the authentication and monitor the bus for collisions during transmission.
  • Pickup coil 4, separating capacitors 25, inductors 13, 14 and compensation member 23 thus form a data signal circuit for transmitting data signals from the pickup coil 4 to the inductively coupled receiving unit 11 and from the symmetrical to
  • An advantage of the invention is that the symmetrical connection of the transmitting unit 10 with respect to the coupling of the receiving unit 1 1, by the dimensioning of the second inductor 14 and the compensation member 23 in comparison to the Dimensioning of the first inductance 13 and the inductance given by the pickup coil 4 causes an extinction of the signals from the transmitting unit 10 in the third inductor 15 takes place.
  • a crosstalk of signals of the transmitting unit 10 in the receiving unit 1 1 is thus reliably avoided without a costly shutdown of the receiving unit 11 during transmission or vice versa would be necessary.
  • FIG. 3 shows the block diagram of a further exemplary embodiment according to the invention.
  • the load 12 is connected in parallel with the pickup coil 4, while in FIG. 2 the load 12 is connected in parallel with the series connection of the first inductance 13 and the second inductance 14.
  • the compensating member 23 comprises a coil 30 having a core 31.
  • the coil 30 and the core 31 are dimensioned so that the pickup coil 4 are compensated with the core 24, so that the signals from the transmitting unit 10 in the third inductance 15 straight cancel and not by the receiving unit 11 are perceptible.
  • the coil 30 has a core 31 to come as close as possible to the non-linear characteristic of the pickup coil 4, which in turn is caused by saturation effects in the ferromagnetic material of the core 24.
  • the parallel connection of the load 12 to the series connection of the first inductance 13 with the second inductance 14 has the advantage over the variant according to FIG. 3 that the dimensioning of the compensation element 23 does not yet have to take into account the load 12.
  • the compensation of the transmission signals in the third inductor 15 is improved.
  • a capacitor 21 and an inductor 22 form a bandpass that is impermeable to the signals of the transmitter unit 10.
  • a consideration of the consumer in the compensation element in the variant of Figure 3 is unnecessary.
  • the quality and the width of the bandpass can be improved or increased by further capacitances, inductances and resistances.
  • FIG. 4 shows a simple variant of a compensation element.
  • a primary conductor comprises a forward conductor 40 and a return conductor 41.
  • a pickup coil 42 is inductively coupled to the forward conductor 40, the pickup coil 42 being wound onto a ferromagnetic core 44 which encloses the forward conductor 40 in sections in a U-shape.
  • the core 44 is thus displaceable along the Hinleiters 40, without the coupling between Hinleiter 40 and pickup coil 42 changed.
  • the ferromagnetic core 44 is formed as an E-shaped coil core, on the second U-shaped portion of a further coil 43 is wound, which is included as a compensation coil 43 from the compensation member 23.
  • a separate core for the inductance of the compensation element 23 is dispensable. and a conventional E-shaped spool core is usable.
  • the pickup coil 4 is wound onto an E-shaped core, the legs of which both forward conductor 40 and return conductor 41 each comprise U-shaped.
  • the E-shaped core has an additional portion in which the compensation coil of the compensation member 23 is wound.
  • the winding of the compensation member 43 is therefore arranged so that the magnetic field lines, which are generated by the primary conductor 40 and which are guided through the ferromagnetic core 44, essentially, except for small amounts such as stray fields, not through this winding run.
  • the compensation member 43 is much weaker than the winding of the pickup coil 42, practically substantially not at all, inductively coupled to the primary conductor 40.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, sind eine Pickup-Spule, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und ein Verbraucher vorgesehen, wobei die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt ist, an die Pickup-Spule ein Leistungsversorgungs-Kreis und ein Datensignal-Kreis angeschlossen sind, - der Leistungsversorgungs-Kreis den Verbraucher umfasst, der Leistungsversorgungs-Kreis mit der Pickup-Spule einen Resonanzkreis bildet, - mindestens der Leistungsversorgungs-Kreis und/oder der Datensignal-Kreis einen Frequenzfilter umfassen, die Empfangseinheit an den Datensignal-Kreis gekoppelt ist, die Sendeeinheit derart symmetrisch bezüglich der Ankopplung der Empfangseinheit an den Datensignal-Kreis angeschlossen ist, dass sich Signale der Sendeeinheit in der Empfangseinheit auslöschen.

Description

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR BERUHRUNGSLOSEN ÜBERTRAGUNG VON LEISTUNG UND EINES DATENSIGNALS
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, ein Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals und eine Anlage zur berührungslosen Leistungsübertragung an bewegliche Verbraucher.
Aus der WO2004090918A1 ist ein Kommunikationssystem zur Verwendung mit einem induktiven Leistungsübertragungssystem bekannt, das die Kommunikationssignale auf demselben Kabel wie die Leistung trägt, wobei die Frequenz des Kommunikationssystems größer als die des Leistungssystems ist. Die Signale werden getrennt mit einer Induktivität und einer Kapazität oder keramischen Filtern, die alle auf die höhere Kommunikationsfrequenz abgestimmt sind, behandelt.
Aus der US 20050087599 A1 ist ein Identifikationssystem mit dualen Antennenspulen eines Lesegerätes für das Auslesen von Daten aus einem RFID-T ransponder bekannt, bei welchem das magnetische Feld zur Aufladung des Transponders durch Ströme erzeugt wird, die durch zwei im wesentlichen identische, mit entgegengesetzter Phase ausgeführten Antennenspulen erzeugt wird, die in der Nähe des Bereichs eingeordnet sind, in dem die Transponder ausgelesen werden sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage zur berührungslosen Leistungsübertragung die Datenkommunikation zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung nach den in Anspruch 1 , 2, 3 oder 4 angegebenen Merkmalen, bei dem Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals nach den in Anspruch 9 oder 10 angegebenen Merkmalen und bei der Anlage zur berührungslosen Leistungsübertragung an bewegliche Verbraucher nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst. Wichtige Merkmale der Erfindung einer Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, umfassend eine Pickup-Spule, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und einen Verbraucher, sind, dass die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt ist, an die Pickup-Spule ein Leistungsversorgungs-Kreis und ein Datensignal-Kreis angeschlossen sind, der Leistungsversorgungs-Kreis den Verbraucher umfasst, der Leistungsversorgungs-Kreis mit der Pickup-Spule einen Resonanzkreis bildet, mindestens der Leistungsversorgungs-Kreis und/oder der Datensignal-Kreis einen Frequenzfilter umfassen, die Empfangseinheit an den Datensignal-Kreis gekoppelt ist, die Sendeeinheit derart symmetrisch bezüglich der Ankopplung der Empfangseinheit an den Datensignal-Kreis angeschlossen ist, dass sich Signale der Sendeeinheit in der
Empfangseinheit auslöschen. Von Vorteil ist dabei, dass Sendeeinheit und Empfangseinheit zum einen an dieselbe Koppeleinheit, die Pickup-Spule, angeschlossen sind und zum anderen simultan betreibbar sind, ohne dass die Sendeeinheit auf die Empfangseinheit einwirkt. Somit ist einerseits eine kompakte Ausführung der Vorrichtung möglich und andererseits eine Trennschaltung für eingehende Signalen zur Empfangseinheit und ausgehende Signale von der Sendeeinheit verzichtbar. Insbesondere kann, beispielsweise während einer Busarbitration, eine Datenkollision mit Daten anderer Teilnehmer während des Sendevorgangs erkannt werden. Eine Wahl von unterschiedlichen Frequenzbereichen für Senden und Empfangen ist ebenfalls nicht notwendig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt und der Verbraucher aus der Pickup-Spule versorgbar, wobei die Sendeeinheit induktiv an die Empfangseinheit gekoppelt und mit der Pickup-Spule verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Alternative bereitgestellt ist, die eine berührungslose Leistungsversorgung und Datenkommunikation über dieselbe Koppeleinrichtung erlaubt. Somit ist der Abnehmerkopf eines beweglichen Verbrauchers mit kleinerem Baumaß und geringerem Materialeinsatz fertigbar. Insbesondere sind die Mittel zur Einkopplung von Daten und die Mittel zur Auskopplung des Leistungssignals in ein Teil integriert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt und der Verbraucher ist aus der Pickup-Spule versorgt, wobei die Pickup-Spule über eine erste induktive Kopplung und eine zweite induktive Kopplung an die Empfangseinheit gekoppelt ist und die Sendeeinheit über die erste induktive Kopplung und die zweite induktive Kopplung an die Empfangseinheit gekoppelt ist, wobei sich die Signale der Pickup-Spule in den beiden Kopplungen addieren und sich die Signale der Sendeeinheit in den beiden Kopplungen kompensieren. Somit ist eine Vorrichtung bereitgestellt, mit der die Empfangseinheit aus einem physikalischen Prinzip die Signale der Sendeeinheit nicht wahrnimmt. Aufwendige Filter sind verzichtbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt und der Verbraucher aus der Pickup-Spule versorgt, wobei eine erste Induktivität, eine zweite Induktivität, ein Kompensationsglied und die Pickup-Spule von einer Reihenschaltung umfasst sind, die Sendeeinheit mit einem Anschluss zwischen erster Induktivität und zweiter Induktivität und mit einem zweiten Anschluss zwischen Kompensationsglied und Pickup-Spule angeschlossen ist, die Empfangseinrichtung an eine dritte Induktivität angeschlossen ist und die dritte Induktivität induktiv an die erste Induktivität und die zweite Induktivität gekoppelt ist, wobei erste Induktivität und zweite Induktivität gleichsinnig gewickelt sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind erste Induktivität, zweite Induktivität,
Kompensationsglied und Pickup-Spule derart aufeinander abgestimmt, dass Signale der Sendeeinheit in der ersten Induktivität und in der zweiten Induktivität jeweils ein Magnetfeld bewirken, wobei sich die beiden Magnetfelder in der dritten Induktivität kompensieren. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Ausbildung bereitgestellt ist, mit der empfängerseitig die Sendersignale ausgelöscht werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Verbraucher zu erster und zweiter Induktivität parallel geschaltet. Von Vorteil ist dabei, dass der Verbraucher für den Abgleich von erster und zweiter Induktivität nicht berücksichtigt werden muss.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kompensationsglied identisch zur Pickup-Spule ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass die Kompensation der Signale der Sendeeinheit in der dritten Induktivität somit in einem großen Frequenzbereich erreicht ist, denn die nichtlineare Frequenzkurve der Pickup-Spule, die insbesondere durch den Kern verursacht wird, wird somit nachgebildet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Pickup-Spule auf einen ferromagnetischen Kern in einem ersten Bereich aufgewickelt, wobei der Kern einen Abschnitt des Primärleiters zumindest teilweise umgibt und das Kompensationsglied eine Spule umfasst, die in einem zweiten Bereich des ferromagnetischen Kerns aufgewickelt ist. Somit ist eine kostengünstige Ausführungsform zur Nachbildung der Frequenzkurve der Pickup-Spule im Kompensationsglied bereitgestellt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Verbraucher zur Pickup-Spule parallel geschaltet. Von Vorteil ist dabei, dass der Strom durch den Verbraucher nicht durch das Kompensationsglied fließen muss.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungssignal ein mittelfrequenter Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 1OkHz und 100 kHz, insbesondere 25kHz.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Leistungssignal dem Primärleiter mit einer Stromstärke von mehr als 10A, insbesondere mehr als 5OA, aufgeprägt. Somit ist eine berührungslose Leistungsversorgung von Antrieben im kW-Bereich durchführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Datensignal in einem Frequenzband, das sich oberhalb der Frequenz des Leistungssignals, insbesondere oberhalb der doppelten Frequenz des Leistungssignals, erstreckt. Von Vorteil ist dabei, dass die Störungen des Datensignals durch das Leistungssignal minimiert sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist mindestens ein Frequenzfilter vorgesehen, mit dem das Leistungssignal von den Datensignalen trennbar ist. Somit ist die Zuführung zum Verbraucher für das Datensignal sperrbar. Vorzugsweise ist ein Bandpassfilter in der Masche oder dem Leistungssignal-Kreis des Verbrauchers angeordnet, wobei die Mittenfrequenz des Bandpassfilters auf die Frequenz des Leistungssignals im Primärleiter abgestimmt ist. Eine Störung der Datenübertragung durch Effekte am Verbraucher ist somit vermieden. Weiter wird im Verbraucher nicht unnötig Energie verbraucht, die zur Datenkommunikation vorgesehen war. Die Datenübertragung ist folglich mit geringeren Sendeleistungen durchführbar.
Wichtige Merkmale der Erfindung eines Verfahrens zur Übermittlung eines Datensignals an eine bewegliche Verbrauchereinheit, wobei die Verbrauchereinheit über eine induktive, resonante Kopplung berührungslos aus einem Primärleiter versorgt wird, sind, dass das Datensignal in den Primärleiter eingespeist wird, das Datensignal in dem beweglichen Verbraucher ein Signal induziert und das im beweglichen Verbraucher induzierte Signal über eine induktive Kopplung in der Verbrauchereinheit an eine Empfangseinheit übermittelt wird. Die Verbrauchereinheit umfasst vorzugsweise einen Verbraucher, beispielsweise einen elektrischen Antrieb, und eine Koppeleinrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass Datensignal und Leistungssignal über ein gemeinsames Medium übertragbar sind. Durch die induktive Ankopplung der Empfangseinheit in der Verbrauchereinheit ist die Zwischenschaltung einer Sendeeinheit ermöglicht, die sich im Betrieb mit der Empfangseinheit nicht stört.
Wichtige Merkmale der Erfindung eines Verfahrens zur Übermittlung eines Datensignals von eine ersten bewegliche Verbrauchereinheit an eine stationären Empfangstation oder an eine weitere bewegliche Verbrauchereinheit, wobei die erste Verbrauchereinheit über eine induktive, resonante Kopplung berührungslos aus einem Primärleiter versorgt wird und die Empfangsstation an den Primärleiter gekoppelt ist, sind, dass eine Sendeeinheit das Datensignal in zwei Induktivitäten in der ersten Verbrauchereinheit einspeist, wobei jede Induktivität induktiv mit einer Empfangseinheit gekoppelt ist, das in eine Induktivität eingespeiste Datensignal an die Pickup-Spule übermittelt wird, das an die Pickup-Spule übermittelte Datensignal im Primärleiter ein Signal induziert, das im Primärleiter induzierte Signal von der Empfangsstation oder von der weiteren beweglichen Verbrauchereinheit detektiert wird. Von Vorteil ist, dass ein Übersprechen der Sendesignale in die Empfangseinheit innerhalb ein und derselben Verbrauchereinheit verhindert ist ohne den Einsatz von unterschiedlichen Frequenzbändern für Senden und Empfangen oder den Einsatz von Filtertechnik oder die Zuteilung von Zeitabschnitten für Senden und Empfangen. Es ist somit eine Fehlerüberwachung durchführbar, wobei der Rückgriff auf Rückmeldungen und/oder Empfangsbestätigungen verzichtbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kompensieren sich die von den zwei Induktivitäten über die jeweilige Kopplung an die Empfangseinheit übermittelten Signale gegenseitig. Von Vorteil ist dabei, dass Datensignale, die vom Primärleiter in die Verbrauchereinheit eingekoppelt werden, ohne aufwendige Schaltung unterscheidbar sind von Datensignalen, die von der Verbrauchereinheit selber erzeugt werden. Insbesondere ist durch die Verbrauchereinheit erkennbar, ob am Primärleiter in einem Zeitabschnitt einer Bustaktung ein anderes Datensignal anliegt als das von der Verbrauchereinheit eingekoppelte. Beispielsweise soll von der Verbrauchereinheit ein Low-Pegel eingekoppelt werden, und am Primärleiter liegt ein High-Pegel an. Die Verbrauchereinheit kann somit während des Sendevorgangs feststellen, dass eine Datenkollision vorliegt. Oder es soll im Mehrfrequenzträgerverfahren ein High- Pegel auf einem Frequenzkanal eingekoppelt werden, und es liegt am Primärleiter ein High- Pegel auf anderen Frequenzkanälen an. Diese Situationen können mit der Erfindung ohne apparativen Aufwand erkannt werden.
Wichtige Merkmale der Erfindung einer Anlage zur berührungslosen Leistungsübertragung an bewegliche Verbrauchereinheiten, wobei über einen Primärleiter zur berührungslosen Leistungsübertragung eine Datenkommunikation erfolgt, sind, dass die Verbrauchereinheiten jeweils eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit aufweisen, wobei die Sendeeinheit derart symmetrisch an die Empfangseinheit gekoppelt ist, dass sich an der Empfangseinheit die Signale der Sendeeinheit auslöschen. Somit ist eine Datenkommunikation mittels eines Busprotokolls, insbesondere die Erkennung von Buskollisionen und die Durchführung eines Arbitrierungsverfahrens, durchführbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Empfangseinheit und Sendeeinheit an eine Spule gekoppelt, die induktiv mit dem Primärleiter gekoppelt sind. Vorzugsweise ist die Spule die Pickup-Spule zur Leistungsaufnahme aus dem Primärleiter. Somit ist eine
Datenkommunikation über das System zur berührungslosen Leistungsversorgung durchführbar, wobei sogar die Koppelelemente der berührungslosen Leistungsversorgung nutzbar sind für die Datenkommunikation.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Busprotokoll der Datenkommunikation ein Arbitrierungsverfahren. Somit kann vorteilhaft ein Busteilnehmer zu Beginn einer Datenkommunikation eine Identifizierung auf den Bus modulieren und gleichzeitig den Bus abhören und so weitere, ebenfalls sendende Busteilnehmer erkennen und im Falle einer niedrigeren, eigenen Priorität das Senden abbrechen. Vorteilhaft ist somit eine erfindungsgemäße Anlage mit einem CAN-Bus betrieben. Auch Buskollisionen in anderen Bussystemen sind somit erkennbar und eine Kollisionsvermeidung ist durchführbar.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe. Bezugszeichenliste
I Primärleiter 5 2 Generator
3 Abnehmer
4 Pickup-Spule
5 Sendespule
6 Empfangsspule 10 10 Sendeeinheit
I I Empfangseinheit
12 Verbraucher
13 Induktivität
14 Induktivität 15 15 Induktivität
16 Koppelkern
17 Wicklungsorientierung
18 Wicklungsorientierung
19 Trennkondensator 20 20 Abnehmer
21 Kapazität
22 Induktivität
23 Kompensationsglied
24 Kern
25 25 Trennkondensator
30 Spule
31 Kern
40 Hinleiter
41 Rückleiter 30 42 Pickup-Spule
43 Kompensationsspule
44 E-förmiger Spulenkern Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Es zeigt
Figur 1 eine Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsversorgung nach dem Stand der Technik,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsversorgung,
Figur 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsversorgung, - Figur 4 eine Pickup-Spule mit Kompensationsglied einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsversorgung.
In Figur 1 ist ein langgestreckter Primärleiter 1 gezeigt, in den ein Generator 2 einen mittelfrequenten Wechselstrom mit im Wesentlichen konstanter Frequenz und konstanter Amplitude einspeist. Vorzugsweise wird eine Frequenz zwischen 10 kHz und 100KHz eingesetzt.
An den Primärleiter 1 ist ein Abnehmer 3 gekoppelt. Der Abnehmer 3 umfasst eine Pickup- Spule 4, über die induktiv Leistung aus dem Primärleiter 1 entnehmbar ist zur Versorgung eines Verbrauchers. Die Pickup-Spule 4 ist hierzu im Abnehmer 3 durch ein kapazitives Element zu einem Resonanzkreis ergänzt, dessen Resonanzfrequenz auf die Frequenz des eingespeisten Primärleiterstroms abgestimmt ist. Das kapazitive Element ist durch mindestens einen Kondensator realisiert, der in Reihe oder parallel zur Pickup-Spule 4 geschaltet ist.
Der Abnehmer 3 ist entlang des langgestreckten Primärleiters 1 verfahrbar, wie dies durch einen Pfeil angedeutet ist.
Der Abnehmer 3 umfasst weiter eine Sendespule 5, die an eine Sendeeinheit angeschlossen ist, und eine Empfangsspule 6, die an eine Empfangseinheit angeschlossen ist. Die
Sendespule 5 moduliert auf den Primärleiter 1 Datensignale auf, während die Empfangsspule 6 Datensignale erfasst, die von weiteren Sendespulen auf den Primärleiter 1 moduliert werden. Das für die Datensignale verwendete Frequenzband liegt oberhalb der Frequenz des Signals der Leistungsversorgung. Sendespule 5 und Empfangsspule 6 sind voneinander getrennt und von der Pickup-Spule 4 getrennt ausgeführt, um eine wechselseitige Störung zu vermeiden.
Figur 2 zeigt das Blockschaltbild eines Abnehmers 20 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsversorgung.
Eine Pickup-Spule 4 ist induktiv an einen Primärleiter 1 gekoppelt. Die Pickup-Spule 4 versorgt einen Verbraucher 12. Zur Kopplung an den Primärleiter 1 sind am Verbraucher 12 Mittel vorgesehen, um die Pickup-Spule 4 zu einem Resonanzkreis zu ergänzen, dessen Resonanzfrequenz auf die konstante Frequenz des Leistungssignals im Primärleiter 1 abgestimmt ist. Die Frequenz des Leistungssignals liegt vorzugsweise zwischen 1OkHz und 100 kHz. Insbesondere ist mindestens ein Anpassnetzwerk, ein Kondensator oder eine andere Kapazität parallel oder in Reihe zur Pickup-Spule 4 geschaltet zur Bildung des Resonanzkreises.
Der Abnehmer 3 ist entlang des langgestreckten Primärleiters 1 verfahrbar, wie dies in Figur 1 durch einen Pfeil angedeutet ist.
Der Abnehmer 20 umfasst eine Empfangseinheit 11 , die über eine erste Induktivität 13, eine zweite Induktivität 14 und eine dritte Induktivität 15 induktiv an die Pickup-Spule 4 gekoppelt ist. Die erste Induktivität 13 und die zweite Induktivität 14 sind dabei gleichsinnig gewickelt. Somit bewirkt ein Strom, der von der Pickup-Spule 4 durch die erste Induktivität 13 und die zweite Induktivität 14 fließt, ein Magnetfeld in der dritten Induktivität 15, wobei die von erster und zweiter Induktivität bewirkten Beiträge sich konstruktiv ergänzen.
Ein auf den mittelfrequenten Strom aufmoduliertes Datensignal im Primärleiter 1 wird somit von der Pickup-Spule 4 erfasst und bewirkt einen Stromimpuls, der zumindest teilweise durch die erste Induktivität 13 und die zweite Induktivität 14 fließt. Dieses Datensignal wird von einem weiteren Teilnehmer, der an den Primärleiter induktiv oder galvanisch angeschlossen ist, aufmoduliert. Die erste Induktivität 13 und die zweite Induktivität 14 induzieren jeweils ein Signal in der dritten Induktivität 15. Die Induktivitäten sind so miteinander gekoppelt, dass sich beide Signale verstärken. Das resultierende Signal wird von einer Empfangseinheit 11 detektiert, die über Trennkondensatoren 19 zur Filterung von Störsignalen an die dritte Induktivität 15 angeschlossen ist. Vorzugsweise ist die induktive Kopplung der Empfangseinheit 11 an die Pickup-Spule 4 durch einen in die Induktivitäten 13, 14, 15 eingeschobenen oder einen mit diesen auf andere Weise verbundenen ferromagnetischen Kern verbessert.
Der Verbraucher 12 ist über einen Bandpassfilter an die Pickup-Spule 4 angeschlossen, der aus einer Kapazität 21 und einer Induktivität 22 aufgebaut ist. Der Bandpassfilter wirkt somit als Frequenzfilter, dessen Mittenfrequenz auf die Frequenz des Leistungssignals abgestimmt. Das Datensignal wird somit gesperrt.
In Reihe zu der ersten Induktivität 13 und der zweiten Induktivität 14 sind in Weiterbildung jeweils Trennkondensatoren 25 geschaltet, die das Leistungssignal sperren, Datensignale jedoch durchlassen. Somit fließt das Leistungssignal nicht durch die Induktivitäten 13, 14. Die Trennkondensatoren 25 wirken somit als Frequenzfilter, insbesondere als Hochpassfilter. In Weiterbildungen sind kompliziertere Hochpassfilter höherer Ordnung eingesetzt.
Für die Datensignale wird eine Trägerfrequenz verwendet, die oberhalb der Frequenz des Leistungssignals liegt. Somit gelangen die Datensignale im Abnehmer nicht zum Verbraucher 12, sondern an die Induktivitäten 13 und 14.
Soll von dem Abnehmer ein Datensignal an den Primärleiter 1 zur Kommunikation mit einem weiteren Kommunikationsteilnehmer übermittelt werden, so generiert die Sendeeinheit 10 einen Stromimpuls der sich auf die erste Induktivität 13 und die zweite Induktivität 14 aufteilt.
Zur Festlegung des Teilungsverhältnisses ist ein Kompensationsglied 23 vorgesehen. Dieses Kompensationsglied ist vorzugsweise als Spule ausgebildet und bildet die Induktivität und/oder den komplexen Widerstand der Pickup-Spule 4 nach. Hierzu verhalten sich die Windungen der ersten Induktivität 13 und der zweiten Induktivität 14 zueinander umgekehrt wie die komplexen Widerstände der Pickup-Spule 4 und des Kompensationsglieds 23. Somit bewirkt ein Strom, der von der Sendeeinheit erzeugt wird, in der ersten Induktivität 13 und in der zweiten Induktivität 14 jeweils ein Magnetfeld, wobei sich die Magnetfelder in der dritten Induktivität 15 gerade kompensieren. Hierzu sind die Induktivitäten 13 und 14 gleichsinnig gewickelt, die resultierenden Magnetfelder in den Spulenachsen der Induktivitäten antiparallel. Durch die Kompensation reagiert die Empfangseinheit 11 nicht sensitiv auf die Signale der Signaleinheit 10, obwohl letztere in den Kreis der Pickup-Spule 4 Signale einspeist und erstere die Pickup-Spule 4 überwacht. Diese Abtrennung der Sende-Signale wird durch die zweite Einkopplung in der Kreis der Empfangseinheit 11 erreicht, die über die zweite Kopplung zwischen zweiter Induktivität 14 und dritter Induktivität 15 eingerichtet ist.
Vorzugsweise ist eine derartige Trennung von Sende- und Empfangssignalen bei Bus- Systemen einsetzbar, die ein Arbitrierungsverfahren einsetzen, beispielsweise CAN-Bus. Hie kann ein Teilnehmer mit dem Senden der Authentifizierung beginnen und während des Sendens den Bus auf Kollisionen überwachen.
Pickup-Spule 4, Kapazität 21 , Induktivität 22, Verbraucher 12 und Kompensationsglied 23 bilden somit einen Leistungsversorgungskreis zur Leistungsversorgung des Verbrauchers 12.
Pickup-Spule 4, Trennkondensatoren 25, Induktivitäten 13, 14 und Kompensationsglied 23 bilden somit einen Datensignal-Kreis zur Übermittlung von Datensignalen von der Pickup- Spule 4 an die induktiv angekoppelte Empfangseinheit 11 und von der symmetrisch zur
Empfangseinheit 11 angeschlossenen Sendeeinheit 10 an die Pickup-Spule 4. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der symmetrische Anschluss der Sendeeinheit 10 bezüglich der Ankopplung der Empfangseinheit 1 1 , der durch die Dimensionierung der zweiten Induktivität 14 und des Kompensationsgliedes 23 im Vergleich zu der Dimensionierung der ersten Induktivität 13 und der durch die Pickup-Spule 4 gegebenen Induktivität bewirkt ist, eine Auslöschung der Signale von der Sendeeinheit 10 in der dritten Induktivität 15 erfolgt. Ein Übersprechen von Signalen der Sendeeinheit 10 in die Empfangseinheit 1 1 wird also sicher vermieden, ohne dass eine aufwendige Abschaltung der Empfangseinheit 11 während des Sendens oder umgekehrt nötig wäre.
Figur 3 zeigt das Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
Der Verbraucher 12 ist hier parallel zur Pickup-Spule 4 geschaltet, während in Figur 2 der Verbraucher 12 parallel zu der Reihenschaltung der ersten Induktivität 13 und der zweiten Induktivität 14 geschaltet ist.
Somit muss der Verbraucherstrom, der von der Pickup-Spule 4 aufgenommen und dem Verbraucher zugeführt wird, nicht durch das Kompensationsglied 23 fließen. Hierdurch sind die ohmschen Verluste verringert. Das Kompensationsglied 23 umfasst eine Spule 30 mit einem Kern 31. Die Spule 30 und der Kern 31 sind so dimensioniert, dass die Pickup-Spule 4 mit dem Kern 24 kompensiert werden, damit sich die Signale von der Sendeeinheit 10 in der dritten Induktivität 15 gerade aufheben und nicht von der Empfangseinheit 11 wahrnehmbar sind. Die Spule 30 weist eine Kern 31 auf, um der nichtlinearen Kennlinie der Pickup-Spule 4, die ihrerseits durch Sättigungseffekte im ferromagnetischen Material der Kerns 24 hervorgerufen wird, möglichst nahe zu kommen. Somit ist eine möglichst genaue Nachbildung der Schleife aus Sendeeinheit 10 und Pickup-Spule 4 durch die Schleife aus Sendeeinheit 10 und Kompensationsglied 23 erreicht, um ein gegenseitiges Aufheben der jeweilig induzierten Signale in der dritten Induktivität 15 zu bewirken.
Die Parallelschaltung des Verbrauchers 12 zu der Reihenschaltung der ersten Induktivität 13 mit der zweiten Induktivität 14 hat gegenüber der Variante nach Figur 3 den Vorteil, dass zur Dimensionierung des Kompensationsglieds 23 nicht noch der Verbraucher 12 berücksichtigt werden muss. Somit ist die Kompensation der Sende-Signale in der dritten Induktivität 15 verbessert bewirkt.
Alternativ formen eine Kapazität 21 und eine Induktivität 22 einen Bandpass, der für die Signale der Sendeeinheit 10 undurchlässig ist. Hierdurch ist eine Berücksichtigung des Verbrauchers im Kompensationsglied in der Variante nach Figur 3 verzichtbar. Die Güte und die Breite des Bandpasses sind durch weitere Kapazitäten, Induktivitäten und Widerstände verbesserbar beziehungsweise vergrößerbar.
Figur 4 zeigt eine einfache Variante eines Kompensationsglieds.
Ein Primärleiter umfasst einen Hinleiter 40 und einen Rückleiter 41. An den Hinleiter 40 ist eine Pickup-Spule 42 induktiv gekoppelt, wobei die Pickup-Spule 42 auf einen ferromagnetischen Kern 44 aufgewickelt ist, der den Hinleiter 40 U-förmig abschnittsweise umschließt. Der Kern 44 ist somit entlang des Hinleiters 40 verschiebbar, ohne dass sich die Kopplung zwischen Hinleiter 40 und Pickup-Spule 42 verändert.
Der ferromagnetische Kern 44 ist als E-förmiger Spulenkern ausgebildet, auf dessen zweiten U-förmigen Anteil eine weitere Spule 43 aufgewickelt ist, die als Kompensations-Spule 43 vom Kompensationsglied 23 umfasst wird. Somit ist ein separater Kern für die Induktivität des Kompensationsglieds 23 verzichtbar,. und es ist ein herkömmlicher E-förmiger Spulenkern verwendbar.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Pickup-Spule 4 auf einen E-förmigen Kern aufgewickelt, dessen Schenkel sowohl Hinleiter 40 als auch Rückleiter 41 jeweils U-förmig umfassen. Der E-förmige Kern weist einen zusätzlichen Abschnitt auf, in dem die Kompensationsspule des Kompensationsglieds 23 aufgewickelt ist.
In den beschriebenen Fällen ist die Wicklung des Kompensationsgliedes 43 daher so angeordnet, dass die magnetischen Feldlinien, die vom Primärleiter 40 erzeugt werden und die durch den ferromagnetischen Kern 44 geführt werden, im wesentlichen, also bis auf geringe Anteile wie Streufelder, nicht durch diese Wicklung verlaufen. Hierdurch ist das Kompensationsglied 43 wesentlich schwächer als die Wicklung der Pickup-Spule 42, praktisch im wesentlichen gar nicht, an den Primärleiter 40 induktiv gekoppelt.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, umfassend eine Pickup-Spule, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und einen Verbraucher, wobei die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt ist, an die Pickup-Spule ein Leistungsversorgungs-Kreis und ein Datensignal-Kreis angeschlossen sind, der Leistungsversorgungs-Kreis den Verbraucher umfasst, - der Leistungsversorgungs-Kreis mit der Pickup-Spule einen Resonanzkreis bildet, mindestens der Leistungsversorgungs-Kreis und/oder der Datensignal-Kreis einen
Frequenzfilter umfassen, die Empfangseinheit an den Datensignal-Kreis gekoppelt ist, die Sendeeinheit derart symmetrisch bezüglich der Ankopplung der Empfangseinheit an den Datensignal-Kreis angeschlossen ist, dass sich Signale der Sendeeinheit in der Empfangseinheit auslöschen.
2. Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, insbesondere nach Anspruch 1, umfassend eine Pickup-Spule, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und einen Verbraucher, wobei die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt ist und der Verbraucher aus der Pickup-Spule versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit induktiv an die Empfangseinheit gekoppelt und mit der Pickup-Spule verbunden ist.
3. Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Pickup-Spule, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und einen Verbraucher, wobei die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt ist und der Verbraucher aus der Pickup-Spule versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pickup-Spule über eine erste induktive Kopplung und eine zweite induktive Kopplung an die Empfangseinheit gekoppelt ist, und die Sendeeinheit über die erste induktive Kopplung und die zweite induktive Kopplung an die Empfangseinheit gekoppelt ist, wobei sich die Signale der Pickup-Spule in den beiden Kopplungen addieren und sich die Signale der Sendeeinheit in den beiden Kopplungen kompensieren.
4. Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine Pickup-Spule, eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit und einen
Verbraucher, wobei die Pickup-Spule induktiv an einen Primärleiter gekoppelt ist und der Verbraucher aus der Pickup-Spule versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, dass i) eine erste Induktivität, eine zweite Induktivität, ein Kompensationsglied und die Pickup- Spule von einer Reihenschaltung umfasst sind, ii) die Sendeeinheit mit einem Anschluss zwischen erster Induktivität und zweiter Induktivität und mit einem zweiten Anschluss zwischen Kompensationsglied und Pickup-Spule angeschlossen ist iii) die Empfangseinrichtung an eine dritte Induktivität angeschlossen ist, iv) die dritte Induktivität induktiv an die erste Induktivität und die zweite Induktivität gekoppelt ist, wobei erste Induktivität und zweite Induktivität gleichsinnig gewickelt sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass erste Induktivität, zweite Induktivität, Kompensationsglied und Pickup-Spule derart aufeinander abgestimmt sind, dass Signale der Sendeeinheit in der ersten Induktivität und in der zweiten Induktivität jeweils ein Magnetfeld bewirken, wobei sich die beiden Magnetfelder in der dritten Induktivität kompensieren und/oder der Verbraucher zu erster und zweiter Induktivität parallel geschaltet ist und/oder das Kompensationsglied identisch zur Pickup-Spule ausgebildet ist und/oder die Pickup-Spule auf einen ferromagnetischen Kern in einem ersten Bereich aufgewickelt ist, wobei der Kern einen Abschnitt des Primärleiters zumindest teilweise umgibt, und das Kompensationsglied eine Spule umfasst, die in einem zweiten Bereich des ferromagnetischen Kerns aufgewickelt ist, und/oder der Verbraucher zur Pickup-Spule parallel geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungssignal ein mittelfrequenter Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 1OkHz und 100 kHz, insbesondere 25kHz, ist und/oder das Leistungssignal dem Primärleiter mit einer Stromstärke von mehr als 10A, insbesondere mehr als 5OA aufgeprägt ist und/oder Leistungssignal und Datensignal gleichzeitig über den Primärleiter übertragbar und/oder aus diesem, vorzugsweise über die Pickup-Spule, entnehmbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Datensignal in einem Frequenzband liegt, das sich oberhalb der Frequenz des
Leistungssignals, insbesondere oberhalb der doppelten Frequenz des Leistungssignals, erstreckt und/oder mindestens ein Frequenzfilter vorgesehen ist, mit dem das Leistungssignal von den Datensignalen trennbar ist und/oder ein Bandpassfilter in der Masche oder dem Leistungssignal-Kreis des Verbrauchers angeordnet ist, wobei die Mittenfrequenz des Bandpassfilters auf die Frequenz des
Leistungssignals im Primärleiter abgestimmt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kompensationsglied vorgesehen ist, durch welches die Induktivität der Pickup- Spule nachgebildet wird, insbesondere wobei sich die Windungszahlen der ersten Induktivität und der zweiten Inuktivität zueinander umgekehrt wie die komplexen Widerstände von Kompensationsglied und Pickup-Spule verhalten, und/oder dass Kompensationsglied und Pickup-Spule auf einen gemeinsamen Kern aufgewickelt sind und/oder dass das Kompensationsglied schwächer als die Pickup-Spule oder im Wesentlichen gar nicht an den Primärleiter induktiv gekoppelt ist.
9. Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals an einen beweglichen Verbraucher, wobei der Verbraucher über eine induktive, resonante Kopplung berührungslos aus einem Primärleiter versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass i) das Datensignal in den Primärleiter eingespeist wird ii) das Datensignal in dem beweglichen Verbraucher ein Signal induziert, iii) das im beweglichen Verbraucher induzierte Signal über eine induktive Kopplung im Verbraucher an eine Empfangseinheit übermittelt wird.
10. Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals von einem beweglichen Verbraucher an eine Empfangstation, wobei der Verbraucher über eine induktive, resonante Kopplung berührungslos aus einem Primärleiter versorgt wird und die Empfangsstation an den Primärleiter gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass i) eine Sendeeinheit das Datensignal in zwei Induktivitäten im Verbraucher einspeist, wobei jede Induktivität induktiv mit einer Empfangseinheit gekoppelt ist, ii) das in eine Induktivität eingespeiste Datensignal an die Pickup-Spule übermittelt wird, iii) das an die Pickup-Spule übermittelte Datensignal im Primärleiter ein Signal induziert, iv) das im Primärleiter induzierte Signal von der Empfangsstation detektiert wird.
1 1. Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals nach Anspruch 9 und/oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die von den zwei Induktivitäten über die jeweilige Kopplung an die Empfangseinheit übermittelten Signale sich gegenseitig kompensieren.
12. Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Datenübermittelung und Leistungsversorgung gleichzeitig über den Primärleiter erfolgen.
13. Anlage zur berührungslosen Leistungsübertragung an bewegliche Verbraucher, wobei über einen Primärleiter zur berührungslosen Leistungsübertragung eine Datenkommunikation erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher jeweils eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit aufweisen, wobei die Sendeeinheit derart symmetrisch an die Empfangseinheit gekoppelt ist, dass sich an der Empfangseinheit die Signale der Sendeeinheit auslöschen.
14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
Empfangseinheit und Sendeeinheit an eine Spule gekoppelt sind, die induktiv mit dem
Primärleiter gekoppelt sind und/oder die Spule die Pickup-Spule zur Leistungsaufnahme aus dem Primärleiter ist und/oder das Busprotokoll der Datenkommunikation ein Arbitrierungsverfahren umfasst.
15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und/oder dass Mitte! zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12 ausgebildet sind.
PCT/EP2008/004706 2007-07-11 2008-06-12 Vorrichtung und verfahren zur berührungslosen übertragung von leistung und eines datensignals WO2009006977A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP08759207A EP2179512B1 (de) 2007-07-11 2008-06-12 Vorrichtung zur berührungslosen übertragung von leistung und eines datensignals
CN200880024145.8A CN101743696B (zh) 2007-07-11 2008-06-12 用于无接触地对能量和数据信号进行传输的装置和方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007032643.4 2007-07-11
DE102007032643.4A DE102007032643B4 (de) 2007-07-11 2007-07-11 Vorrichtung zur berührungslosen Leistungsübertragung, Verfahren zur Übermittlung eines Datensignals und Anlage zur berührungslosen Leistungsübertragung an bewegliche Verbraucher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009006977A1 true WO2009006977A1 (de) 2009-01-15

Family

ID=39731097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/004706 WO2009006977A1 (de) 2007-07-11 2008-06-12 Vorrichtung und verfahren zur berührungslosen übertragung von leistung und eines datensignals

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2179512B1 (de)
CN (1) CN101743696B (de)
DE (1) DE102007032643B4 (de)
WO (1) WO2009006977A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2700140B1 (de) 2011-04-21 2016-09-14 Sew-Eurodrive GmbH & Co. KG System zur induktiven energie-übertragung an einen verbraucher
CN109190290A (zh) * 2018-09-25 2019-01-11 河北工业大学 用于分析正交拾电器中耦合系数与功率之间关系的方法
CN111065549A (zh) * 2017-04-27 2020-04-24 国际智能技术公司 车辆线束

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008011582B4 (de) 2008-02-28 2012-10-31 Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg Datenübertragungseinrichtung und Anlage
DE102010027640B4 (de) * 2010-07-19 2023-10-05 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Elektrobeladungssystem und Verfahren zum berührungslosen Beladen einer Batterie in einer mobilen Einheit
DE102010044973B4 (de) 2010-09-10 2016-02-25 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Vorrichtung und Verfahren zur Datenübertragung und Energieübertragung über eine Leitung
US9379780B2 (en) 2010-12-16 2016-06-28 Qualcomm Incorporated Wireless energy transfer and continuous radio station signal coexistence
CN104123820A (zh) * 2013-04-28 2014-10-29 海尔集团技术研发中心 基于无线电力传输系统的通讯信号传输方法和系统
CN109687595B (zh) 2013-05-09 2022-01-14 泰科电子(上海)有限公司 非接触式供电电路
US10097162B2 (en) 2014-06-18 2018-10-09 Nxp B.V. Wireless charger receiver-side communication interference elimination

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1284468B (de) 1965-01-15 1968-12-05 Alsthom Cgee Schaltungsanordnung zur gegenseitigen UEbertragung von Nachrichten zwischen einer festen Station und einem Schienenfahrzeug oder zwischen zwei Schienenfahrzeugen
WO2004090918A1 (en) 2003-04-07 2004-10-21 Auckland Uniservices Limited Communications for inductive power systems
US20050087599A1 (en) 2001-11-02 2005-04-28 Ward William H. Dual antenna coil transponder system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1284468B (de) 1965-01-15 1968-12-05 Alsthom Cgee Schaltungsanordnung zur gegenseitigen UEbertragung von Nachrichten zwischen einer festen Station und einem Schienenfahrzeug oder zwischen zwei Schienenfahrzeugen
US20050087599A1 (en) 2001-11-02 2005-04-28 Ward William H. Dual antenna coil transponder system
WO2004090918A1 (en) 2003-04-07 2004-10-21 Auckland Uniservices Limited Communications for inductive power systems

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2700140B1 (de) 2011-04-21 2016-09-14 Sew-Eurodrive GmbH & Co. KG System zur induktiven energie-übertragung an einen verbraucher
CN111065549A (zh) * 2017-04-27 2020-04-24 国际智能技术公司 车辆线束
CN109190290A (zh) * 2018-09-25 2019-01-11 河北工业大学 用于分析正交拾电器中耦合系数与功率之间关系的方法
CN109190290B (zh) * 2018-09-25 2023-11-03 河北工业大学 用于分析正交拾电器中耦合系数与功率之间关系的方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007032643A1 (de) 2009-01-15
EP2179512B1 (de) 2012-11-28
DE102007032643B4 (de) 2020-07-16
CN101743696A (zh) 2010-06-16
EP2179512A1 (de) 2010-04-28
CN101743696B (zh) 2014-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2179512B1 (de) Vorrichtung zur berührungslosen übertragung von leistung und eines datensignals
EP1275208A2 (de) Anordnung zur kontaktlosen übertragung elektrischer signale bzw. energie
EP2803143B1 (de) Induktive energieversorgungseinrichtung
DE102020120990A1 (de) Vorrichtung zur erkennung von fremdstoffen
WO2009071175A2 (de) Vorrichtung zur berührungslosen energieübertragung und anlage mit elektrischen veerbrauchern
WO2014206651A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines lichtbogens
EP2673157B1 (de) Vorrichtung zur energieübertragung und zur induktiven kommunikation
EP2700140B1 (de) System zur induktiven energie-übertragung an einen verbraucher
EP2266213B1 (de) Induktive datenübertragungseinrichtung und anlage
DE4319347C2 (de) Nachrichtenübertragungsanlage für eine Krananlage
DE102008021012B4 (de) Datenübertragungseinrichtung und Verwendung einer Datenübertragungseinrichtung
DE102008064710B4 (de) Datenübertragungseinrichtung und Anlage
WO2018019876A1 (de) Spulenanordnung
DE102020118402A1 (de) Fremdkörperdetektionsvorrichtung
DE4431446C2 (de) Transponder-Antennenvorrichtung
EP1323117A1 (de) Kommunikationsendgerät
EP2689537A1 (de) Anlage mit einem stationären teil und einem dazu relativ bewegbar angeordneten mobilteil
DE102007032644B4 (de) Leitungsabschlussglied und Vorrichtung zur berührungslosen Leistungs- und Datenübertragung
DE102010062462A1 (de) Antennensystem, Sendeanordnung und Verfahren zum Betrieb einer Sendeanordnung
DE102021212549A1 (de) Transformatoreinrichtung und Synchronmaschine
DE102012113043A1 (de) System zur kontaktlosen Energie- und Datenübertragung
DE102010006598B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Leitungsabschlusseinrichtung und Leitungsabschlusseinrichtung
DE3347744A1 (de) Einrichtung zur anpassung zweier hf-generatoren an eine vorwiegend induktive last
DE102012111569A1 (de) Energieübertragungssystem zur kontaktlosen Energieübertragung und Verfahren zur kontaktlosen Energieübertragung
DE3441670A1 (de) Rahmenantenne fuer die datenuebertragung zwischen einem fahrzeug und einer streckenfesten station

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200880024145.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08759207

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2008759207

Country of ref document: EP