WO2019211414A1 - Empfangseinheit, sendeeinheit, energieübertragungssystem und verfahren zur drahtlosen energieübertragung - Google Patents

Empfangseinheit, sendeeinheit, energieübertragungssystem und verfahren zur drahtlosen energieübertragung Download PDF

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WO2019211414A1
WO2019211414A1 PCT/EP2019/061320 EP2019061320W WO2019211414A1 WO 2019211414 A1 WO2019211414 A1 WO 2019211414A1 EP 2019061320 W EP2019061320 W EP 2019061320W WO 2019211414 A1 WO2019211414 A1 WO 2019211414A1
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primary coil
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transmitting unit
receiving unit
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Samuel Vasconcelos Araujo
Michael JIPTNER
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Kardion Gmbh
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    • H02J7/00034—Charger exchanging data with an electronic device, i.e. telephone, whose internal battery is under charge

Definitions

  • Receiving unit, transmitting unit, energy transmission system and method for wireless energy transmission are Receiving unit, transmitting unit, energy transmission system and method for wireless energy transmission
  • the present invention relates to a receiving unit, a transmitting unit, a power transmission system with such a receiving unit and such a transmitting unit, and a method for wireless Energybergertra supply.
  • a wireless, in particular inductive energy transfer can be used.
  • a magnetic field can be generated in a transmitting unit with a primary coil, which induces a voltage and thus a current flow in a receiving unit with a secondary coil.
  • a crucial point for the most optimal and efficient energy transfer in such an energy transmission system is usually that the transmitting unit and the receiving unit are optimally positioned relative to each other. This concerns in particular the coils present therein. If the positioning is insufficiently accurate, the transfer of energy due to insufficient induced voltage in the secondary coil is generally less efficient. Due to legally prescribed limits and regulations for electromagnetic fields, it must be ensured that the transmitting unit only starts to transmit energy and generates an alternating field when it is placed on a receiving unit, ie. H. is properly positioned.
  • the object of the invention is to provide the function of a positioning aid to a receiving unit, which is set up to cooperate for wireless energy transmission with a separate from the receiving unit transmitting unit.
  • An idea of the invention is that the transmitting unit is informed, to wel chem time it is placed correctly and positioned and can be started with the power transmission and at what time an off broadcast of fields is not allowed.
  • a problem with the identification of the transmitting unit arises in particular in the so-called transcutaneous energy transmission, in which the receiving unit is arranged or implanted under the skin in a human body.
  • transcutaneous energy transfer is, for example, in the case of circulation or cardiac support systems (so-called VAD systems, from English "Ventricum”).
  • VAD systems circulation or cardiac support systems
  • lar Assist Device advantageous, since then no permanent wound in the skin is present, through which a cable is guided.
  • the extracorporeal transmission unit is removed in a short time.
  • the extracorporeal Sendeein unit should emit no electromagnetic fields, otherwise metallic objects in the immediate vicinity could heat unacceptable.
  • the transmitting unit thus requires information about its current spatial positioning.
  • the invention relates to a power transmission system for wireless energy transmission with a transmitting unit and a separate unit from the Sendein receiving unit or of such a transmitting unit and such a receiving unit.
  • the receiving unit is thus configured to cooperate for wireless energy transmission with a receiving unit separate from the reception unit.
  • the transmitting unit has a primary coil which can be supplied with a predetermined supply voltage.
  • a Komrich ter for example, with suitable semiconductor switches, is usually provided to produce a voltage present as a DC voltage supply Oszillati on the voltage in the primary coil. This can be generated by means of the transmitting unit, a magnetic alternating field.
  • the receiving unit accordingly has a secondary coil, to which via a DC and inverter operated as a Zwi schen Vietnamesekondensator or generally a DC link capacitance is connected.
  • the power converter may be, in particular, an active rectifier with, for example, suitable semiconductor switches.
  • the DC link capacitor which is charged in the case of energy transfer, is used in particular for smoothing the currents induced in the secondary coil. th and then rectified AC voltage. This type of wire-less energy transfer is thus, as already mentioned, an inductive energy transfer.
  • an energy storage such as a battery mulator or a rechargeable battery, connected, which - can be loaded by the wireless sen or inductive energy transfer - or should.
  • a load can be connected to the converter, which - is supplied with voltage and thus with energy - with the voltage applied in the intermediate circuit or on the intermediate circuit capacitor intermediate circuit voltage.
  • the receiving unit is set up to control the power converter when the voltage applied to the intermediate circuit capacitor by the energy store is such that an energy pulse is generated by means of the secondary coil.
  • the generated energy pulse can also be understood as an energy impulse who the.
  • the energy pulse is produced by passing a current pulse or current pulse through the secondary coil which leads to a change in the coil magnetic field over time.
  • the invention provides for the transmitting unit to be configured to detect a voltage induced in the primary coil when the primary coil is disconnected from the supply voltage-this can be done by the energy pulse generated in the secondary coil of the receiving unit-and at least one predetermined function based thereon out.
  • the at least one predetermined function includes in particular special, to apply to the primary coil, the supply voltage and to control the primary coil for wireless energy transfer, and thus in particular to start a charging process of the energy storage, preferably automated.
  • the effectiveness or effectiveness of the energy transfer from the transmitting unit to the receiving unit is determined by the so-called coupling factor.
  • the coupling factor is a measure of the magnetic interaction between see the primary coil and the secondary coil, which in particular also depends on the positioning of the two coils to each other.
  • the invention now makes use of the fact that the direction of energy transmission in an energy transmission system with transmitting unit and Emp catching unit can be done not only from the transmitting unit to the receiving unit, but also vice versa from the receiving unit to the transmitting unit. For this purpose, then a sufficient power supply in the receiving unit is necessary, which can be ensured by the energy storage.
  • the power converter must be controlled accordingly - ie in the sense of an inverter - so that in the secondary coil at least briefly a magnetic alternating field and thus an energy pulse can be generated.
  • This energy pulse can then be detected or identified in the transmitting unit or by means of the primary coil. For this purpose, no supply voltage should be present at the primary coil, so that a possible capacitor is not charged.
  • the inverter is then used or controlled as a rectifier.
  • the Sen deaji is set up to apply to the primary coil, the supply voltage voltage and the primary coil for wireless energy transfer to trigger when a value of the voltage induced in the primary coil or a variable derived therefrom, for example the mentioned coupling factor, exceeds or falls below a predetermined threshold value (depending on how the magnitude or the threshold value is defined).
  • the charging process can be started, in particular automatically or automatically, if the transmitting unit is positioned sufficiently accurately relative to the receiving unit. It is useful in this connexion also when a signal, such as an acoustic signal is output when the threshold is not exceeded, but for example, a low energy pulse has been detected. Thus, for example, a user can be identified as indicating that the transmission unit is to be repositioned.
  • the receiving unit is adapted to the energy pulse repeats, in particular at predetermined time intervals, he testifies.
  • the energy pulse can be generated repeatedly until a charging operation of the energy storage memory carried out by the transmitting unit is detected.
  • the transmitting unit is thus configured not to (or not yet) drive the primary coil for wireless energy transmission when (or as long as) the value of the voltage induced in the primary coil or the thereof derived variable does not exceed the specified threshold value or does not fall below it (depending on the definition of size and threshold value).
  • the presented transmitting unit and the presented receiving unit for any type of wireless or inductive energy transfer are advantageous, it is still particularly useful if the receiving unit is designed to below a skin in a human or animal body arranged, in particular implanted to be, and / or when the transmitting unit is adapted to be placed on a skin except half of a human or animal body.
  • the energy transmission system of the trans transcutaneous energy transmission mentioned above is used.
  • the advantages mentioned are particularly clear advantage, since - as mentioned - a positioning under the skin arranged receiving unit is particularly difficult.
  • the invention further provides an energy transmission system for wireless energy transmission with a transmitting unit according to the invention and a separate receiving unit according to the invention.
  • the invention also relates to a method for wireless energy transmission by means of a Energy appreciatedtragungssys invention.
  • a power transmission is started when an energy generated by means of the receiving unit energy pulse in the primary coil of the transmitting unit induces a voltage and if a value of the voltage induced in the primary coil or one of them derived variable, for example, the mentioned coupling factor, a predetermined threshold over- goes or falls below.
  • a value of the voltage induced in the primary coil or one of them derived variable for example, the mentioned coupling factor
  • a predetermined threshold over- goes or falls below.
  • this allows the user of the Energy Recentlytragungssys system that, if the value of in the primary coil of the transmitting unit in du alleviaten voltage or the size derived therefrom does not exceed or fall below the threshold value, repeatedly repositioned the transmitting unit until the value of the in the the primary coil of the transmitting unit induced voltage or the magnitude derived therefrom exceeds or falls below the threshold value.
  • Fig. 1 shows schematically a transmitting unit and a receiving unit in egg NEM energy transmission system
  • Fig. 2 shows schematically voltage and current waveforms in an operation of the energy transmission system.
  • the energy transmission system in this case has a transmitting unit 100 and a separate receiving unit 200, in each case ge according to a preferred embodiment of the invention.
  • the transmitting unit 100 has a primary coil Li, to which an inverter 110, the four designated Si to S4 semiconductor switch, for example, MOSFETs or bipolar transistors, a supply voltage supply voltage Uv can be applied.
  • the compensation capacitance serves as a reactive power compensation for resonant control (control with the design frequency).
  • the receiving unit 200 has a secondary coil l_2 with compensation capacity, to which a DC link capacitor Cz is connected via a converter 210.
  • an energy storage unit 220 is connected to the intermediate circuit capacitor Cz by means of two semiconductor switches Ss and Se, which may be formed, for example, as MOSFETs or bipolar transistors and together with an inductance and a capacitor serve as step-down converters.
  • Ss and Se which may be formed, for example, as MOSFETs or bipolar transistors and together with an inductance and a capacitor serve as step-down converters.
  • a consumer can example, be connected via the indicated connections.
  • an output voltage Uout can be set with an output current l out .
  • the converter 210 is designed as an active rectifier with four semiconductor switches designated by Si to S4, for example MOSFETs or bipolar transistors.
  • the energy storage unit 220 may be in particular a rechargeable battery or a rechargeable battery.
  • the receiving unit 200 may now be designed, in particular, to be arranged or implanted under a skin, which is indicated here by 310, and to be used, for example, for a circulation or cardiac support system.
  • the energy storage unit 220 may be used to power such a circulatory or cardiac assist system.
  • Sendeein unit 100 is - with appropriate positioning - a coupling between the primary coil Li of the transmitting unit 100 and the secondary coil l_2 of the receiving unit 200 achieved.
  • the transmitting unit is controlled or operated such that an alternating magnetic field is generated by means of the primary coil Li, a voltage or a current flow in the secondary coil I_2 is induced by the coupling. This in turn leads to the intermediate circuit capacitor Cz being charged.
  • the receiving unit 200 is then set up to drive at the voltage applied by the energy storage 220 to the DC link voltage Uz as active rectifier preferbil Deten converter 210 such that by means of the secondary coil l_2 an energy pulse is generated here with Ep is schematically hinted tet.
  • the designed as an active rectifier power converter 210 is this thus in particular driven in the sense of an inverter. It is also conceivable, however, by applying the designed as an active rectifier converter 210 to the secondary coil l_2 only a short voltage pulse with rising edge to create, so as to produce a rising Magneti cal field.
  • the current rectifier 210 designed as an active rectifier
  • a rechargeable unit 240 integrated in the receiving unit 200.
  • the arithmetic unit 240 then forms a device which is designed to control the power converter 210 at a voltage applied to the intermediate circuit capacitor Cz by the energy storage 220 in such a way that the alternating current I flowing through the secondary coil I_2 is generated, which generates an energy pulse Ep.
  • the transmitting unit 100 is set up to detect a voltage Ui induced in the primary coil when the primary coil Li is disconnected from the supply voltage Uv.
  • This indu ed voltage Ui is tapped here example of a resistor.
  • a suitable voltage measuring device may be used, which may be provided, for example, in the shown and in the transmitting unit 100 inte grated computing unit 140.
  • the induced voltage is not, as shown, tapped or detected after the rectification of the voltage or energy pulse induced in the primary coil Li, but before it.
  • a suitable voltage measuring device can also be used, which can be provided, for example, in the computing unit 140 shown and integrated in the transmitting unit 100.
  • the computer unit 140 thus forms a device for detecting a voltage induced in the primary coil Ui with separated from the primary coil Li supply voltage. If then the value of the induced voltage Ui is below a predetermined threshold, it can be assumed that the coils Li and L2 are positioned sufficiently precisely relative to one another and the charging process of the energy store 220 can be started. For this purpose, the supply voltage Uv can then be applied again to the primary coil Li and in the receiving unit 200, the active rectifier 210 can again be operated as a rectifier.
  • the processing unit 140 integrated in the transmission unit 100 causes, due to the detected in the primary coil Li induced voltage Ui with a separate supply voltage, a predetermined function is performed, which is applied to the primary coil Li, the supply voltage voltage Uv and the primary Coil Li for wireless energy transmission is controlled.
  • the inverter 110 is then controlled by the arithmetic unit 140 so as to apply the supply voltage Uv to the primary coil Li and cause a current flow for wireless power transmission in the primary coil Li when a value of the voltage induced in the primary coil Ui or a derived quantity exceeds or falls below a predetermined threshold.
  • the arithmetic unit 140 is thus a device which is used for performing a predetermined function due to the detected in the primary coil Li in du simplifyen voltage Ui at a separate supply voltage.
  • FIG. 2 schematically shows voltage and current profiles when using a power transmission system according to a preferred embodiment of the invention.
  • the voltage Ui in V induced in the transmitting unit in the middle diagram a current I in A in the oscillating circuit, which in the receiving unit with the secondary Coil L2 is formed, and in the lower diagram of this current I ent speaking, applied to the resonant circuit associated voltage U in V, respectively applied over time t in s.
  • a voltage in the primary coil in the transmitting unit can be induced, for example, connected to the primary coil Kon capacitor (which may be connected, for example, parallel to the supply voltage) is charged.
  • Such an energy pulse can then be generated repetitively, for example at predetermined intervals of, for example, 30 s and, as soon as a sufficient value of the induced voltage is measured in the transmitting unit, the transmitting unit can enter the regular operating mode for energy transmission.
  • the duration of such an energy pulse can be chosen to be very short, for example at most one second, so that it can be ensured that no unwanted heating occurs in the vicinity of metallic objects.
  • the transmitting unit is repositioned relative to the receiving unit until the induced voltage reaches the pre-defined threshold and / or until the charging process starts automatically or automatically. Furthermore, it can be stated that a positioning attempt has been made and, alternatively, another positioning method can be used. In this case, the power pulse serves only as a start signal for the transmitting unit.
  • the invention relates firstly to a receiving unit 200, which is directed to cooperate for wireless energy transmission with a separate unit from the receiving unit 100, which Sendein unit 100 has a primary coil Li, which is supplied with a supply voltage Uv, wherein the receiving unit 200 has a secondary coil l_2, to which a DC link capacitor Cz and an energy storage 220 are connected via a power converter 210.
  • the receiving unit 200 includes means 240 for driving the power converter 210 at a voltage applied to the DC link capacitor Cz for providing a the secondary coil l_2 flowing through AC I by driving the power converter 210 so as to generate an energy pulse Ep.
  • the invention relates to a transmitting unit 100, which is directed to cooperate for wireless energy transmission with a separate from the transmitting unit receiving unit 200, wherein the Sendeein unit 100 has a primary coil Li, which is supplied with a supply voltage Uv.
  • the transmitting unit there is a means 140 for detecting a voltage induced in the primary coil voltage Ui with separated from the primary coil Li supply voltage.
  • receiving unit (200) which is set up for wireless energy transmission with a separate from the receiving unit transmitting unit (100) cooperate, which transmitting unit (100) has a primary re coil (Li), which is ver with a supply voltage (Uv) ver, wherein the receiving unit (200) has a secondary coil (L2) to which a converter (210) a DC link capacitor (Cz) and an energy store (220) are connected, characterized in that the receiving unit (200) is adapted to, by the energy store (220) to the DC link capacitor (Cz) voltage applied to the power converter ( 210) in such a way that an energy pulse (Ep) is generated by means of the secondary coil (L2).
  • Receiving unit (200) according to clause 1 or 2, which is set up so that the energy pulse (Ep) is generated repeatedly, in particular at predetermined time intervals.
  • Receiving unit (200) according to clause 3, which is set up so that the energy pulse (Ep) is repeatedly generated until a charging operation of the energy store (220) carried out by the transmitting unit (100) is detected.
  • a receiving unit (200) according to any preceding clause adapted to be placed beneath a skin (310) in a human or animal body.
  • Transmitter unit (100) which is set up to cooperate for the wireless energy transmission with a separate from the transmitting unit Empfangsein unit (200), wherein the transmitting unit (100) has a primary coil (Li), which can be supplied with a supply voltage (Uv), characterized in that the transmitting unit (100) is adapted, in the supply voltage separated from the primary primary coil (Li) a in to detect the primary coil in reduced voltage (Ui) and to perform at least one predetermined function based thereon.

Abstract

Die Erfindung betrifft zum einen eine Empfangseinheit (200), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sendeeinheit (100) zusammenzuwirken, welche Sendeinheit (100) eine primäre Spule (L1) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) versorgbar ist, wobei die Empfangseinheit (200) eine sekundäre Spule (L2) aufweist, an die über einen Stromrichter (210) ein Zwischenkreiskondensator (Cz) und ein Energiespeicher (220) angebunden sind. Erfindungsgemäß enthält die Empfangseinheit (200) eine Einrichtung (240) zum Ansteuern des Stromrichters (210) bei einer an den Zwischenkreiskondensator (Cz) angelegter Spannung für das Bereitstellen eines die sekundäre Spule (L2) durchströmenden Wechselstroms (I) durch Ansteuern des Stromrichters (210) um damit einen Energiepuls (Ep) zu erzeugen. Zum anderen betrifft die Erfindung eine Sendeeinheit (100), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangseinheit (200) zusammenzuwirken, wobei die Sendeeinheit (100) eine primäre Spule (L1) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) versorgbar ist. In der Sendeeinheit gibt es eine Einrichtung (140) für das Erfassen einer in der primären Spule induzierten Spannung (UI) bei von der primären Spule (L1) getrennter Versorgungsspannung.

Description

Empfangseinheit, Sendeeinheit, Energieübertragungssystem und Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinheit, eine Sendeeinheit, ein Energieübertragungssystem mit einer solchen Empfangseinheit und einer solchen Sendeeinheit, sowie ein Verfahren zur drahtlosen Energieübertra gung.
Zur Energieversorgung von Verbrauchern und insbesondere zum Laden von Energiespeichern kann eine drahtlose, insbesondere induktive Energieüber tragung verwendet werden. Bei dieser Art der Energieübertragung kann in einer Sendeeinheit mit einer primären Spule ein magnetisches Feld erzeugt werden, das in einer Empfangseinheit mit einer sekundären Spule eine Spannung und damit einen Stromfluss induziert.
Ein entscheidender Punkt für eine möglichst optimale und effiziente Energie übertragung bei einem solchen Energieübertragungssystem ist in der Regel, dass die Sendeeinheit und die Empfangseinheit möglichst optimal relativ zu einander positioniert werden. Dies betrifft insbesondere die darin vorhande nen Spulen. Bei zu unzureichend genauer Positionierung ist die Energieüber tragung aufgrund zu geringer, induzierter Spannung in der sekundären Spule in der Regel wenig effizient. Aufgrund gesetzlich vorgegebener Grenzwerte und Vorschriften für elektromagnetische Felder muss sichergestellt werden, dass die Sendeeinheit nur dann mit der Energieübertragung beginnt und ein Wechselfeld erzeugt, wenn sie auf einer Empfangseinheit platziert, d. h. rich tig positioniert ist.
Aus der CN 103 942 51 1 A ist beispielsweise ein solches Energieübertra gungssystem zur drahtlosen Energieübertragung bekannt, bei dem Infrarot oder Funktechnik zur besseren Positionierung vorgeschlagen werden. In der WO 2009/023905 A1 wird beispielsweise die Verwendung von Magneten vorgeschlagen, um die Sendeinheit relativ zur Empfangseinheit besser posi tionieren zu können. Aus der CN 106 776 441 A ist es bekannt, zu diesem Zweck sog. NFC-Chips (NFC steht dabei für engl.„Near Field Communicati- on“) zu verwenden. In der US 6 212 430 B1 wird eine freie Positionierung durch eine Spulen-Anordnung vorgeschlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einer Empfangseinheit, die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sendeeinheit zusammenzuwirken, die Funktion einer Positionier hilfe zu verleihen.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, das richtige Positionieren einer Sendeeinheit für das induktive Übertragen von elektrischer Energie zu einer in dem Körper einer Person angeordneten Empfangseinheit zu verein fachen.
Diese Aufgabe wird durch eine Empfangseinheit mit den Merkmalen des An spruchs 1 und eine Sendeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ge löst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Idee der Erfindung ist es, dass der Sendeeinheit mitgeteilt wird, zu wel chem Zeitpunkt sie korrekt platziert bzw. positioniert ist und mit der Energie übertragung begonnen werden kann und zu welchem Zeitpunkt eine Aus sendung von Feldern nicht erlaubt ist.
Ein Problem mit der Identifikation der Sendeeinheit stellt sich insbesondere bei der sog. transkutanen Energieübertragung, bei der die Empfangseinheit unter der Haut in einem menschlichen Körper angeordnet bzw. implantiert ist. Eine solche transkutane Energieübertragung ist beispielsweise bei Kreislauf oder Herzunterstützungssystemen (sog. VAD-Systemen, von engl.„Ventricu- lar Assist Device“) vorteilhaft, da dann keine dauerhafte Wunde in der Haut vorhanden ist, durch welche ein Kabel geführt ist. Durch die Implantierung der Empfangseinheit unter der Haut ist diese nicht sichtbar und meist auch nicht oder nur schwierig erkennbar, was die optimale Positionierung der Sendeeinheit erschwert.
Auch besteht die Möglichkeit, dass die extrakorporale Sendeeinheit kurzeitig entfernt wird. In einem solchen Zeitraum sollte die extrakorporale Sendeein heit keine elektromagnetischen Felder aussenden, da sich sonst metallische Objekte im direkten Umfeld unzulässig erhitzen könnten. Die Sendeeinheit benötigt also eine Information über ihre aktuelle räumliche Positionierung.
Die Erfindung geht aus von einem Energieübertragungssystem zur drahtlo sen Energieübertragung mit einer Sendeeinheit und einer von der Sendein heit getrennten Empfangseinheit bzw. von einer solchen Sendeeinheit und einer solchen Empfangseinheit. Insbesondere ist die Empfangseinheit also dazu eingerichtet, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Emp fangseinheit getrennten Sendeeinheit zusammenzuwirken. Die Sendeinheit weist dabei eine primäre Spule auf, die mit einer vorgegebenen Versor gungsspannung versorgbar ist. Hierzu ist in der Regel auch ein Wechselrich ter, beispielsweise mit geeigneten Halbleiterschaltern, vorgesehen, um mit einer als Gleichspannung vorliegenden Versorgungsspannung eine Oszillati on der Spannung in der primären Spule zu erzeugen. Damit kann mittels der Sendeeinheit ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden.
Die Empfangseinheit weist entsprechend eine sekundäre Spule auf, an die über einen als Gleich- und Wechselrichter betreibbaren Stromrichter ein Zwi schenkreiskondensator bzw. allgemein eine Zwischenkreiskapazität ange bunden ist. Bei dem Stromrichter kann es sich insbesondere um einen akti ven Gleichrichter mit beispielsweise geeigneten Halbleiterschaltern handeln. Der Zwischenkreiskondensator, der im Falle der Energieübertragung geladen wird, dient insbesondere zum Glätten der in der sekundären Spule induzier- ten und dann gleichgerichteten Wechselspannung. Bei dieser Art der draht losen Energieübertragung handelt es sich damit, wie eingangs schon er wähnt, um eine induktive Energieübertragung.
An den Stromrichter ist dann ein Energiespeicher, beispielsweise ein Akku mulator bzw. eine aufladbare Batterie, angebunden, der - mittels der drahtlo sen bzw. induktiven Energieübertragung - geladen werden kann oder soll. Zusätzlich kann an den Stromrichter auch ein Verbraucher angebunden sein, der - mit der in dem Zwischenkreis bzw. an dem Zwischenkreiskondensator anliegenden Zwischenkreisspannung - mit Spannung und damit mit Energie versorgt wird.
Erfindungsgemäß ist die Empfangseinheit dazu eingerichtet, bei durch den Energiespeicher an den Zwischenkreiskondensator angelegter Spannung den Stromrichter derart anzusteuern, dass mittels der sekundären Spule ein Energiepuls erzeugt wird.
Der erzeugte Energiepuls kann auch als ein Energieimpuls verstanden wer den. Der Energiepuls entsteht dadurch, dass durch die sekundäre Spule ein Strompuls bzw. Stromimpuls geleitet wird, der zu einem sich zeitlich ändern den Spulenmagnetfeld führt.
Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sendeeinheit dazu eingerichtet ist, bei von der Versorgungsspannung getrennter primärer Spule eine in der primären Spule induzierte Spannung - dies kann durch den in der sekundären Spule der Empfangseinheit erzeugten Energiepuls erfolgen - zu erfassen und basierend darauf wenigstens eine vorgegebene Funktion aus zuführen. Die wenigstens eine vorgegebene Funktion umfasst dabei insbe sondere, an die primäre Spule die Versorgungsspannung anzulegen und die primäre Spule zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, und damit insbesondere, einen Ladevorgang des Energiespeichers zu starten, und zwar vorzugsweise automatisiert. Die Wirksamkeit oder Effektivität der Energieübertragung von der Sendeein heit auf die Empfangseinheit wird über den sog. Kopplungsfaktor bestimmt. Der Kopplungsfaktor ist ein Maß für die magnetische Wechselwirkung zwi- sehen der primären Spule und der sekundären Spule, welche insbesondere auch von der Positionierung der beiden Spulen zueinander abhängt. Je hö her der Kopplungsfaktor ist, desto besser bzw. effizienter ist die Energieüber tragung. Die Erfindung macht sich nun zunutze, dass die Richtung der Energieüber tragung bei einem Energieübertragungssystem mit Sendeinheit und Emp fangseinheit nicht nur von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit, sondern auch umgekehrt von der Empfangseinheit zur Sendeeinheit erfolgen kann. Hierzu ist dann eine ausreichende Spannungsversorgung in der Empfangs- einheit nötig, was durch den Energiespeicher sichergestellt werden kann. Ebenso muss der Stromrichter entsprechend - d. h. im Sinne eines Wechsel richters - angesteuert werden, sodass in der sekundären Spule zumindest kurzzeitig ein magnetisches Wechselfeld und damit ein Energiepuls erzeugt werden kann.
Dieser Energiepuls kann dann in der Sendeeinheit bzw. mittels der primären Spule erfasst bzw. identifiziert werden. Hierzu sollte an der primären Spule keine Versorgungsspannung anliegen, damit ein etwaiger Kondensator nicht geladen ist. Der Wechselrichter wird dabei dann als Gleichrichter verwendet bzw. angesteuert.
Auf diese Weise kann also ermittelt werden, ob die Sendeeinheit hinreichend genau relativ zur Empfangseinheit positioniert ist, da andernfalls der Ener giepuls nicht erfasst werden könnte oder zumindest nicht hinreichend gut. In diesem Zusammenhang ist es auch besonders zweckmäßig, wenn die Sen deeinheit dazu eingerichtet ist, an die primäre Spule die Versorgungsspan nung anzulegen und die primäre Spule zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung oder eine davon abgeleitete Größe, beispielsweise der erwähnte Kopplungs faktor, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet (je nachdem, wie die die Größe bzw. der Schwellwert definiert sind).
Auf diese Weise kann also der Ladevorgang gestartet werden, insbesondere automatisch bzw. automatisiert, wenn die Sendeeinheit hinreichend genau relativ zur Empfangseinheit positioniert ist. Zweckmäßig ist es in diesem Zu sammenhang auch, wenn ein Signal, beispielsweise ein akustisches Signal ausgegeben wird, wenn der Schwellwert noch nicht überschritten ist, aber beispielsweise schon ein geringer Energiepuls erfasst wurde. Damit kann beispielsweise einem Benutzer zu erkennen gegeben werden, dass die Sen deeinheit erneut positioniert werden soll.
Vorzugsweise ist die Empfangseinheit dazu eingerichtet, dass der Energie puls wiederholt, insbesondere in vorgegebenen zeitlichen Abständen, er zeugt wird. Insbesondere kann der Energiepuls solange wiederholt erzeugt werden, bis ein von der Sendeeinheit ausgeführter Ladevorgang des Ener giespeichers erkannt wird.
Damit ist es beispielsweise möglich, eine erneute Positionierung der Sende einheit an der Empfangseinheit zu ermöglichen, wenn die Sendeeinheit zeit weise weiter von der Empfangseinheit entfernt wurde, wie dies im Fall eines Energieübertragungssystems zur transkutanen Energieübertragung bei spielsweise beim Duschen der Fall sei kann. Außerdem kann damit insbe sondere sichergestellt werden, dass die Sendeeinheit erst dann mit der Energieübertragung beginnt, wenn sie einen Energiepuls detektiert und damit korrekt auf der Empfangseinheit platziert bzw. positioniert ist, und nicht im unplatzierten Zustand unkontrolliert Felder aussendet. Mit anderen Worten ist die Sendeinheit also dazu eingerichtet, die primäre Spule nicht (bzw. noch nicht) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn (oder solange) der Wert der in der primären Spule induzierten Spannung oder die davon abgeleitete Größe den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet oder nicht unterschreitet (je nach Definition von Größe und Schwellwert).
Wenngleich die vorgestellte Sendeinheit sowie die vorgestellte Empfangs einheit für beliebige Arten der drahtlosen bzw. induktiven Energieübertragung vorteilhaft sind, ist es dennoch besonders zweckmäßig, wenn die Empfangs einheit dazu ausgebildet ist, unterhalb einer Haut in einem menschlichen o- der tierischen Körper angeordnet, insbesondere implantiert, zu werden, und/oder wenn die Sendeeinheit dazu ausgebildet ist, auf einer Haut außer halb eines menschlichen oder tierischen Körpers angeordnet zu werden. Damit dient das Energieübertragungssystem der eingangs erwähnten trans kutanen Energieübertragung. Hier kommen die erwähnten Vorteile beson ders deutlich zur Geltung, da - wie erwähnt - eine Positionierung bei unter der Haut angeordneter Empfangseinheit besonders schwierig ist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Energieübertragungssystem zur drahtlosen Energieübertragung mit einer erfindungsgemäßen Sendeeinheit und einer davon getrennten erfindungsgemäßen Empfangseinheit.
Hinsichtlich der Vorteile sowie weiterer bevorzugter Ausgestaltungen des Energieübertragungssystems sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zur Sendeeinheit und zur Empfangseinheit verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur drahtlosen Ener gieübertragung mittels eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssys tems. Dabei wird, nachdem die Sendeeinheit initial relativ zu der Empfangs einheit positioniert wurde, eine Energieübertragung gestartet, wenn ein mit tels der Empfangseinheit erzeugter Energiepuls in der primären Spule der Sendeinheit eine Spannung induziert und wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung oder eine davon abgeleitete Größe, beispiels weise der erwähnte Kopplungsfaktor, einen vorgegebenen Schwellwert über- schreitet oder unterschreitet. Hierzu sei angemerkt, dass bei Umkehr des Leistungsflusses eine inverse Übertragungsfunktion gilt, d. h. die Spannung am Zwischenkreiskondensator ist umgekehrt proportional zum Kopplungsfak tor und proportional zur Eingangsspannung. Bei kleiner detektierter Ein gangsspannung liegt also ein großer Kopplungsfaktor und damit eine gute Platzierung bzw. Positionierung vor.
Insbesondere ermöglicht dies dem Benutzer des Energieübertragungssys tems, dass er, wenn der Wert der in der primären Spule der Sendeinheit in duzierten Spannung oder der davon abgeleiteten Größe den Schwellwert nicht überschreitet oder unterschreitet, die Sendeeinheit solange wiederholt neu positioniert, bis der Wert der in der der primären Spule der Sendeinheit induzierten Spannung oder der davon abgeleiteten Größe den Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.
Dies stellt eine besonders einfache und schnelle Möglichkeit für einen Benut zer des Energieübertragungssystems dar, die Sendeeinheit relativ zur Emp fangseinheit zu positionieren, sodass die Energieübertragung gestartet wer den kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit in ei nem Energieübertragungssystem; und Fig. 2 schematisch Spannungs- und Stromverläufe bei einem Betrieb des Energieübertragungssystems.
In Fig.1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Energieübertragungssystem 300 zur drahtlosen Energieübertragung in einer bevorzugten Ausführungs form dargestellt. Das Energieübertragungssystem weist hierbei eine Sende einheit 100 und eine davon getrennte Empfangseinheit 200 auf, jeweils ge mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Sendeeinheit 100 weist eine primäre Spule Li auf, an die über einen Wechselrichter 110, der vier mit Si bis S4 bezeichnete Halbleiterschalter, beispielsweise MOSFETs oder Bipolartransistoren, aufweist, eine Versor gungsspannung Uv anlegbar ist. Zudem sind ein Vorfilter 120 sowie eine Kompensationskapazität mit nicht näher bezeichneten Komponenten zwi schen den Wechselrichter 1 10 und die primäre Spule Li geschaltet. Die Kompensationskapazität dient bei resonanter Ansteuerung (Ansteuerung mit der Auslegungsfrequenz) als Blindleistungskompensation.
Bei angelegter Versorgungsspannung Uv und geeigneter Ansteuerung des Wechselrichters kann also mittels der Spule Li ein magnetisches Wechsel feld erzeugt werden.
Die Empfangseinheit 200 weist eine sekundäre Spule l_2 mit Kompensations kapazität auf, an die über einen Stromrichter 210 ein Zwischenkreiskonden sator Cz angebunden ist. An den Zwischenkreiskondensator Cz wiederum ist mittels zweier Halbleitschalter Ss und Se, die beispielsweise als MOSFETs oder Bipolartransistoren ausgebildet sein können und zusammen mit einer Induktivität und einer Kapazität insbesondere als Tiefsetzsteller dienen, eine Energiespeichereinheit 220 angebunden. Ein Verbraucher kann beispiels weise über die angedeuteten Anschlüsse angebunden sein. An der Energie speichereinheit kann beispielsweise - unter der Verwendung des erwähnten Tiefsetzstellers - eine Ausgangsspannung Uout mit einem Ausgangsstrom lout eingestellt werden.
Der Stromrichter 210 ist als aktiver Gleichrichter mit vier mit Si bis S4 be- zeichneten Halbleiterschaltern, beispielsweise MOSFETs oder Bipolartran sistoren, ausgebildet. Bei der Energiespeichereinheit 220 kann es sich ins besondere um einen Akkumulator bzw. eine aufladbare Batterie handeln.
Die Empfangseinheit 200 kann nun insbesondere dazu ausgebildet sein, un ter einer Haut, die hier mit 310 angedeutet ist, angeordnet bzw. implantiert zu sein, und beispielsweise für ein Kreislauf- oder Herzunterstützungssystem verwendet werden. Insbesondere kann die Energiespeichereinheit 220 zur Energieversorgung eines solchen Kreislauf- oder Herzunterstützungssystems verwendet werden.
Bei entsprechend außerhalb bzw. auf der Haut 310 positionierter Sendeein heit 100 wird - bei entsprechender Positionierung - eine Kopplung zwischen der primären Spule Li der Sendeeinheit 100 und der sekundären Spule l_2 der Empfangseinheit 200 erreicht.
Wird nun die Sendeinheit derart angesteuert bzw. betrieben, dass mittels der primären Spule Li ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, wird durch die Kopplung eine Spannung bzw. ein Stromfluss in der sekundären Spule l_2 induziert. Dies wiederum führt dazu, dass der Zwischenkreiskondensator Cz geladen wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun die Empfangseinheit 200 da zu eingerichtet, bei durch den Energiespeicher 220 an dem Zwischenkreis kondensator angelegter Spannung Uz den als aktiven Gleichrichter ausgebil deten Stromrichter 210 derart anzusteuern, dass mittels der sekundären Spule l_2 ein Energiepuls erzeugt wird, der hier mit Ep schematisch angedeu tet ist. Der als aktiver Gleichrichter ausgebildete Stromrichter 210 wird hierzu also insbesondere im Sinne eines Wechselrichters angesteuert. Denkbar ist jedoch auch, durch Ansteuern des als aktiver Gleichrichter ausgebildeten Stromrichters 210 an die sekundäre Spule l_2 nur einen kurzen Spannungs puls mit ansteigender Flanke anzulegen, um so ein ansteigendes magneti sches Feld zu erzeugen.
Für dieses Ansteuern des als aktiver Gleichrichter ausgebildeten Stromrich ters 210 kann beispielsweise eine in der Empfangseinheit 200 integrierte Re cheneinheit 240 verwendet werden. Die Recheneinheit 240 bildet dann eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Stromrichter 210 bei einer durch den Energiespeicher 220 an den Zwischenkreiskondensator Cz angelegten Spannung so anzusteuern, dass ein die sekundäre Spule l_2 durchströmen der Wechselstrom I bereitgestellt wird, der einen Energiepuls Ep erzeugt.
Die Sendeeinheit 100 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dazu einge richtet, bei von der Versorgungsspannung Uv getrennter primärer Spule Li eine in der primären Spule induzierte Spannung Ui zu erfassen. Diese indu zierte Spannung Ui wird hier beispielhaft über einem Widerstand abgegriffen. Hierzu kann auch eine geeignete Spannungsmesseinrichtung verwendet werden, die beispielsweise in der gezeigten und in der Sendeinheit 100 inte grierten Recheneinheit 140 vorgesehen sein kann.
Denkbar ist jedoch auch, dass die induzierte Spannung nicht, wie dargestellt, nach der Gleichrichtung des in der primären Spule Li induzierten Span- nungs- bzw. Energiepulses, sondern davor abgegriffen bzw. erfasst wird. Auch hierzu kann auch eine geeignete Spannungsmesseinrichtung verwen det werden, die beispielsweise in der gezeigten und in der Sendeinheit 100 integrierten Recheneinheit 140 vorgesehen sein kann.
Die Rechnereinheit 140 bildet so eine Einrichtung für das Erfassen einer in der primären Spule induzierten Spannung Ui bei von der primären Spule Li getrennter Versorgungsspannung. Wenn dann der Wert der induzierten Spannung Ui unterhalb eines vorgege benen Schwellwertes liegt, kann davon ausgegangen werden, dass die bei den Spulen Li und L2 hinreichend genau zueinander positioniert sind und es kann der Ladevorgang des Energiespeichers 220 gestartet werden. Hierzu kann dann zunächst die Versorgungsspannung Uv wieder an die primäre Spule Li angelegt werden und in der Empfangseinheit 200 kann der aktive Gleichrichter 210 wieder als Gleichrichter betrieben werden. Die in die Sendeeinheit 100 integrierte Recheneinheit 140 bewirkt, dass auf grund der in der primären Spule Li erfassten induzierten Spannung Ui bei getrennter Versorgungsspannung eine vorgegebene Funktion ausgeführt wird, die darin besteht, dass an die primäre Spule Li die Versorgungsspan nung Uv angelegt und die primäre Spule Li zur drahtlosen Energieübertra- gung angesteuert wird.
Der Wechselrichter 1 10 wird dann mittels der Recheneinheit 140 so ange steuert, dass an die primäre Spule Li die Versorgungsspannung Uv angelegt und in der primären Spule Li ein Stromfluss zur drahtlosen Energieübertra- gung bewirkt wird, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung Ui oder eine davon abgeleitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.
Die Recheneinheit 140 ist damit eine Einrichtung, die für das Ausführen einer vorgegebenen Funktion aufgrund der in der primären Spule Li erfassten in duzierten Spannung Ui bei getrennter Versorgungsspannung dient.
In Fig. 2 sind schematisch Spannungs- und Stromverläufe bei Verwendung eines Energieübertragungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung dargestellt. Hierzu sind im oberen Diagramm die in der Sendeeinheit induzierte Spannung Ui in V, im mittleren Diagramm ein Strom I in A in dem Schwingkreis, der in der Empfangseinheit mit der sekundären Spule L2 gebildet wird, und im unteren Diagramm die diesem Strom I ent sprechende, an dem Schwingkreis anliegende zugehörige Spannung U in V, jeweils über der Zeit t in s aufgetragen.
Hier ist zu sehen, dass durch eine geeignete Ansteuerung der Empfangsein heit 200 bzw. der sekundären Spule l_2 und den damit erzeugten Energiepuls Ep eine Spannung in der primären Spule in der Sendeinheit induziert werden kann, mit der beispielsweise ein mit der primären Spule verbundener Kon densator (der beispielsweise parallel zur Versorgungsspannung geschaltet sein kann) geladen wird.
Ein solcher Energiepuls kann dann beispielsweise in vorgegebenen zeitli chen Abständen von beispielsweise 30 s wiederholt erzeugt werden und, sobald in der Sendeeinheit ein hinreichender Wert der induzierten Spannung gemessen wird, kann die Sendeeinheit in den regulären Betriebsmodus zur Energieübertragung übergehen.
Die Dauer eines solchen Energiepulses kann sehr kurz gewählt werden, bei spielsweise höchstens eine Sekunde, sodass sichergestellt werden kann, dass keine unerwünschte Erwärmung in der Nähe befindlicher metallischer Gegenstände auftritt.
Denkbar ist beispielsweise, dass die Sendeeinheit solange relativ zur Emp fangseinheit neu positioniert wird, bis die induzierte Spannung den vorgege benen Schwellwert erreicht und/oder bis der Ladevorgang automatisch bzw. automatisiert startet. Des Weiteren kann festgestellt werden, dass ein Positi onierungsversuch erfolgt ist und es kann alternativ ein anderes Positionie rungsverfahren angewendet werden. In diesem Fall dient der Leistungspuls lediglich als Startsignal für die Sendeeinheit.
Zudem wird damit ermöglicht, dass der Ladevorgang alleine durch Positionie rung der Sendeeinheit automatisch bzw. automatisiert und insbesondere oh- ne weiteres Zutun starten kann, da der Sendeeinheit über den Energiepuls ein Startsignal erteilt wird.
Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten:
Die Erfindung betrifft zum einen eine Empfangseinheit 200, die dazu einge richtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Empfangs einheit getrennten Sendeeinheit 100 zusammenzuwirken, welche Sendein heit 100 eine primäre Spule Li aufweist, die mit einer Versorgungsspannung Uv versorgbar ist, wobei die Empfangseinheit 200 eine sekundäre Spule l_2 aufweist, an die über einen Stromrichter 210 ein Zwischenkreiskondensator Cz und ein Energiespeicher 220 angebunden sind. Die Empfangseinheit 200 enthält eine Einrichtung 240 zum Ansteuern des Stromrichters 210 bei einer an den Zwischenkreiskondensator Cz angelegter Spannung für das Bereit stellen eines die sekundäre Spule l_2 durchströmenden Wechselstroms I durch Ansteuern des Stromrichters 210 um damit einen Energiepuls Ep zu erzeugen.
Zum anderen betrifft die Erfindung eine Sendeeinheit 100, die dazu einge richtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangseinheit 200 zusammenzuwirken, wobei die Sendeein heit 100 eine primäre Spule Li aufweist, die mit einer Versorgungsspannung Uv versorgbar ist. In der Sendeeinheit gibt es eine Einrichtung 140 für das Erfassen einer in der primären Spule induzierten Spannung Ui bei von der primären Spule Li getrennter Versorgungsspannung.
Insbesondere betrifft die Erfindung die in den folgenden Klauseln angegebe nen Aspekte:
1. Empfangseinheit (200), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Ener gieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sende- einheit (100) zusammenzuwirken, welche Sendeinheit (100) eine primä re Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) ver sorgbar ist, wobei die Empfangseinheit (200) eine sekundäre Spule (L2) aufweist, an die über einen Stromrichter (210) ein Zwischenkreiskon densator (Cz) und ein Energiespeicher (220) angebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (200) dazu eingerichtet ist, bei durch den Energie speicher (220) an dem Zwischenkreiskondensator (Cz) angelegter Spannung den Stromrichter (210) derart anzusteuern, dass mittels der sekundären Spule (L2) ein Energiepuls (Ep) erzeugt wird.
Empfangseinheit (200) nach Klausel 1 , wobei der Stromrichter (210) als aktiver Gleichrichter ausgebildet ist.
Empfangseinheit (200) nach Klausel 1 oder 2, die dazu eingerichtet ist, dass der Energiepuls (Ep) wiederholt, insbesondere in vorgegebenen zeitlichen Abständen, erzeugt wird.
Empfangseinheit (200) nach Klausel 3, die dazu eingerichtet ist, dass der Energiepuls (Ep) solange wiederholt erzeugt wird, bis ein von der Sendeeinheit (100) ausgeführter Ladevorgang des Energiespeichers (220) erkannt wird.
Empfangseinheit (200) nach einem der vorstehenden Klauseln, die da zu ausgebildet ist, unterhalb einer Haut (310) in einem menschlichen oder tierischen Körper angeordnet zu werden.
Sendeeinheit (100), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energie übertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangsein heit (200) zusammenzuwirken, wobei die Sendeeinheit (100) eine primäre Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (100) dazu eingerichtet ist, bei von der Versorgungs spannung getrennter primärer Spule (Li) eine in der primären Spule in duzierte Spannung (Ui) zu erfassen und basierend darauf wenigstens eine vorgegebene Funktion auszuführen. Sendeeinheit (100) nach Klausel 6, wobei die wenigstens eine vorge gebene Funktion umfasst, an die primäre Spule (Li) die Versorgungs spannung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern. Sendeeinheit (100) nach Klausel 6 oder 7, die dazu eingerichtet ist, an die primäre Spule (Li) die Versorgungsspannung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) o- der eine davon abgeleitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet. Sendeeinheit (100) nach Klausel 8, die dazu eingerichtet ist, die primä re Spule (Li) nicht zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn der Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) o- der die davon abgeleitete Größe den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet oder nicht unterschreitet. Sendeeinheit (100) nach einer der Klauseln 6 bis 9, die dazu ausgebil det ist, auf einer Flaut (310) außerhalb eines menschlichen oder tieri schen Körpers angeordnet zu werden. Energieübertragungssystem (300) zur drahtlosen Energieübertragung mit einer Sendeeinheit (100) nach einer der Klauseln 6 bis 10 und einer davon getrennten Empfangseinheit (200) nach einer der Klauseln 1 bis 5. Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines Energie übertragungssystems (300) nach Klausel 1 1 , wobei eine Energieüber tragung automatisch gestartet wird, wenn ein mittels der Empfangsein heit (200) erzeugter Energiepuls (Ep) in der primären Spule (Li) der Sendeinheit (100) eine Spannung induziert, und wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) oder eine davon abgelei tete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unter schreitet.
Bezuqszeichenliste
100 Sendeeinheit
1 10 Wechselrichter
120 Vorfilter
140 Recheneinheit
200 Empfangseinheit
210 Stromrichter / Gleichrichter
220 Energiespeichereinheit / Energiespeicher 240 Recheneinheit
300 Energieübertragungssystem
310 Haut
Cz Zwischenkreiskondensator
Ep Energiepuls
I Strom
lout Ausgangsstrom
Li primäre Spule
l_2 sekundäre Spule
Si bis S6 Halbleiterschalter
t Zeit
U Spannung
Uout Ausgangsspannung
Ui induzierte Spannung
Uv Versorgungsspannung
Uz Spannung

Claims

p - re - 19 - Patentansprüche
1. Empfangseinheit (200), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Ener gieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sende- einheit (100) zusammenzuwirken, welche Sendeinheit (100) eine primä re Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) ver sorgbar ist, wobei die Empfangseinheit (200) eine sekundäre Spule (L2) aufweist, an die über einen Stromrichter (210) ein Zwischenkreiskon densator (Cz) und ein Energiespeicher (220) angebunden sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (240), die dazu ausgelegt ist, den Stromrichter (210) bei einer durch den Energiespeicher (220) an den Zwischenkreiskon- densator (Cz) angelegten Spannung so anzusteuern, dass ein die se kundäre Spule (L2) durchströmender Strom (I) bereitgestellt wird, der einen Energiepuls (Ep) erzeugt.
2. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (210) als ein aktiver Gleichrichter ausgebildet ist.
3. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (240) dazu ausgelegt ist, den Stromrich ter (210) bei der durch den Energiespeicher (220) an den Zwischen- kreiskondensator (Cz) angelegten Spannung wiederholt so anzusteu ern, dass ein die sekundäre Spule (L2) durchströmender Wechselstrom (I) bereitgestellt wird, der einen Energiepuls (Ep) erzeugt.
4. Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (240) dazu ausgelegt ist, den
Stromrichter (210) bei der durch den Energiespeicher (220) an den Zwischenkreiskondensator (Cz) angelegten Spannung in vorgegebenen zeitlichen Abständen so anzusteuern, dass als Strom ein die sekundäre Spule (L2) durchströmender Wechselstrom (I) bereitgestellt wird, der ei nen Energiepuls (Ep) erzeugt.
5. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (240) dazu ausgelegt ist, durch Ansteu ern des Stromrichters (210) den Energiepuls (Ep) solange wiederholt zu erzeugen, bis ein von der Sendeeinheit (100) ausgeführter Ladevor gang des Energiespeichers (220) erkannt wird.
6. Empfangseinheit (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu ausgebildet ist, unterhalb einer Haut (310) in einem menschlichen oder tierischen Körper angeordnet zu werden.
7. Sendeeinheit (100), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energie übertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangsein heit (200) zusammenzuwirken, wobei die Sendeeinheit (100) eine primäre Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) versorgbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (140) für das Erfassen einer in der primären Spule in duzierten Spannung (Ui) bei von der primären Spule (Li) getrennter Versorgungsspannung.
8. Sendeeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (140) für das Ausführen einer vorgegebenen Funktion auf grund der in der primären Spule (Li) erfassten induzierten Spannung (Ui) bei getrennter Versorgungsspannung dient.
9. Sendeeinheit (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine vorgegebene Funktion umfasst, an die primäre Spule (Li) die Versorgungsspannung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern.
10. Sendeeinheit (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (140) dazu dient, durch das Ansteuern eines Wechselrichters (1 10) an die primäre Spule (Li) die Versorgungsspan nung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Ener gieübertragung anzusteuern, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) oder eine davon abgeleitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.
1 1. Sendeeinheit (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (140) dazu dient, die primäre Spule (Li) nicht zur draht losen Energieübertragung anzusteuern, wenn der Wert der in der pri mären Spule induzierten Spannung (Ui) oder die davon abgeleitete Größe den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet oder nicht unterschreitet.
12. Sendeeinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , die dazu aus gebildet ist, auf einer Haut (310) außerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers angeordnet zu werden.
13. Energieübertragungssystem (300) zur drahtlosen Energieübertragung mit einer Sendeeinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 und einer davon getrennten Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprü che 1 bis 6.
14. Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines Energie übertragungssystems (300) nach Anspruch 13, wobei eine Energie übertragung automatisch gestartet wird, wenn ein mittels der Emp fangseinheit (200) erzeugter Energiepuls (Ep) in der primären Spule (Li) der Sendeinheit (100) eine Spannung induziert, und wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) oder eine davon abge leitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder un terschreitet.
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