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DE102007060811A1 - Device and method for wireless energy and / or data transmission between a source device and at least one target device - Google Patents

Device and method for wireless energy and / or data transmission between a source device and at least one target device Download PDF

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DE102007060811A1
DE102007060811A1 DE102007060811A DE102007060811A DE102007060811A1 DE 102007060811 A1 DE102007060811 A1 DE 102007060811A1 DE 102007060811 A DE102007060811 A DE 102007060811A DE 102007060811 A DE102007060811 A DE 102007060811A DE 102007060811 A1 DE102007060811 A1 DE 102007060811A1
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DE
Germany
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circuit
coil
primary
resonant
resonator
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Withdrawn
Application number
DE102007060811A
Other languages
German (de)
Inventor
Alfred Brühn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maquet GmbH
Original Assignee
Maquet GmbH
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.)
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Publication date
Application filed by Maquet GmbH filed Critical Maquet GmbH
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Priority to CA002639155A priority patent/CA2639155A1/en
Priority to US12/200,949 priority patent/US7999414B2/en
Priority to RU2008135269/07A priority patent/RU2419945C2/en
Priority to EP08163302A priority patent/EP2031731A1/en
Priority to BRPI0805269-7A priority patent/BRPI0805269A2/en
Priority to JP2008223925A priority patent/JP5393083B2/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät, bei denen durch mindestens eine quellgeräteseitige Primärspule (18) mindestens eines Primärstromkreises in mindestens einer zielgeräteseitigen Sekundärspule (20) mindestens eines Sekundärstromkreises, und in mindestens einer Spule mindestens eines Resonanzkreises eine Spannung induziert wird, wobei der Resonanzkreis vom Primärstromkreis und vom Sekundärstromkreis elektrisch isoliert angeordnet ist.The invention relates to a device and a method for wireless energy and / or data transmission between a source device and at least one target device, in which by at least one source device side primary coil (18) at least one primary circuit in at least one target device side secondary coil (20) at least one secondary circuit, and in at least one coil of at least one resonant circuit, a voltage is induced, wherein the resonant circuit of the primary circuit and the secondary circuit is arranged electrically insulated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät, bei denen mindestens ein Primärstromkreis mit mindestens einer quellgeräteseitigen Primärspule und mindestens ein Sekundärstromkreis mit mindestens einer zielgeräteseitigen Sekundärspule vorgesehen sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine induktive Energieübertragung zwischen Geräten oder Gerätekomponenten zum Aufladen von mindestens einem in einem Gerät bzw. in einer Gerätekomponente angeordneten Akkumulator, wie beispielsweise zum Aufladen eines Akkumulators in einer Fernbedienung.The The invention relates to an apparatus and a method for wireless Energy and / or data transmission between a source device and at least one target device, wherein at least one primary circuit with at least one source-side primary coil and at least one secondary circuit having at least one Target device side secondary coil are provided. In particular, the invention relates to an inductive energy transfer between devices or device components for charging of at least one in a device or in a device component arranged accumulator, such as for charging a Accumulator in a remote control.

Für medizinische Geräte, insbesondere für Operationstische, werden Fernbedienungen als drahtlose Bediengeräte angeboten, mit deren Hilfe das jeweilige Gerät aus verschiedenen Positionen und aus einiger Entfernung zu einer Empfängereinheit des Gerätes zum Empfangen der Signale der Fernbedienung bedient werden können. Solche Fernbedienungen ermöglichen eine bequeme Nutzung zumindest eines Teils der Bedienfunktionen des medizinischen Gerätes bzw. des Operationstisches. Solche Bediengeräte werden im Stand der Technik mit Batterien oder Akkumulatoren betrieben. Zur Sicherung der Einsatzfähigkeit einer solchen Fernbedienung empfiehlt sich der Einsatz von wiederaufladbaren Akkumulatoren, wodurch die Fernbedienung nach dem Aufladen oder Nachladen der Akkumulatoren zuverlässig während der gesamten nachfolgenden Behandlung als Bedieneinheit eingesetzt werden kann.For Medical devices, in particular for operating tables, remote controls are offered as wireless operator devices, with their help the respective device from different positions and from a distance to a receiver unit of the device can be operated to receive the signals of the remote control. Such remote controls allow convenient use at least part of the operating functions of the medical device or the operating table. Such operating devices are operated in the prior art with batteries or accumulators. To ensure the usability of such a remote control we recommend the use of rechargeable batteries, making the remote control after charging or recharging the accumulators reliable throughout the following Treatment can be used as a control unit.

Ferner ermöglicht der Einsatz spezieller Akkumulatoren bei relativ kleiner an die konstruktiven Gegebenheiten der Fernbedienung angepasster Baugröße, eine große Energiemenge für den Betrieb der Fernbedienung bereitzustellen. Zur Ladung der Akkumulatoren muss eine Verbindung zu einer weiteren Energiequelle, insbesondere zu einem geeigneten Netzteil bzw. zu einem Ladegerät, hergestellt werden. Dazu sind im Stand der Technik sowohl Anordnungen mit einer galvanischen Verbindung zwischen Ladegerät und Akkumulator als auch ohne galvanische Verbindung zwischen Ladegerät und Akkumulator bekannt. Bei den bekannten Anordnungen, bei denen keine galvanische Verbindung zwischen der Fernbedienung und der Energiequelle besteht (d. h. bei galvanischer Trennung), erfolgt die Energieübertragung üblicherweise induktiv zwischen einer Ladestation bzw. Basisstation und der Fernbedienung. Die Ladestation bzw. die Basisstation sind dabei das Quellgerät und die Fernbedienung das Zielgerät.Further allows the use of special accumulators at relative smaller size adapted to the constructional conditions of the remote control, a large amount of energy for the operation of the remote control provide. To charge the accumulators must be connected to another energy source, in particular to a suitable one Power supply or to a charger, are produced. To In the prior art are both arrangements with a galvanic Connection between charger and accumulator as well without galvanic connection between charger and accumulator known. In the known arrangements in which no galvanic There is a connection between the remote control and the power source (i.e., in galvanic isolation), the energy transfer usually occurs inductively between a charging station or base station and the remote control. The Charging station or the base station are the source device and the remote control the target device.

In 1 ist eine bekannte Anordnung 10 zum induktiven Übertragen von Energie dargestellt. Die Anordnung 10 umfasst dabei ein Quellgerät 12 und ein Zielgerät 14. Das Quellgerät 12 umfasst eine Energiequelle 16, die als Wechselstromquelle ausgebildet ist und eine Wechselspannung erzeugt. Ferner umfasst das Quellgerät 12 eine quellgeräteseitige Spule 18, die als Primärspule 18 zur Energie- bzw. Datenübertragung zum Zielgerät 14 dient. Das Zielgerät 14 umfasst eine zielgeräteseitige Spule 20, die als Sekundärspule 20 dient und elektrisch mit einer als Lastwiderstand dargestellten Ladeschaltung 22 verbunden ist. Die Energiequelle 16 des Quellgerätes 12 ist elektrisch mit der quellgeräteseitigen Primärspule 18 verbunden, sodass die Energiequelle 16 einen Wechselstromfluss durch die Spule 18 hindurch bewirkt, wodurch die Spule 18 ein zeitlich verändertes Magnetfeld (Magnetwechselfeld) erzeugt. Die zielgeräteseitige Sekundärspule 20 befindet sich in dem von der Primärspule 18 erzeugten Magnetfeld, wenn sich das Zielgerät 14 in einer Lade- und/oder Datenübertragungsposition befindet. Durch das Magnetwechselfeld wird in der Sekundärspule 20 eine Spannung induziert, durch die ein Stromfluss durch die als Lastwiderstand dargestellte Ladeschaltung 22 möglich ist, sodass dieser Ladeschaltung 22 die von der Energiequelle 16 über die Spulen 18, 20 übertragene Energie zugeführt wird. Alternativ oder zusätzlich zur Ladeschaltung 22 kann eine Auswerteschaltung zum Ermitteln von über die Anordnung nach 1 übertragenen Daten vorgesehen sein.In 1 is a known arrangement 10 shown for the inductive transmission of energy. The order 10 includes a source device 12 and a target device 14 , The source device 12 includes an energy source 16 , which is designed as an AC power source and generates an AC voltage. Furthermore, the source device includes 12 a source device side coil 18 acting as a primary coil 18 for energy or data transmission to the target device 14 serves. The target device 14 includes a target device side coil 20 acting as a secondary coil 20 serves and electrically with a charging circuit shown as a load resistor 22 connected is. The energy source 16 of the source device 12 is electrical with the source device side primary coil 18 connected so that the energy source 16 an alternating current flow through the coil 18 through which causes the coil 18 generates a temporally changed magnetic field (alternating magnetic field). The target device-side secondary coil 20 is located in the of the primary coil 18 generated magnetic field when the target device 14 located in a loading and / or data transmission position. Due to the magnetic alternating field is in the secondary coil 20 induces a voltage through which a current flow through the charging circuit shown as a load resistor 22 is possible, so this charging circuit 22 from the source of energy 16 over the coils 18 . 20 transmitted energy is supplied. Alternatively or in addition to the charging circuit 22 may be an evaluation circuit for determining the arrangement according to 1 be provided transmitted data.

In 2 ist eine Anordnung 24 zum Übertragen von Energie zwischen einem Quellgerät 26 und einem Zielgerät 28 ähnlich der Anordnung 10 nach 1 dargestellt. Gleiche Elemente haben dieselben Bezugszeichen. Im Unterschied zu der Anordnung 10 nach 1 enthält der Stromkreis des Quellgerätes 26 und der Stromkreis des Zielgerätes 28 jeweils einen Kondensator 30, 32. Durch die Anordnung des Kondensators 30 im Stromkreis des Quellgerätes 26 wird ein Serienschwingkreis und durch den Kondensator 32 im Sekundärstromkreis wird ein Parallelschwingkreis gebildet. Durch diese Schwingkreise erfolgt eine Resonanzkopplung zwischen Quellgerät 26 und Zielgerät 28, durch die ein relativ großer Wirkungsgrad bei der Energieübertragung vom Primärstromkreis zum Sekundärstromkreis bzw. vom Quellgerät 26 zum Zielgerät 28 erreicht wird. Bei der in 2 gezeigten Anordnung 24 wird ein Magnetfeld von der Primärspule 18 erzeugt. Die Primärspule 18 und der Kondensator 30 bilden einen auf Resonanz abgestimmten Primärstromkreis. Das von der Primärspule 18 erzeugte Magnetfeld durchsetzt die Sekundärspule 20, die Bestandteil des Sekundärresonanzkreises ist. Jedoch ist es in der Praxis schwierig, die Resonanzfrequenzen des primärseitigen Resonanzkreises und des sekundärseitigen Resonanzkreises aufeinander abzustimmen, da sich die Resonanzbedingungen abhängig von dem Ladezustand der Akkumulatoren bzw. abhängig vom sich über den Ladezyklus verändernden Lastwiderstand 22 ändern.In 2 is an arrangement 24 for transferring energy between a source device 26 and a target device 28 similar to the arrangement 10 to 1 shown. Like elements have the same reference numerals. Unlike the arrangement 10 to 1 Contains the circuit of the source device 26 and the circuit of the target device 28 one capacitor each 30 . 32 , By the arrangement of the capacitor 30 in the circuit of the source device 26 becomes a series resonant circuit and through the capacitor 32 in the secondary circuit, a parallel resonant circuit is formed. Through these resonant circuits there is a resonance coupling between the source device 26 and target device 28 , by which a relatively high efficiency in the energy transfer from the primary circuit to the secondary circuit or from the source device 26 to the target device 28 is reached. At the in 2 shown arrangement 24 becomes a magnetic field from the primary coil 18 generated. The primary coil 18 and the capacitor 30 form a resonant primary circuit. That of the primary coil 18 generated magnetic field passes through the secondary coil 20 , which is part of the secondary resonant circuit. However, in practice, it is difficult to match the resonance frequencies of the primary-side resonant circuit and the secondary-side resonant circuit, since the resonance conditions depend on the state of charge of the accumulators or on the charge resistance varying over the charging cycle 22 to change.

Zur Abstimmung der Resonanzfrequenz sind verschiedene Maßnahmen sowohl primärseitig als auch sekundärseitig denkbar. Beispielsweise kann eine geeignete Frequenz der Energiequelle 16 gewählt werden, wobei die Frequenz voreingestellt, in einem vorgegebenen Frequenzbereich eingestellt, geregelt oder nachgeführt werden kann. Weiterhin können geeignete konstruktive, insbesondere mechanische und elektronische, Maßnahmen vorgesehen werden, um die Resonanzbedingungen über einen längeren Ladezyklus aufrecht zu erhalten. Insbesondere kann das Aufrechterhalten der Resonanzbedingung durch eine geeignete Bauteilauswahl erreicht oder zumindest unterstützt werden. Ferner kann ein Resonanzabgleich durch eine Veränderung der Kapazität mindestens eines der Kondensatoren 30, 32 oder der Induktivität mindestens einer der Spulen 18, 20 erreicht werden. Dies ist jedoch mit einem relativ hohen Aufwand verbunden. Insge samt ist das Aufrechterhalten der Resonanzbedingungen im Primär- und/oder Sekundärstromkreis relativ aufwendig.To tune the resonant frequency various measures both primary side and on the secondary side are conceivable. For example, a suitable frequency of the energy source 16 can be selected, the frequency preset, can be adjusted in a predetermined frequency range, regulated or tracked. Furthermore, suitable structural, in particular mechanical and electronic, measures can be provided to maintain the resonance conditions over a longer charging cycle. In particular, the maintenance of the resonance condition can be achieved or at least supported by suitable component selection. Further, resonance matching may be achieved by changing the capacitance of at least one of the capacitors 30 . 32 or the inductance of at least one of the coils 18 . 20 be achieved. However, this is associated with a relatively high cost. Overall, maintaining the resonance conditions in the primary and / or secondary circuit is relatively expensive.

In 3 ist eine Anordnung 34 zum Übertragen von Energie zwischen einem Quellgerät 36 und einem Zielgerät 38 ähnlich der Anordnung 10 nach 1 dargestellt. Im Unterschied zu der Anordnung 10 nach 1 ist die Primärspule 18 um ein erste Eisenkernsegment 40 und die Sekundärspule 20 um ein zweites Eisenkernsegment 42 herum angeordnet. Die Eisenkernsegmente 40, 42 weisen in einer Lade- und/oder Datenübertragungsposition einen Spalt 44 an ihren einander zugewandten Stirnseiten auf. Der Spalt 44 wird insbesondere durch die jeweils geschlossenen Gehäuse des Quellgerätes 36 und des Zielgerätes 38 und/oder durch einen zusätzlichen Luftspalt gebildet. Die aus einer der voneinander abgewandten Stirnseiten der Magnetkernsegmente 40, 42 austretenden Feldlinien treten in die gegenüberliegende abgewandte Stirnseite ein und schließen den magnetischen Kreis mit den Magnetkernsegmenten 40, 42 und mit dem Spalt 44.In 3 is an arrangement 34 for transferring energy between a source device 36 and a target device 38 similar to the arrangement 10 to 1 shown. Unlike the arrangement 10 to 1 is the primary coil 18 around a first iron core segment 40 and the secondary coil 20 around a second iron core segment 42 arranged around. The iron core segments 40 . 42 have a gap in a loading and / or data transfer position 44 on their facing end faces. The gap 44 in particular, by the respective closed housing of the source device 36 and the target device 38 and / or formed by an additional air gap. The one of the mutually remote end faces of the magnetic core segments 40 . 42 exiting field lines enter the opposite opposite end face and close the magnetic circuit with the magnetic core segments 40 . 42 and with the gap 44 ,

In 4 ist eine Anordnung 46 ähnlich der Anordnung 34 nach 3 gezeigt, wobei sowohl beim Quellgerät 48 als auch beim Zielgerät 50 Magnetkernsegmente 52, 54 eingesetzt werden, die u-förmig ausgebildet und in einer Daten- und/oder Energieübertragungsposition derart angeordnet sind, dass jeweils beide Stirnflächen der Magnetkernsegmente 52, 54 einander gegenüberliegen und derart in einem Abstand zueinander angeordnet sind, dass zwischen diesen Stirnseiten jeweils ein Spalt 56, 58 ähnlich dem Spalt 44 der Anordnung 34 vorgesehen ist.In 4 is an arrangement 46 similar to the arrangement 34 to 3 shown, with both the source device 48 as well as the target device 50 Magnetic core segments 52 . 54 are used, which are U-shaped and arranged in a data and / or energy transfer position such that in each case both end faces of the magnetic core segments 52 . 54 opposite each other and are arranged at a distance from each other, that between these end faces in each case a gap 56 . 58 similar to the gap 44 the arrangement 34 is provided.

In 5 ist eine Anordnung 60 ähnlich der Anordnung 46 nach 4 dargestellt, wobei im Stromkreis des Quellgerätes 62 und im Stromkreis des Zielgerätes 64 jeweils ein Kondensator 30, 32 zur Bildung von Schwingkreisen in gleicher Weise, wie bereits im Zusammenhang mit 2 beschrieben, vorgesehen sind.In 5 is an arrangement 60 similar to the arrangement 46 to 4 shown, wherein in the circuit of the source device 62 and in the circuit of the target device 64 one capacitor each 30 . 32 for the formation of resonant circuits in the same way as already in connection with 2 described, are provided.

Üblicherweise sind die Gehäuse der Quellgeräte und der Zielgeräte aus einem elektrisch isolierendem und einem elektromagnetische Felder nicht oder nur gering schwächendem Material ausgeführt. Durch die erforderlichen Mindestdicken der Gehäusewände, insbesondere zur elektrischen Isolation und mechanischen Festigkeit des Gehäuses des Quellgerätes und des Zielgerätes, weist der Spalt bzw. weisen die Spalte bei den gezeigten bekannten Ausführungen eine Mindestspaltbreite auf, die die Eigenschaften des magnetischen Kreises wesentlich beeinflusst. Die Spaltbreite ist maßgeblich für die magnetische Feldstärke in dem durch die Magnetkernsegmente gebildeten magnetischen Kreis der Anordnung nach den 1 bis 5.Usually, the housing of the source devices and the target devices are made of an electrically insulating and an electromagnetic fields not or only slightly weakening material. Due to the required minimum thickness of the housing walls, in particular for electrical insulation and mechanical strength of the housing of the source device and the target device, the gap or have the column in the illustrated embodiments, a minimum gap width, which significantly affects the properties of the magnetic circuit. The gap width is decisive for the magnetic field strength in the magnetic circuit formed by the magnetic core segments of the arrangement according to the 1 to 5 ,

Aus dem Dokument DE 38 10 702 C2 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine Frequenznachführung einer Energiequelle durchgeführt wird. Dazu wird bei dieser Anordnung die Phasenbeziehung zwischen Strom und Spannung im Primärstromkreis ermittelt und auf einen voreingestellten Wert geregelt.From the document DE 38 10 702 C2 An arrangement is known in which a frequency tracking of a power source is performed. For this purpose, the phase relationship between current and voltage in the primary circuit is determined and regulated to a preset value in this arrangement.

Aus dem Dokument DE 198 37 675 A1 ist eine Ladevorrichtung bekannt, bei der zum induktiven Übertragen von Ladeenergie ein Leistungsoszillator in einem primären Teil eines induktiven Kopplers vorgesehen ist. Im sekundären Teil ist eine Schaltvorrichtung zum alternierenden Aufnehmen von Leistung zum Laden des Akkumulators vorgesehen.From the document DE 198 37 675 A1 a charging device is known in which a power oscillator is provided in a primary part of an inductive coupler for inductively transmitting charging energy. In the secondary part, a switching device for alternately receiving power for charging the accumulator is provided.

Aus dem Dokument DE 601 02 613 T2 ist eine Anordnung bekannt, bei der die Sendeleistung der von einer Transponderlesevorrichtung abgegebenen Energie eingestellt wird. Dabei ist ein Reihenschwingkreis im primärseitigen bzw. senderseitigen Stromkreis zum Bereitstellen der Sendeleistung vorgesehen. Es wird eine aktuelle Information über die magnetische Kopplung zwischen einem Transponder und der Lesevorrichtung erfasst. Der Resonanzkreis weist eine veränderbare Kapazität auf, durch die der Resonanzkreis abgestimmt werden kann.From the document DE 601 02 613 T2 An arrangement is known in which the transmission power of the energy emitted by a transponder reading device is adjusted. In this case, a series resonant circuit is provided in the primary-side or transmitter-side circuit for providing the transmission power. A current information about the magnetic coupling between a transponder and the reading device is detected. The resonant circuit has a variable capacitance by which the resonant circuit can be tuned.

Ausgehend von den im Stand der Technik bekannten Anordnungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät anzugeben, bei denen bei einem einfachen Aufbau eine gute Energie- bzw. Datenübertragung möglich ist.outgoing Of the known arrangements in the prior art, the invention The object is based, a device and a method for wireless Energy and / or data transmission between a source device and at least one target device to indicate at a simple structure a good energy or data transmission possible is.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1 and by a method having the features of the independent method claim. Advantageous further education Applications of the invention are indicated in the dependent claims.

Durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung sowie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät wird erreicht, dass die Resonanzfrequenz des Resonators und das Erfüllen der Resonanzbedingung nicht von veränderlichen Bedingungen des Primärstromkreises und des Sekundärstromkreises abhängig sein müssen. Insbesondere ist der Resonator unabhängig von der veränderlichen Last im Sekundärstromkreis. Durch den elektrisch vom Primärstromkreis und vom Sekun därstromkreis isolierten Resonator kann ferner eine gezielte effiziente Energieübertragung zwischen dem Primärstromkreis und dem Sekundärstromkreis erfolgen. Bei der Anordnung mehrerer jeweils vom Primärstromkreis und vom Sekundärstromkreis elektrisch isolierter Resonatoren mit voneinander verschiedener Resonanzfrequenz können nahezu beliebige gewünschte Signalformen übertragen werden, wie beispielsweise Rechtecksignale, die beispielsweise aus mehreren harmonischen Schwingungen zusammengesetzt sind. Jeder Resonator wird dabei vorzugsweise von einem Resonanzkreis gebildet, der insbesondere mindestens eine Induktivität und eine Kapazität umfasst.By a device according to the invention and by an inventive method for wireless Energy and / or data transmission between a source device and at least one target device is achieved that the Resonant frequency of the resonator and the fulfillment of the resonance condition not of variable conditions of the primary circuit and the secondary circuit must be dependent. In particular, the resonator is independent of the variable Load in the secondary circuit. By the electrical from the primary circuit and the secondary circuit isolated resonator may further a targeted efficient energy transfer between the Primary circuit and the secondary circuit done. When arranging several each from the primary circuit and from the secondary circuit of electrically isolated resonators with mutually different resonant frequency can be almost any desired signal forms are transmitted, such as rectangular signals, for example, of several harmonic Vibrations are composed. Each resonator is preferably formed by a resonant circuit, in particular at least one Inductance and a capacity includes.

Durch jeden der Resonanzkreise wird dann Energie von der Primärseite zur Sekundärseite übertragen, wodurch die übertragene Gesamtenergiemenge die Summe der direkt vom Primärkreis zum Sekundärkreis und der vom Primärkreis zu den Resonanzkreisen und von diesen zu dem Sekundärkreis übertragenen Energieanteile ist. Beispielsweise kann die übertragene Gesamtenergiemenge um ca. 15% erhöht werden, wenn statt einem Resonator zwei Resonatoren vorgesehen werden. Der zweite Resonator hat vorzugsweise die doppelte Resonanzfrequenz des ersten Resonators. Für die Erfindung können jedoch anstatt eines elektromagnetischen Resonators auch andere Resonatoren, wie akustische, mechanische oder hydromechanische Resonatoren, eingesetzt werden. Ein Resonator im Sinne der Erfindung ist dabei jedes schwingfähige System, dessen Komponenten auf eine Eingangsfrequenz in der Art abgestimmt sind, dass der Resonator bei Anregung mit dieser Frequenz ausschwingt.By each of the resonant circuits then becomes energy from the primary side transferred to the secondary side, whereby the transmitted Total energy amount the sum of directly from the primary circuit to the secondary circuit and from the primary circuit to the Resonant circuits and transmitted from these to the secondary circuit Energy shares is. For example, the transmitted Total energy amount increased by about 15%, if held a resonator two resonators are provided. The second resonator preferably has twice the resonant frequency of the first resonator. However, instead of a electromagnetic resonator also other resonators, such as acoustic, mechanical or hydromechanical resonators are used. A resonator in the context of the invention is any oscillatory System whose components are based on an input frequency in the art are tuned that the resonator when excited with this frequency swings.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Resonator als Resonanzkreis bzw. sind die Resonatoren als Resonanzkreise ausgebildet. Die Primärspule, die Sekundärspule und die Induktivität des isolierten Resonanz kreises/der isolierten Resonanzkreise sind dabei vorzugsweise in demselben magnetischen Kreis angeordnet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Primärspule, die Sekundärspule und eine die Induktivität des isolierten Resonanzkreises bildende Spule um einen vom magnetischen Kreis umfassten Magnetkern herum angeordnet sind, wobei der magnetische Kreis vorzugsweise ein Magnetkern ohne Spalt aufweist.at a development of the invention is the resonator as a resonant circuit or the resonators are formed as resonant circuits. The primary coil, the secondary coil and the inductance of the isolated Resonance circle / the isolated resonant circuits are preferably arranged in the same magnetic circuit. It is advantageous if the primary coil, the secondary coil and the one Inductance of the isolated resonant circuit forming coil arranged around a magnetic core surrounded by the magnetic core around are, wherein the magnetic circuit is preferably a magnetic core without Gap has.

Ferner ist es vorteilhaft, mindestens zwei Resonanzkreise vorzusehen, die jeweils vom Sekundärstromkreis und vom jeweils anderen Stromkreis elektrisch isoliert sind. Die Induktivitäten der mindestens zwei Resonanzkreise sind vorzugsweise jeweils als Spule ausgeführt, deren Wicklungen als bifilare Wicklungen bzw. bei mehr als zwei Resonanzkreisen als n-filare Wicklungen ausgeführt sind. Durch die bifilaren Wicklungen oder bei n-Resonanzkreisen durch die n-filaren Wicklungen haben die durch diese Wicklungen gebildeten Spulen vorzugsweise dieselbe Induktivität, sodass die Resonanzfrequenz allein durch die Wahl unterschiedlicher Kapazitäten eingestellt werden kann. Dies ist vorteilhaft, wenn die Resonanzkreise voneinander verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen, sodass die Energieübertragung zwischen Primärstromkreis und Sekundärstromkreis durch die Resonanzkreise mit den überlagerten Resonanzfrequenzen der Resonanzkreise bzw. der Resonatoren beeinflusst wird.Further it is advantageous to provide at least two resonant circuits, the each from the secondary circuit and from each other Electric circuit are electrically isolated. The inductors the at least two resonant circuits are preferably each as a coil executed whose windings as bifilar windings or with more than two resonant circuits as n-filar windings are. Through the bifilar windings or n-resonant circuits through the n-filar windings have those formed by these windings Coils preferably the same inductance, so that the resonance frequency set solely by the choice of different capacities can be. This is beneficial if the resonant circuits are different from each other have different resonance frequencies, so that the energy transfer between primary circuit and secondary circuit through the resonant circuits with the superimposed resonance frequencies the resonant circuits or the resonators is affected.

Es kann ferner vorteilhaft sein, wenn die Wicklung der Sekundärspule und die Wicklung einer die Induktivität des Resonanzkreises bildenden Spule und/oder die Wicklung der Primärspule und die Wicklung einer die Induktivität des Resonanzkreises bildende Spule als bifilare Wicklung ausgeführt sein können. Es sind mehrere Resonanzkreise vorgesehen, können die Wicklungen der Spulen der Resonanzkreise oder die Wicklungen eines Teils der Spulen des Resonanzkreises und die Primärwicklung bzw. die Sekundärwicklung als n-filare Wicklungen ausgeführt sein. Das Vorsehen von n-filaren Wicklungen vereinfacht die Fertigung der gesamten Vorrichtung. Insbesondere kann die Induktivität von den durch die n-filaren Wicklungen gebildeten Spulen durch Zusammenschaltung mehrerer Spulen einfach verändert, insbesondere verdoppelt werden.It may also be advantageous if the winding of the secondary coil and the winding of the inductance of the resonant circuit forming coil and / or the winding of the primary coil and the winding of the inductance of the resonant circuit forming Coil can be designed as a bifilar winding. There are several resonant circuits provided, the windings can the coils of the resonant circuits or the windings of a part of Coils of the resonant circuit and the primary winding or the secondary winding designed as n-filar windings be. The provision of n-filar windings simplifies the manufacture the entire device. In particular, the inductance of the coils formed by the n-filar windings by interconnection several coils simply changed, especially doubled become.

Ferner ist es vorteilhaft, ein zu übertragendes Signal mit Hilfe einer Fourier-Transformation zu zerlegen. Für jede der harmonischen Schwingungen der Fourier-Transformierten eines durch Fourier-Transformation zerlegten zu übertragenden Signals ist ein Resonanzkreis vorgesehen, dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz der jeweiligen harmonischen Schwingung übereinstimmt. Dadurch können nahezu beliebige Signalformen aus den harmonischen Schwingungen zusammengesetzt werden, sodass beispielsweise sekundärseitig ein im Wesentlichen rechteckförmiger Signalverlauf erzeugt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass auch der unabhängige Verfahrensanspruch mit Merkmalen einzelner abhängiger Vorrichtungsansprüche bzw. entsprechenden Verfahrensmerkmalen weitergebildet werden kann.Furthermore, it is advantageous to decompose a signal to be transmitted by means of a Fourier transformation. For each of the harmonic oscillations of the Fourier transform of a Fourier transform decomposed signal to be transmitted, a resonant circuit is provided whose resonant frequency coincides with the frequency of the respective harmonic oscillation. As a result, almost any desired signal forms can be composed of the harmonic oscillations, so that, for example, a substantially rectangular signal profile can be generated on the secondary side. It should be noted that the independent method claim with features of individual dependent device claims or corresponding procedural features on can be formed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Figuren die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description, which in conjunction with the attached Figures the invention based on embodiments explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

6 eine Anordnung zum induktiven Übertragen von Energie gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 6 an arrangement for inductively transmitting energy according to a first embodiment of the invention;

7 eine Anordnung zum induktiven Übertragen von Energie gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 7 an arrangement for inductively transmitting energy according to a second embodiment of the invention;

8 eine Anordnung zum induktiven Übertragen von Energie gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 8th an arrangement for inductively transmitting energy according to a third embodiment of the invention;

9 eine Anordnung zum induktiven Übertragen von Energie gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; 9 an arrangement for inductively transmitting energy according to a fourth embodiment of the invention;

10 eine Anordnung zum induktiven Übertragen von Energie gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und 10 an arrangement for inductively transmitting energy according to a fifth embodiment of the invention; and

11 eine Anordnung zum induktiven Übertragen von Energie gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. 11 an arrangement for inductively transmitting energy according to a sixth embodiment of the invention.

In 6 ist eine Anordnung 100 zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät 102 und einem Zielgerät 104 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Anordnung 100 hat einen ähnlichen Aufbau wie die bereits beschriebene bekannte Anordnung 46 nach 4. Gleiche Elemente haben dieselben Bezugszeichen. Neben dem primärseitigen Stromkreis, der die Energiequelle 16 und die Spule 18 umfasst, weist die Anordnung 100 auch den sekundärseitigen Stromkreis mit der Sekundärspule 20 und mit der als Lastwiderstand dargestellten Ladeschaltung 22 auf. Der Magnet- bzw. Eisenkern besteht aus einem ersten primärseitigen u-förmigen Magnetkernsegment 52 um das die Wicklungen der Primärspule 18 herum angeordnet sind und ein zweites sekundärseitiges u-förmiges Magnetkernsegment 54. Zwischen den Magnetkernsegmenten 52, 54 sind in einer Lade- und/oder Datenübertragungsposition des Quellgerätes 102 und des Zielgerätes 104 die Spalte 56, 58 vorhanden. Ferner weist die Anordnung 100 eine Spule 106 auf, deren Wicklungen um das zweite Magnetkernsegment 54 herum angeordnet sind und die elektrisch mit einem Kondensator 108 verbunden ist. Die Spule 106 und der Kondensator 108 bilden einen Schwingkreis, der eine von der Induktivität der Spule 106 und von der Kapazität des Kondensators 108 abhängige Resonanzfrequenz hat. Dieser Schwingkreis wird auch als Resonanzschwingkreis bezeichnet und ist ein Resonator im Sinne der Erfindung. Der Resonator ist somit bei der Anordnung 100 nach 6 sekundärseitig, d. h. im Zielgerät 104, angeordnet.In 6 is an arrangement 100 for wireless energy and / or data transmission between a source device 102 and a target device 104 illustrated according to a first embodiment of the invention. The order 100 has a similar structure as the already described known arrangement 46 to 4 , Like elements have the same reference numerals. In addition to the primary-side circuit, the source of energy 16 and the coil 18 includes, the arrangement has 100 also the secondary side circuit with the secondary coil 20 and with the charging circuit shown as a load resistor 22 on. The magnet or iron core consists of a first primary-side U-shaped magnetic core segment 52 around the windings of the primary coil 18 are arranged around and a second secondary-side U-shaped magnetic core segment 54 , Between the magnetic core segments 52 . 54 are in a load and / or data transfer position of the source device 102 and the target device 104 the gap 56 . 58 available. Furthermore, the arrangement 100 a coil 106 on, their windings around the second magnetic core segment 54 are arranged around and electrically connected to a capacitor 108 connected is. The sink 106 and the capacitor 108 Form a resonant circuit, which is one of the inductance of the coil 106 and the capacitance of the capacitor 108 has dependent resonant frequency. This resonant circuit is also referred to as resonant circuit and is a resonator in the context of the invention. The resonator is thus in the arrangement 100 to 6 on the secondary side, ie in the target device 104 arranged.

In 7 ist eine Anordnung 110 zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät 112 und einem Zielgerät 114 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Anordnung 110 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Anordnung 100 nach 6. Im Unterschied zu der Anordnung 100 nach 6 ist der Resonator bestehend aus der Spule 106 und dem Kondensator 108 räumlich im Quellgerät 112 angeordnet, wobei die Wicklungen der Spule 106 um das erste Magnetkernsegment 52 des Magnetkerns herum angeordnet sind.In 7 is an arrangement 110 for wireless energy and / or data transmission between a source device 112 and a target device 114 represented according to a second embodiment of the invention. The order 110 has a similar structure as the arrangement 100 to 6 , Unlike the arrangement 100 to 6 is the resonator consisting of the coil 106 and the capacitor 108 spatially in the source device 112 arranged, with the windings of the coil 106 around the first magnetic core segment 52 of the magnetic core are arranged around.

In 8 ist eine Anordnung 120 zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät 122 und einem Zielgerät 124 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der sowohl ein primärseitiger Resonator als auch ein sekundärseitiger Resonator vorgesehen sind. Eine Spule 126 und ein Kondensator 128 sind elektrisch miteinander verbunden und bilden den sekundärseitigen Resonator. Eine Spule 130 und ein Kondensator 132 sind elektrisch miteinander zu einem Stromkreis verbunden und bilden den primärseitigen Resonator. Die Wicklungen der Spule 130 und der quellgeräteseitigen Primärspule 18 sind als bifilare Wicklungen ausgeführt. In gleicher Weise sind die Wick lungen der Spule 126 und der zielgeräteseitigen Sekundärspule 20 als bifilare Wicklung ausgeführt.In 8th is an arrangement 120 for wireless energy and / or data transmission between a source device 122 and a target device 124 according to a third embodiment of the invention, in which both a primary-side resonator and a secondary-side resonator are provided. A coil 126 and a capacitor 128 are electrically connected to each other and form the secondary-side resonator. A coil 130 and a capacitor 132 are electrically connected together to form a circuit and form the primary-side resonator. The windings of the coil 130 and the source device side primary coil 18 are designed as bifilar windings. In the same way, the Wick are lungs of the coil 126 and the target device secondary coil 20 designed as a bifilar winding.

In 9 ist eine Anordnung 140 ähnlich der Anordnung 120 nach 8 zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät 142 und mindestens einem Zielgerät 144 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die Wicklungen der quellgeräteseitigen Primärspule 18 und der Spule 130 des primärseitigen Resonators als separate Wicklungen ausgeführt sind. In gleicher Weise sind die Wicklungen der zielgeräteseitigen Sekundärspule 20 und die Spule 126 des sekundärseitigen Resonators als separate Wicklungen ausgeführt.In 9 is an arrangement 140 similar to the arrangement 120 to 8th for wireless energy and / or data transmission between a source device 142 and at least one target device 144 according to a fourth embodiment of the invention, in which the windings of the source-side primary coil 18 and the coil 130 of the primary-side resonator are designed as separate windings. In the same way, the windings of the target device side secondary coil 20 and the coil 126 of the secondary-side resonator designed as separate windings.

In 10 ist eine Anordnung 150 zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät 152 und einem Zielgerät 154 gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen zielgeräteseitigen Resonator aufweist. Die Wicklungen der Spule des zielgeräteseitigen Resonators und die zielgeräteseitige Sekundärspule sind bei dieser Ausführungsform als bifilare Wicklungen ausgeführt. Ein primärseitiger Resonator ist bei dieser Anordnung nicht vorgesehen.In 10 is an arrangement 150 for wireless energy and / or data transmission between a source device 152 and a target device 154 according to a fifth embodiment of the invention, having a target device side resonator. The windings of the coil of the target device side resonator and the target secondary secondary coil are in this embodiment as bifilar Windings executed. A primary-side resonator is not provided in this arrangement.

In 11 ist eine Anordnung 160 zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät 162 und einem Zielgerät 164 gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Anordnung 160 weist einen primärseitigen Resonator auf. Die Wicklungen der Spule 130 des Resonators sind mit den Wicklungen der quellgeräteseitigen Primärspule 18 als Bifilarwicklung ausgeführt.In 11 is an arrangement 160 for wireless energy and / or data transmission between a source device 162 and a target device 164 according to a sixth embodiment of the invention. The order 160 has a primary-side resonator. The windings of the coil 130 of the resonator are connected to the windings of the source device side primary coil 18 designed as a bifilar winding.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zeigen bei den Ausführungen der Wicklung der Spulen der Resonatoren entweder die Verwendung von Bifilarwicklungen mit der quellgeräteseitigen Primärspule 18 bzw. mit den Wicklungen der zielgeräteseitigen Sekundärspule 20 oder die Ausführung von separaten Wicklungen der quellgeräteseitigen Primärspule und der Spule des Resonators sowie eine separate Anordnung der zielgeräteseitigen Sekundärspule 20 und der Spule des Resonators bzw. der Spulen der Resonatoren. Jedoch sind in gleicher Weise Anordnungen möglich, bei denen beispielsweise die Wicklungen eines primärseitigen Resonators und die Wicklungen der quellgeräteseitigen Primärspule 18 als separate Wicklungen ausgeführt sind und die Wicklungen einer Spule eines sekundärseitigen Resonators und Wicklungen der zielgeräteseitigen Sekundärspule 20 als separate Wicklungen ausgeführt sind. In gleicher Weise ist es möglich, die Wicklungen der Spule eines primärseitigen Resonators und die quellgeräteseitige Primärspule 18 als separate Wicklungen auszuführen und die Wicklungen der Spule eines sekundärseitigen Resonators und die zielgeräteseitige Sekundärspule 20 als bifilare Wicklung auszuführen. Zur vereinfachten Darstellung ist bei den Ausführungsbeispielen sowohl primärseitig als auch sekundärseitig jeweils nur ein Resonator dargestellt. Jedoch ist es sinnvoll, bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung mehrere primärseitige und/oder mehrere sekundärseitige Resonatoren vorzusehen, deren Wicklungen vorzugsweise als n-filare Wicklungen mit der Primärspule 18 bzw. Sekundärspule 20 und/oder als separate Wicklungen zu den Wicklungen der Primärspule 18 und der Sekundärspule 20 ausgeführt sind.The embodiments of the invention described in the embodiments of the winding of the coils of the resonators either show the use of bifilar windings with the source-side primary coil 18 or with the windings of the target secondary secondary coil 20 or the execution of separate windings of the source device side primary coil and the coil of the resonator and a separate arrangement of the target secondary secondary coil 20 and the coil of the resonator or the coils of the resonators. However, arrangements are equally possible in which, for example, the windings of a primary-side resonator and the windings of the source-side primary coil 18 are designed as separate windings and the windings of a coil of a secondary-side resonator and windings of the target secondary secondary coil 20 are designed as separate windings. In the same way, it is possible to use the windings of the coil of a primary-side resonator and the source-side primary coil 18 to perform as separate windings and the windings of the coil of a secondary-side resonator and the target secondary secondary coil 20 to perform as a bifilar winding. For the sake of simplicity, only one resonator is shown on the primary side and on the secondary side in the exemplary embodiments. However, it is useful in certain embodiments of the invention to provide a plurality of primary-side and / or a plurality of secondary-side resonators whose windings are preferably n-filar windings with the primary coil 18 or secondary coil 20 and / or as separate windings to the windings of the primary coil 18 and the secondary coil 20 are executed.

Werden mehrere Resonatoren vorgesehen, weisen diese vorzugsweise unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf. Dabei ist es vorteilhaft, die Spulen aller sekundärseitigen Resonatoren als auch die Wicklungen der Spu len aller primärseitigen Resonatoren jeweils als n-filare Wicklungen auszubilden, sodass diese jeweils im Wesentlichen dieselbe Induktivität aufweisen. Durch die n-filaren Wicklungen kann eine im Wesentlichen übereinstimmende Induktivität der so gewickelten Spulen auf einfache Art und Weise im Produktionsprozess ermöglicht werden. Durch Zusammenschaltung mehrerer Spulen kann die Induktivität exakt vervielfacht werden. Zum Festlegen der gewünschten Resonanzfrequenz werden dann Kondensatoren mit einer geeigneten Kapazität vorgesehen, die jeweils elektrisch mit einer Spule oder mit mehreren zusammengeschalteten Spulen verbunden werden und somit einen Schwingkreis bzw. Resonanzkreis (Resonator) bilden. Durch das Vorsehen von elektrisch mit dem Primärkreis und Sekundärstromkreis nicht verbundenen, d. h. elektrisch isolierten, Resonatoren wird ein für die Energie- und Datenübertragung hoher Wirkungsgrad erreicht. Bauteiltoleranzen der im Primärstromkreis und Sekundärstromkreis enthaltenen Bauelemente sowie eine Änderung der Eigenschaften des durch die Ladeschaltung 22 gebildeten Lastwiderstandes führen dabei nicht zu einer Änderung der Eigenschaften des Resonators, insbesondere nicht zu einer Änderung der Resonanzfrequenz. Eine aufwendige Justage oder ein Nachführen der Resonanzfrequenz ist somit durch die Erfindung nicht erforderlich.If a plurality of resonators are provided, these preferably have different resonance frequencies. It is advantageous to form the coils of all secondary-side resonators and the windings of the coils of all the primary-side resonators in each case as n-filar windings, so that they each have substantially the same inductance. By means of the n-filar windings, a substantially matching inductance of the coils wound in this way can be made possible in a simple way in the production process. By interconnecting several coils, the inductance can be exactly multiplied. To set the desired resonant frequency then capacitors are provided with a suitable capacity, which are each electrically connected to a coil or with a plurality of interconnected coils and thus form a resonant circuit or resonant circuit (resonator). By providing electrically, not electrically connected, resonators connected to the primary circuit and secondary circuit, a high efficiency is achieved for the energy and data transmission. Component tolerances of the components contained in the primary circuit and secondary circuit and a change in the characteristics of the by the charging circuit 22 formed load resistance do not lead to a change in the properties of the resonator, in particular not to a change in the resonant frequency. A complex adjustment or tracking of the resonance frequency is thus not required by the invention.

Wie die Ausführungsbeispiele zeigen, ist es vorteilhaft, den mindestens einen Resonator im selben magnetischen Kreis wie die Primärspule und die Sekundärspule 20 anzuordnen. Beim Einsatz mehrerer Resonatoren kann eine resonate Übertragung von hochfrequenten, nicht sinusförmigen Signalen erfolgen, die vorzugsweise aus mehreren sinusförmigen harmonischen Schwingungen zusammengesetzt sind. Dadurch können insbesondere im Wesentlichen rechteckförmige Signale auf einfache Art und Weise übertragen werden. Die erfindungsgemäßen Anordnungen sind bei spielhaft mit zwei u-förmigen Magnetkernsegmenten 52, 54 gezeigt. Es sind jedoch auch andere Kernformen der Erfindung in gleicher Weise einsetzbar. Insbesondere kann auch nur ein primärseitiger Magnetkern vorgesehen sein, der konstruktiv so ausgebildet ist, dass er mechanisch aus dem Quellgerät hervorsteht. Im Gehäuse des Zielgerätes ist dann vorzugsweise eine Ausnehmung vorgesehen, in die der vorstehende Magnetkern in einer Ladeposition und/oder in einer Datenübertragungsposition hineinragt. Um die Ausnehmung herum ist die Sekundärspule 20 angeordnet, sodass diese um den Magnetkern herum angeordnet ist, wenn sich das Quellgerät und das Zielgerät in einer Datenübertragungsposition bzw. Energieübertragungsposition befinden. Alternativ oder zusätzlich kann das Zielgerät einen vorstehenden Kernbereich aufweisen, der in eine Ausnehmung des Quellgerätes ragt, wenn sich Quellgerät und Zielgerät in einer Datenübertragungs- bzw. Energieübertragungsposition befinden. Um die Ausnehmung des Quellgerätes herum ist dann die Primärspule angeordnet. Vorzugsweise sind das Gehäuse des Quellgerätes bzw. Zielgerätes um den vorstehenden Magnetkern und entlang der Ausnehmung geschlossen ausgebildet, sodass zumindest das Zielgerät ein umlaufend geschlossenes Gehäuse aufweist.As the embodiments show, it is advantageous to have the at least one resonator in the same magnetic circuit as the primary coil and the secondary coil 20 to arrange. When using a plurality of resonators, a resonant transmission of high-frequency, non-sinusoidal signals can take place, which are preferably composed of a plurality of sinusoidal harmonic oscillations. As a result, in particular substantially rectangular signals can be transmitted in a simple manner. The arrangements according to the invention are at play with two U-shaped magnetic core segments 52 . 54 shown. However, other core forms of the invention are equally applicable. In particular, only a primary-side magnetic core can be provided, which is structurally designed so that it protrudes mechanically from the source device. In the housing of the target device, a recess is then preferably provided, into which projects the protruding magnetic core in a loading position and / or in a data transmission position. Around the recess is the secondary coil 20 arranged so that it is arranged around the magnetic core, when the source device and the target device are in a data transmission position or energy transfer position. Alternatively or additionally, the target device may have a protruding core region which projects into a recess of the source device when the source device and the target device are in a data transmission or energy transmission position. The primary coil is then arranged around the recess of the source device. Preferably, the housing of the source device or target device are formed closed around the above magnetic core and along the recess, so that at least the target device has a circumferentially closed housing.

Die Energieübertragung zwischen der quellgeräteseitigen Primärseite und der zielgeräteseitigen Sekundärseite ist im Wesentlichen von der Intensität des von der Primärspule erzeugten Magnetfeldes bzw. des magnetischen Flusses im magnetischen Kreis und der Frequenz der von der Energiequelle 16 erzeugten Wechselspannung abhängig. Durch die Resonanzkreise kann insbesondere eine Resonanzüberhöhung von Strom und/oder Spannung erfolgen. Eine stabförmige Ausbildung des Magnetkerns, wie sie in Verbindung mit 2 gezeigt ist, kann aufgrund der relativ freien Ausbreitungsmöglichkeiten der Feldlinien des Magnetfeldes im Außenbereich zu EMV-Problemen führen. Ferner kann die Feldstärke bzw. der magnetische Fluss nur mit relativ großem Aufwand erhöht werden. Die Menge der zur Sekundärseite übertragenen Energie hängt von der magnetischen Feldstärke und der Frequenz, mit der sich die magnetische Feldstärke ändert, ab. Durch die Änderung der Feldstärke des durch die Primärspule erzeugten Magnetfeldes wird in der Sekundärspule 20 eine Spannung induziert.The energy transfer between the source device side primary side and the target device side secondary side is essentially the intensity of the magnetic coil generated by the primary coil or the magnetic flux in the magnetic circuit and the frequency of the energy source 16 generated alternating voltage. The resonant circuits can in particular cause an increase in resonance of current and / or voltage. A rod-shaped design of the magnetic core, as used in conjunction with 2 is shown, may lead to EMC problems due to the relatively free propagation possibilities of the field lines of the magnetic field in the outdoor area. Furthermore, the field strength or the magnetic flux can be increased only with relatively great effort. The amount of energy transferred to the secondary depends on the magnetic field strength and the frequency at which the magnetic field strength changes. By changing the field strength of the magnetic field generated by the primary coil is in the secondary coil 20 induces a voltage.

Erfindungsgemäß wird ein primärseitiger Stromkreis mit einer primärseitigen Spule, ein sekundärseitiger Stromkreis mit einer sekundärseitigen Spule und einem zusätzlich im magnetischen Kreis bzw. im Bereich des von der Primärspule erzeugten Magnetfeldes angeordneten Resonators genutzt, um eine drahtlose Energieübertragung bzw. Datenübertragung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite zu ermöglichen.According to the invention a primary-side circuit with a primary-side Coil, a secondary-side circuit with a secondary-side coil and in addition in the magnetic circuit or in the area arranged the magnetic field generated by the primary coil Resonator used to wireless energy transfer or data transmission between the primary side and the secondary side.

Durch die Erfindung müssen weder primärseitig noch sekundärseitig Maßnahmen getroffen werden, um die Resonanzbedingungen zu erfüllen. Vielmehr kann insbesondere unabhängig von der Resonanzbedingung eine Kompensation der Blindleistung primär- bzw. sekundärseitig erfolgen.By the invention need neither primary side nor secondary side Measures are taken to the resonance conditions to fulfill. Rather, in particular, can be independent from the resonance condition a compensation of the reactive power primary or secondary side.

Die Anordnung der Resonatoren primär- und/oder sekundärseitig ist für die Funktion von nachrangiger Bedeutung. Vielmehr kann hierbei auf konstruktive Erfordernisse, insbesondere Baugrößen des Ziel- und/oder Quellgerätes Rücksicht genommen werden. Es ist vorteilhaft, wenn die Energiequelle 16 eine Wechselspannung mit einer Frequenz im Bereich von 20 kHz bis 5 MHz hat, vorzugsweise im Bereich 60 kHz bis 500 kHz.The arrangement of the resonators primary and / or secondary side is of secondary importance for the function. On the contrary, consideration can be given to design requirements, in particular sizes of the target and / or source device. It is beneficial if the energy source 16 has an alternating voltage with a frequency in the range of 20 kHz to 5 MHz, preferably in the range 60 kHz to 500 kHz.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 3810702 C2 [0011] - DE 3810702 C2 [0011]
  • - DE 19837675 A1 [0012] - DE 19837675 A1 [0012]
  • - DE 60102613 T2 [0013] - DE 60102613 T2 [0013]

Claims (14)

Vorrichtung zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät, mit mindestens einer quellgeräteseitigen Primärspule (18) mindestens eines Primärstromkreises, mit mindestens einer zielgeräteseitigen Sekundärspule (20) mindestens eines Sekundärstromkreises, und mit mindestens einem Resonator.Device for wireless energy and / or data transmission between a source device and at least one target device, with at least one source device-side primary coil ( 18 ) at least one primary circuit, with at least one target-device-side secondary coil ( 20 ) at least one secondary circuit, and at least one resonator. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator einen Resonanzkreis aufweist, der vom Primärstromkreis und vom Sekundärstromkreis elektrisch isoliert istDevice according to claim 1, characterized in that that the resonator has a resonant circuit that is of the primary circuit and is electrically isolated from the secondary circuit Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator eine von der Frequenz einer im Primärstromkreis angeordneten Energiequelle verschiedene Resonanzfrequenz hat, vorzugsweise beträgt die Resonanzfrequenz das Doppelte oder das 0,5-fache der Frequenz der Energiequelle.Device according to Claim 1 or 2, characterized that the resonator is one of the frequency one in the primary circuit arranged energy source has different resonant frequency, preferably the resonance frequency is twice or 0.5 times the frequency of the energy source. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärspule, die Sekundärspule und eine Induktivität eines Resonanzkreises des Resonators in demselben magnetischen Kreis angeordnet sind, vorzugsweise sind die Primärspule (18), die Sekundärspule (20) und eine die Induktivität des Resonanzkreises bildende Spule um einen den magnetischen Kreis bildenden Magnetkern angeordnet.Device according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the primary coil, the secondary coil and an inductance of a resonant circuit of the resonator are arranged in the same magnetic circuit, preferably the primary coil ( 18 ), the secondary coil ( 20 ) and a coil forming the inductance of the resonant circuit are arranged around a magnetic core forming the magnetic circuit. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Resonatoren vorgesehen sind, die jeweils vom Primärstromkreis und vom Sekundärstromkreis und vom jeweils anderen Resonator elektrisch isoliert sind, wobei die Resonatoren vorzugsweise jeweils einen Resonanzkreis aufweisen und die Induktivitäten der mindestens zwei Resonanzkreise vorzugsweise jeweils als Spule ausgeführt sind, deren Wicklungen als Bifilarwicklung ausgeführt sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two resonators are provided are each of the primary circuit and the secondary circuit and are electrically isolated from the other resonator, wherein the Resonators preferably each have a resonant circuit and the inductances of the at least two resonant circuits preferably each are designed as a coil whose windings as a bifilar winding are executed. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Resonatoren voneinander verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen.Device according to claim 5, characterized in that the at least two resonators have mutually different resonance frequencies. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Resonanzkreise Spulen mit derselben Induktivität aufweisen, wobei die Wicklungen der Spulen vorzugsweise als n-filare Wicklungen ausgeführt sind.Apparatus according to claim 5 or 6, characterized that the at least two resonant circuits coils with the same inductance , wherein the windings of the coils preferably as n-filar Windings are executed. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Resonanzkreise voneinander verschiedene Kapazitäten aufweisen.Device according to claim 7, characterized in that that the at least two resonant circuits are different from each other Have capacities. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung der Sekundärspule (20) und die Wicklung einer die Induktivität des Resonanzkreises bildende Spule als Bifilarwicklung ausgeführt sind.Device according to one of the preceding claims 2 to 8, characterized in that the winding of the secondary coil ( 20 ) And the winding of the inductance of the resonant circuit forming coil are designed as a bifilar winding. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jede der harmonischen Schwingungen der Fourier-Transformierten eines durch Fourier-Transformation zerlegten zu übertragenden Signals ein Resonator vorgesehen ist, dessen Resonanzfrequenz mit der Frequenz der jeweiligen harmonischen Schwingung übereinstimmt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for each of the harmonic Vibrations of Fourier Transforms by Fourier Transform disassembled signal to be transmitted provided a resonator is whose resonant frequency matches the frequency of each harmonic Oscillation matches. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Primärstromkreis angeordnete Energiequelle eine rechteckförmige Ausgangsspannung erzeugt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that one arranged in the primary circuit Power source generates a rectangular output voltage. Verfahren zur drahtlosen Energie- und/oder Datenübertragung zwischen einem Quellgerät und mindestens einem Zielgerät, bei dem durch mindestens eine quellgeräteseitige Primärspule (18) mindestens eines Primärstromkreises in mindestens einer zielgeräteseitigen Sekundärspule (20) mindestens eines Sekundärstromkreises eine Spannung induziert und mindestens ein Resonator angeregt wird.Method for wireless energy and / or data transmission between a source device and at least one target device, in which by at least one source device side primary coil ( 18 ) at least one primary circuit in at least one target-device-side secondary coil ( 20 ) at least one secondary circuit induces a voltage and at least one resonator is excited. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator durch einen Resonanzkreis mit mindestens einer Spule und mit mindestens einer Kapazität gebildet wird, wobei der Resonanzkreis vom Primärstromkreis und vom Sekundärstromkreis elektrisch isoliert angeordnet wird.Method according to claim 12, characterized in that that the resonator through a resonant circuit with at least one Coil and is formed with at least one capacity wherein the resonant circuit from the primary circuit and the secondary circuit is arranged electrically isolated. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem Resonanzkreis durch die induzierte Spannung Energie zugeführt wird durch die der Resonanzkreis angeregt wird, und dass der angeregte Resonanzkreis ein mit der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises wechselndes Magnetfeld erzeugt, durch das eine Spannung in der Sekundärspule (20) induziert wird.A method according to claim 13, characterized in that the resonant circuit is supplied by the induced voltage energy through which the resonant circuit is excited, and that the excited resonant circuit generates a resonant frequency of the resonant circuit alternating magnetic field, by which a voltage in the secondary coil ( 20 ) is induced.
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