DE102012207585A1

DE102012207585A1 - Transmitter of wireless power transmission system for transmitting power to battery of small electrical device, has control device that controls amplitude of reciprocating current based on alteration of inductance of transmitter coil

Info

Publication number: DE102012207585A1
Application number: DE201210207585
Authority: DE
Inventors: Jürgen Mack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-11-14
Also published as: CN103390937B; CN103390937A; FR2990575A1

Abstract

The transmitter (105) has a resonance circuit (115) comprising transmitter coil (120) for providing electromagnetic alternating field and a control unit (125) for providing a reciprocating current through the transmitter coil. A control device (165) is used for controlling amplitude of the reciprocating current in dependence of an alteration of the inductance of the transmitter coil. Independent claims are included for the following: (1) wireless power transmission system; and (2) method for controlling transmitter for wireless transfer of power.

Description

Die Erfindung betrifft eine drahtlose Energieübertragung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine drahtlose Energieübertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger, um letzteren mit elektrischer Energie zu versorgen.The invention relates to a wireless energy transmission. In particular, the invention relates to wireless energy transfer between a transmitter and a receiver to provide the latter with electrical energy.

Stand der TechnikState of the art

Um beispielsweise eine Batterie eines elektrischen Kleingeräts aufzuladen, ohne dafür eine drahtgebundene Schnittstelle zu einem Ladegerät zu verwenden, ist es bekannt, das Ladegerät als einen Sender und das elektrische Kleingerät als einen Empfänger induktiv miteinander zu koppeln, so dass elektrische Energie elektromagnetisch übertragen werden kann. Dabei umfasst der Sender eine Sendespule zum Erzeugen eines elektromagnetischen Wechselfeldes und der Empfänger eine Empfangsspule zum Umwandeln des elektromagnetischen Wechselfeldes in einen elektrischen Strom.For example, to charge a battery of a small electrical appliance without using a wired interface to a charger, it is known to inductively couple the charger as a transmitter and the small electrical appliance as a receiver, so that electrical energy can be transmitted electromagnetically. In this case, the transmitter comprises a transmitting coil for generating an electromagnetic alternating field and the receiver comprises a receiving coil for converting the alternating electromagnetic field into an electric current.

Übliche Sender zur elektrischen Energieübertragung erkennen nicht, ob sich ein Empfänger im elektromagnetischen Einflussbereich befindet oder nicht. Der Sender generiert das Wechselfeld ungeachtet dieses Umstands, wodurch ein unnötiger Energieverbrauch begründet sein kann. Im elektromagnetischen Einflussbereich des Senders kann sich in Anwesenheit oder in Abwesenheit des Empfängers ein elektrisch leitfähiges oder magnetisierbares Objekt befinden, das sich durch das Wechselfeld erwärmen und so eine Betriebssicherheit gefährden kann. Es wurden Vorschläge gemacht, die eine Erkennung des Empfängers durch den Sender durch einen Austausch von Nachrichten realisiert, doch der Aufwand für eine solche Lösung ist beträchtlich. Usual transmitters for electrical energy transfer do not recognize whether a receiver is in the electromagnetic influence range or not. Irrespective of this, the transmitter generates the alternating field, which may justify unnecessary energy consumption. In the electromagnetic influence area of the transmitter, in the presence or absence of the receiver, an electrically conductive or magnetizable object can be located, which can heat up due to the alternating field and thus jeopardize operational safety. Proposals have been made which realize the receiver's recognition by the sender through message exchange, but the expense of such a solution is considerable.

US 4,942,352 zeigt ein drahtloses Energieübertragungssystem, bei dem Magnetschalter vorgesehen sind, deren Zustände dem Sender eine Anwesenheit des Empfängers signalisieren, so dass der Sender das elektromagnetische Wechselfeld nur in Anwesenheit des Empfängers bereitstellt. US 4,942,352 shows a wireless power transmission system in which magnetic switches are provided, the states of which signal to the transmitter presence of the receiver, so that the transmitter provides the alternating electromagnetic field only in the presence of the receiver.

US 5,536,979 zeigt ein Ladegerät für ein wiederaufladbares elektrisches Kleingerät, bei dem eine Sendespule des Ladegeräts mit einer Empfangsspule des Kleingeräts mittels eines Ankers magnetisch gekoppelt ist, wobei ein Teil des Ankers im Kleingerät verbleibt, so dass es zusammen mit dem Kleingerät vom Ladegerät entfernt werden kann. Durch das Entfernen kann das durch das Ladegerät bereitgestellte Wechselfeld verkleinert werden, wenn sich das Kleingerät nicht im elektromagnetischen Einflussbereich der Sendespule befindet. US 5,536,979 shows a charger for a rechargeable small electrical appliance, in which a transmitting coil of the charger is magnetically coupled to a receiving coil of the small device by means of an armature, wherein a part of the armature remains in the small device, so that it can be removed together with the small appliance from the charger. By removing the provided by the charger alternating field can be reduced if the small device is not in the electromagnetic influence of the transmitting coil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sender und ein System zur drahtlosen Energieübertragung anzugeben, die ein vereinfachtes Reduzieren eines durch den Sender bereitgestellten elektromagnetischen Wechselfelds erlauben, wenn sich kein Empfänger im elektromagnetischen Einflussbereich des Senders befindet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines entsprechenden Verfahrens zur Steuerung eines Senders zur drahtlosen Energieübertragung.The invention has for its object to provide a transmitter and a system for wireless energy transmission, which allow a simplified reduction of an electromagnetic alternating field provided by the transmitter when there is no receiver in the electromagnetic influence of the transmitter. Another object of the invention is to provide a corresponding method for controlling a transmitter for wireless energy transmission.

Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels des Senders, des Systems und des Verfahrens mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention solves these objects by means of the transmitter, the system and the method having the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein erfindungsgemäßer Sender für eine drahtlose Energieübertragung umfasst einen Resonanzkreis, der seinerseits eine Sendespule zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Wechselfelds und eine Ansteuerung zur Bereitstellung eines oszillierenden Stroms durch die Sendespule umfasst, und eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Amplitude des oszillierenden Stroms in Abhängigkeit einer Änderung der Induktivität der Sendespule.A transmitter for wireless energy transmission according to the invention comprises a resonant circuit, which in turn comprises a transmitter coil for providing an alternating electromagnetic field and a drive for providing an oscillating current through the transmitter coil, and a control device for controlling an amplitude of the oscillating current in response to a change in the inductance transmitting coil.

Die Induktivität der Sendespule bzw. eine Änderung der Induktivität kann schaltungstechnisch leicht und mit großer Zuverlässigkeit bestimmt werden. Eine Implementation eines aktiven Systems zum Austausch von Nachrichten zwischen Sender und Empfänger ist nicht erforderlich. Dadurch kann durch den Sender beispielsweise auch ein Empfänger versorgt werden, der eine Batterie umfasst, die so tief entladen ist, dass eine Kommunikation mit dem Sender nicht möglich ist. The inductance of the transmitting coil or a change in the inductance can be determined circuitry easily and with great reliability. An implementation of an active system for exchanging messages between sender and receiver is not required. As a result, the transmitter can, for example, also supply a receiver which comprises a battery which is discharged so deeply that communication with the transmitter is not possible.

Von der bestimmten Induktivität bzw. ihrer Änderung kann auf das Vorhandensein eines Empfängers im Einflussbereich der Sendespule geschlossen werden, so dass die durch die Sendespule in ein elektromagnetisches Wechselfeld umgesetzte elektrische Leistung in Abwesenheit des Empfängers reduziert werden kann. Vorteilhafterweise kann der Sender mit einem handelsüblichen Empfänger zur drahtlosen Energieübertragung kombiniert werden, ohne dass Änderungen am Empfänger erforderlich wären. Weder ein mechanisches Element zur Erfassung der Anwesenheit des Empfängers noch Vorrichtungen zum Nachrichtenaustausch zwischen dem Sender und dem Empfänger sind erforderlich. Die Energieaufnahme des Senders in Abwesenheit des Empfängers kann reduziert und eine Gefahr durch Erwärmung eines magnetisierbaren oder leitfähigen Objekts, das sich in An- oder Abwesenheit des Empfängers im elektromagnetischen Einflussbereich der Sendespule befindet, kann reduziert sein. Außerdem kann die Bestimmung robust und störsicher gegenüber einer elektromagnetischen Einstreuung einer anderen Quelle sein.From the particular inductance or its change can be concluded that the presence of a receiver in the sphere of influence of the transmitting coil, so that the converted by the transmitting coil in an alternating electromagnetic field electric power in the absence of the receiver can be reduced. Advantageously, the transmitter may be combined with a commercially available wireless power transmission receiver without requiring changes to the receiver. Neither a mechanical element for detecting the presence of the receiver nor devices for communication between the transmitter and the receiver are required. The energy consumption of the transmitter in the absence of the receiver can be reduced and a risk of heating a magnetizable or conductive object, which is in the presence or absence of the receiver in the electromagnetic influence of the transmitting coil, can be reduced. In addition, the determination can be robust and interference-proof against electromagnetic interference from another source.

Bevorzugterweise umfasst der Resonanzkreis darüber hinaus eine Resonanzkapazität und die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Überbrücken der Resonanzkapazität, um die Amplitude des oszillierenden Stroms zu verringern. Eine derartige Schaltung kann die Amplitude des oszillierenden, durch die Sendespule fließenden Stroms einfach auf einen Wert nahe Null reduzieren. Dadurch kann der Sender in Abwesenheit des Empfängers in einen Energiesparmodus überführt werden, aus dem er durch Öffnen der Überbrückungseinrichtung leicht wieder in einen Normalbetrieb übergeführt werden kann.Preferably, the resonant circuit further comprises a resonant capacitance and the control means includes means for bypassing the resonant capacitance to reduce the amplitude of the oscillating current. Such a circuit can simply reduce the amplitude of the oscillating current flowing through the transmit coil to near zero. Thereby, the transmitter can be transferred in the absence of the receiver in a power saving mode, from which it can be easily converted by opening the lock-up device back to normal operation.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Resonanzkapazität zu überbrücken, falls die bestimmte Induktivität oder die bestimmte Änderung der Induktivität darauf hinweist, dass sich im elektromagnetischen Einflussbereich der Sendespule kein Empfänger für drahtlose Energieübertragung befindet.In a particularly preferred embodiment, the control means is arranged to bridge the resonance capacity if the determined inductance or the determined change in the inductance indicates that there is no wireless energy transmission receiver in the electromagnetic influence zone of the transmitting coil.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, eine Änderung der Induktivität der Sendespule auf der Basis einer Änderung der Frequenz des oszillierenden Stroms zu bestimmen. Dazu kann die Frequenz bestimmt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen werden. In one embodiment, the controller is configured to determine a change in the inductance of the transmit coil based on a change in the frequency of the oscillating current. For this purpose, the frequency can be determined and compared with a predetermined threshold.

In einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Änderung der Induktivität der Sendespule auf der Basis einer Änderung der Dämpfung der Sendespule zu bestimmen. Die Dämpfung kann anhand eines elektrischen Parameters bestimmt und der bestimmte Wert mit einem Schwellenwert verglichen werden. In weiteren Ausführungsformen können auch noch andere elektrische Parameter an der Sendespule bestimmt und einzeln oder nach einer Verknüpfung mit einem Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, wie die Amplitude des oszillierenden Stroms gesteuert werden soll. Dabei wird bevorzugterweise eine binäre Unterscheidung angestrebt, so dass der oszillierende Strom durch die Steuereinrichtung entweder unbeschränkt oder auf ein Minimum beschränkt ist. In another embodiment, the controller is configured to determine the change in the inductance of the transmit coil based on a change in the attenuation of the transmit coil. The attenuation can be determined on the basis of an electrical parameter and the specific value compared with a threshold value. In further embodiments, other electrical parameters may also be determined at the transmit coil and compared individually or after a threshold connection to determine how the amplitude of the oscillating current is to be controlled. In this case, a binary distinction is preferably sought, so that the oscillating current is limited by the control device either unlimited or to a minimum.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Sender eine Trenneinrichtung zur elektrischen Trennung des Resonanzkreises von einer externen Beschaltung, während der Resonanzkondensator überbrückt ist. Dadurch kann der Resonanzkreis während der Überbrückungszeit elektrisch weniger stark belastet sein, so dass seine Schwingfähigkeit unbeeinträchtigt sein kann bzw. ein weiter verringerter oszillierender Strom durch die Sendespule auch in Abwesenheit des Empfängers möglich ist. In a further embodiment, the transmitter comprises a separating device for the electrical separation of the resonant circuit from an external circuit, while the resonance capacitor is bridged. As a result, the resonant circuit may be electrically less heavily loaded during the bridging time, so that its oscillatory capability can be unimpaired or a further reduced oscillating current through the transmitting coil is possible even in the absence of the receiver.

Die Trenneinrichtung kann einen steuerbaren Schalter umfassen, der bevorzugterweise gemeinsam mit der oben beschriebenen Überbrückungseinrichtung betätigt werden kann. Alternativ kann die Trenneinrichtung eine Diode umfassen, die in Durchlassrichtung von der externen Beschaltung zum Resonanzkreis führt, so dass sie sperrt, wenn die Spannung an der externen Beschaltung ausreichend niedriger als die Spannung am Resonanzkreis ist. Dadurch kann eine einfache und selbst aktivierende Trenneinrichtung realisiert sein. The separating device may comprise a controllable switch, which may preferably be actuated together with the bridging device described above. Alternatively, the isolator may include a diode that passes in the forward direction from the external circuitry to the resonant circuit, such that it shuts off when the voltage at the external circuitry is sufficiently lower than the voltage at the resonant circuit. As a result, a simple and self-activating separating device can be realized.

Ein erfindungsgemäßes System zur drahtlosen Energieübertragung umfasst den beschriebenen Sender und einen Empfänger zur Umwandlung eines elektromagnetischen Wechselfelds in elektrische Energie, wobei das System dazu eingerichtet ist, Energie vom Sender an den Empfänger zu übertragen, wenn sich der Empfänger im elektromagnetischen Einflussbereich des Senders befindet.A wireless energy transmission system according to the invention comprises the described transmitter and a receiver for converting an electromagnetic alternating field into electrical energy, wherein the system is adapted to transmit energy from the transmitter to the receiver when the receiver is within the electromagnetic range of influence of the transmitter.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Senders zur drahtlosen Energieübertragung umfasst Schritte des Erfassens einer Änderung der Induktivität einer Sendespule eines Resonanzkreises des Senders und des Steuerns einer Amplitude des durch die Sendespule fließenden oszillierenden Stroms in Abhängigkeit der Änderung. An inventive method for controlling a transmitter for wireless energy transmission comprises steps of detecting a change in the inductance of a transmitter coil of a resonant circuit of the transmitter and controlling an amplitude of the oscillating current flowing through the transmitter coil in response to the change.

Das Verfahren kann leicht unter Zuhilfenahme üblicher elektrotechnischer Bauelemente implementierbar sein. In einer Variante kann das Verfahren auch durch eine Steuereinrichtung, insbesondere eine programmierbare mikroprozessorgesteuerte Steuerung, implementiert sein.The method can be easily implemented with the aid of conventional electrotechnical components. In one variant, the method can also be implemented by a control device, in particular a programmable microprocessor-controlled controller.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:

1 ein System zur drahtlosen Energieübertragung; 1 a wireless energy transfer system;

2 ein Ersatzschaltbild für den Sender aus 1 bei überbrücktem Resonanzkondensator, und 2 an equivalent circuit diagram for the transmitter off 1 at bridged resonance capacitor, and

3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Senders aus den 1 und 2 darstellt. 3 a flowchart of a method for controlling the transmitter from the 1 and 2 represents.

Genaue Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments

1 zeigt ein System 100 zur drahtlosen Energieübertragung. Das System 100 umfasst einen Sender 105 und einen Empfänger 110, die induktiv miteinander gekoppelt werden können. Der Sender 105 umfasst einen Resonanzkreis 115, der durch eine Sendespule 120 und eine Ansteuerung 125 gebildet ist. Die Ansteuerung 125 umfasst in der dargestellten, beispielhaften Ausführungsform zwei steuerbare Schalter 135 und 140, beispielsweise gebildet durch Transistoren, denen paarweise zwei Dioden 145 und 150 zugeordnet sind. Jeweils ein Schalter 135, 140 ist mit einer Diode 145, 150 parallel geschaltet. Außerdem umfasst die Ansteuerung 125 eine Steuerung 155, um die Schalter 135 und 140 abwechselnd zu schließen. 1 shows a system 100 for wireless energy transfer. The system 100 includes a transmitter 105 and a receiver 110 , which can be inductively coupled together. The transmitter 105 includes a resonant circuit 115 that by a transmitting coil 120 and a drive 125 is formed. The control 125 includes in the illustrated, exemplary embodiment, two controllable switch 135 and 140 , For example, formed by transistors, which pairs two diodes 145 and 150 assigned. One switch each 135 . 140 is with a diode 145 . 150 connected in parallel. In addition, the control includes 125 a controller 155 to the switches 135 and 140 to close alternately.

Bevorzugterweise umfasst der Resonanzkreis 115 außerdem einen Resonanzkondensator 160. Eine Steuereinrichtung 165 ist dazu eingerichtet, einen Strom durch die Sendespule 120 zu steuern. In der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 165 mit einem steuerbaren Schalter 170 verbunden, der zum Resonanzkondensator 160 parallel geschaltet ist. Preferably, the resonant circuit comprises 115 also a resonance capacitor 160 , A control device 165 is designed to provide a current through the transmitter coil 120 to control. In the illustrated preferred embodiment, the controller is 165 with a controllable switch 170 connected to the resonance capacitor 160 is connected in parallel.

Der Resonanzkreis 115 wird von einer Spannung gespeist, die an einem optionalen Zwischenkreiskondensator 175 anliegt. Mittels eines Schalters 180 oder alternativ auch einer Diode 185 kann der Zwischenkreiskondensator 175 bzw. der Resonanzkreis 115 mit einer externen Schaltung (nicht dargestellt) verbunden oder von ihr getrennt sein. Dabei ist der Schalter 180 vorzugsweise geöffnet, wenn der Schalter 170 geschlossen ist. Die Schalter 170, 180 können beispielsweise durch Transistoren gebildet sein.The resonant circuit 115 is powered by a voltage connected to an optional DC link capacitor 175 is applied. By means of a switch 180 or alternatively also a diode 185 can the DC link capacitor 175 or the resonant circuit 115 connected to or disconnected from an external circuit (not shown). Here is the switch 180 preferably open when the switch 170 closed is. The switches 170 . 180 can be formed for example by transistors.

Der Empfänger 110 umfasst eine Empfangsspule 190 und einen Verbraucher 195, der in der Darstellung von 1 exemplarisch einen aufladbaren Akkumulator und einen Laderegler umfasst. Der Empfänger 110 kann beispielsweise durch ein elektrisches Kleingerät gebildet sein, dessen Akkumulator drahtlos am Sender 105 aufgeladen werden kann, indem die Empfangsspule 190 in einen elektromagnetischen Einflussbereich der Sendespule 120 des Senders 105 gebracht wird. Der Sender 105 ist bevorzugterweise Teil eines Netzteils zur Verbindung mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz. The recipient 110 includes a receiver coil 190 and a consumer 195 who in the presentation of 1 exemplarily comprises a rechargeable accumulator and a charge controller. The recipient 110 may be formed for example by a small electrical appliance, the accumulator wirelessly at the transmitter 105 can be charged by the receiver coil 190 in an electromagnetic influence range of the transmitting coil 120 the transmitter 105 is brought. The transmitter 105 is preferably part of a power supply unit for connection to an electrical energy supply network.

Der Resonanzkreis 115 ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mit einer Eigenfrequenz zu schwingen, die hauptsächlich von der Induktivität der Sendespule 120 und der Kapazität des Resonanzkondensators 160 abhängig ist. Um die Schwingung anzuregen, schließt die Steuerung 155 abwechselnd einen der Schalter 135 oder 140. Dazu kann die Steuerung 155 eine an der Sendespule 120 anliegende Spannung, abtasten und mit einem oder zwei Schwellenwerten vergleichen. Durch das abwechselnde Schließen der Schalter 135 oder 140 wird der Resonanzkreis 115 mit elektrischer Energie versorgt, die am Zwischenkreiskondensator 175 anliegt. Der Resonanzkreis 115 generiert einen oszillierenden Strom von annähernd Sinusform durch die Sendespule 120 und die Sendespule 120 stellt ein elektromagnetisches Wechselfeld in ihrer näheren Umgebung bereit. Diese nähere Umgebung wird hier auch elektromagnetischer Einflussbereich genannt.The resonant circuit 115 is preferably arranged to oscillate at a natural frequency, mainly due to the inductance of the transmitting coil 120 and the capacitance of the resonance capacitor 160 is dependent. To stimulate the vibration, the controller closes 155 alternately one of the switches 135 or 140 , This can be done by the controller 155 one at the transmitting coil 120 voltage, and to compare with one or two thresholds. By alternately closing the switch 135 or 140 becomes the resonant circuit 115 supplied with electrical energy at the DC link capacitor 175 is applied. The resonant circuit 115 generates an oscillating current of approximately sinusoidal shape through the transmitting coil 120 and the transmitting coil 120 provides an alternating electromagnetic field in its immediate vicinity. This nearer environment is also called the electromagnetic influence area here.

Befindet sich die Empfangsspule 190 des Empfängers 110 im elektromagnetischen Einflussbereich der Sendespule 120, so wird in der Empfangsspule 190 ein oszillierender Strom induziert, der durch den Verbraucher 195 aufgenommen werden kann. Die zur Bereitstellung dieses Stroms erforderliche Energie wird dem elektromagnetischen Wechselfeld der Sendespule 120 entnommen. Is the receiver coil located 190 Recipient 110 in the electromagnetic influence of the transmitting coil 120 , so will be in the receiving coil 190 an oscillating current induced by the consumer 195 can be included. The energy required to provide this current becomes the alternating electromagnetic field of the transmitting coil 120 taken.

Die Induktivität der Sendespule 120 ändert sich mit dem Abstand der Empfangsspule 190 von der Sendespule 120 bzw. durch die Anwesenheit der Empfangsspule 190 im elektromagnetischen Einflussbereich. Ändert sich die Induktivität, so ändert sich auch die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 115. Die Steuereinrichtung 165 ist dazu eingerichtet, bei Änderung der Resonanzfrequenz bzw. Änderung der Frequenz der am Resonanzkondensator 110 anliegenden Spannung den Strom durch die Sendespule 120 zu reduzieren, wenn sich die Empfangsspule 190 nicht im elektromagnetischen Einflussbereich der Sendespule 120 befindet. Dazu schließt sie den Schalter 170, so dass der Resonanzkondensator 160 kurzgeschlossen ist. Dies hat zum einen den Effekt, dass sich die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 115 um einen großen Betrag verschiebt und zum anderen, dass die Spannung an der Sendespule 120 den oder die Schwellenwerte der Steuerung 155 nicht mehr erreichen, so dass die Schalter 135 und 140 permanent geöffnet sind.The inductance of the transmitting coil 120 changes with the distance of the receiver coil 190 from the transmitting coil 120 or by the presence of the receiving coil 190 in the electromagnetic sphere of influence. If the inductance changes, so does the resonant frequency of the resonant circuit 115 , The control device 165 is adapted to change the resonant frequency or change the frequency of the resonant capacitor 110 voltage applied to the current through the transmitting coil 120 reduce when the receiving coil 190 not in the electromagnetic influence range of the transmitting coil 120 located. To do this she closes the switch 170 so that the resonance capacitor 160 shorted. This has the effect on the one hand that the resonance frequency of the resonant circuit 115 shifted by a large amount and, secondly, that the voltage at the transmitting coil 120 the control threshold (s) 155 stop reaching, so the switches 135 and 140 are permanently open.

2 zeigt ein Ersatzschaltbild für den Sender 105 aus 1, wenn der Empfänger 110 außerhalb des Einflussbereichs der Sendespule 120 liegt und der Resonanzkondensator 160 mittels des Schalters 170 überbrückt ist. In diesem Fall ist auch der Schalter 180 geöffnet bzw. die Diode 185 sperrt, so dass beide Elemente und die mit ihnen verbundenen Bauteile aus der Darstellung entfallen. 2 shows an equivalent circuit diagram for the transmitter 105 out 1 if the recipient 110 outside the sphere of influence of the transmitter coil 120 is and the resonance capacitor 160 by means of the switch 170 is bridged. In this case, too, is the switch 180 opened or the diode 185 locks, so that both elements and their associated components omitted from the presentation.

Die Gleichspannung am Zwischenkreiskondensator 175 ist durch eine Spannungsquelle 205 modelliert. Die beiden Schalter 135 und 140 und die sie steuernde Steuerung 155 entfallen. Es verbleiben die Dioden 145 und 150, die parasitäre Kapazitäten 210 und 215 aufweisen. Der Zwischenkreiskondensator 160, der ihn überbrückende Schalter 170 und die Steuereinrichtung 165 entfallen ebenfalls. Die Sendespule 120 weist eine parasitäre Kapazität 220 auf. Die Induktivität der Sendespule 120 bleibt vom Abstand der Empfangsspule 190 von der Sendespule 120 beeinflussbar, wobei davon ausgegangen wird, dass der Abstand in der gezeigten Situation zu groß ist, um eine nennenswerte Auswirkung auf die Induktivität der Sendespule zu haben. The DC voltage at the DC link capacitor 175 is through a voltage source 205 modeled. The two switches 135 and 140 and the controller controlling them 155 omitted. The diodes remain 145 and 150 , the parasitic capacities 210 and 215 exhibit. The DC link capacitor 160 , the switch bridging him 170 and the controller 165 also omitted. The transmitting coil 120 has a parasitic capacity 220 on. The inductance of the transmitting coil 120 remains at the distance of the receiver coil 190 from the transmitting coil 120 influenced, it being assumed that the distance in the situation shown is too large to have a significant effect on the inductance of the transmitting coil.

Die in 2 dargestellte Schaltung entspricht der eines typischen Schaltnetzteils. Der verbleibende Resonanzkreis 115 neigt durch die parasitären Kapazitäten 210, 215 und 220 dazu, zu schwingen. Eine sich ergebende Schwingung hat aufgrund der geringen wirksamen Kapazitäten 210 bis 220 im Vergleich zur Kapazität des Resonanzkondensators 160 in 1 jedoch eine viel höhere Resonanzfrequenz und die resultierende Schwingung eine viel geringere Amplitude. In the 2 The circuit shown corresponds to that of a typical switching power supply. The remaining resonant circuit 115 tends through the parasitic capacitances 210 . 215 and 220 to swing. A resulting vibration has due to the low effective capacity 210 to 220 compared to the capacity of the resonance capacitor 160 in 1 However, a much higher resonant frequency and the resulting vibration a much lower amplitude.

Durch die höherfrequente Schwingung des Resonanzkreises 115 mit verringerter Anregung sinkt einerseits die Amplitude des durch die Sendespule 120 fließenden Stroms, andererseits befindet sich der Resonanzkreis 115 vorzugsweise weiter in Schwingung, so dass elektrische Charakteristika am Resonanzkreis 115, insbesondere die Schwingungsfrequenz oder eine Dämpfung an der Sendespule 120, zur Bestimmung der Induktivität 120 herangezogen werden können. Ändert sich die Induktivität der Sendespule 120 durch Annähern der Empfangsspule 190 des Empfängers 110 wieder, so kann der Schalter 170 in 1 geöffnet werden, um den Sender 105 wieder im Normalbetrieb mit dem aktivierten Resonanzkondensator 160 zu betreiben.Due to the higher-frequency oscillation of the resonant circuit 115 With reduced excitation, on the one hand, the amplitude of the signal passing through the transmitting coil decreases 120 flowing current, on the other hand is the resonant circuit 115 preferably further vibrating so that electrical characteristics at the resonant circuit 115 , in particular the oscillation frequency or an attenuation at the transmitting coil 120 , for determining the inductance 120 can be used. Changes the inductance of the transmitting coil 120 by approaching the receiver coil 190 Recipient 110 again, so can the switch 170 in 1 be opened to the transmitter 105 again in normal operation with the activated resonance capacitor 160 to operate.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Steuerung des Senders 105 aus den 1 und 2. Das Verfahren 300 beginnt in einem der Schritte 305 oder 310. Im Schritt 305 wird eine Änderung der Frequenz des Resonanzkreises 115 des Senders 105 bestimmt, in Schritt 310 eine Änderung der Dämpfung der Sendespule 120. Beide Schritte haben zum Ziel, eine Änderung der Induktivität der Sendespule 120 zu bestimmen. In alternativen Ausführungsformen kann auch die Bestimmung der Induktivität der Sendespule 120 auf der Basis eines anderen elektrischen Parameters erfolgen. 3 shows a flowchart of a method 300 to control the transmitter 105 from the 1 and 2 , The procedure 300 starts in one of the steps 305 or 310 , In step 305 will be a change in the frequency of the resonant circuit 115 the transmitter 105 determined in step 310 a change in the attenuation of the transmitting coil 120 , Both steps have the goal of changing the inductance of the transmitting coil 120 to determine. In alternative embodiments, the determination of the inductance of the transmitting coil 120 on the basis of another electrical parameter.

In einem nachfolgenden Schritt 315 wird überprüft, ob die Änderung jenseits eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. In einer alternativen Ausführungsform kann in den Schritten 305 oder 310 auch eine absolute Bestimmung eines auf die Induktivität der Sendespule 120 hinweisenden Parameters erfolgen, wobei im Schritt 315 ein Vergleich des bestimmten Werts mit einem vorbestimmten Schwellenwert erfolgt. In a subsequent step 315 it is checked whether the change is beyond a predetermined threshold. In an alternative embodiment, in the steps 305 or 310 also an absolute determination of one on the inductance of the transmitting coil 120 indicative parameter, wherein in step 315 a comparison of the determined value with a predetermined threshold occurs.

In Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses fährt das Verfahren 300 entweder mit einem Schritt 320 fort, in welchem der Resonanzkondensator 160 mittels des Schalters 170 überbrückt und optional der Schalter 180 geöffnet wird, oder mit einem Schritt 325, in welchem der Resonanzkondensator 160 durch den Schalter 170 freigegeben und optional der Schalter 180 geschlossen wird. Depending on the comparison result, the procedure continues 300 either with one step 320 in which the resonance capacitor 160 by means of the switch 170 bridged and optionally the switch 180 is opened, or in one step 325 in which the resonance capacitor 160 through the switch 170 released and optional the switch 180 is closed.

Anschließend kehrt das Verfahren 300 zum Anfang zurück und ein erneuter Durchlauf kann mit einem der Schritte 305 oder 310 beginnen. Subsequently, the process returns 300 Go back to the beginning and re-run with one of the steps 305 or 310 kick off.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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US 5536979 [0005]

Claims

Transmitter ( 105 ) for a wireless energy transmission, comprising: - a resonant circuit ( 115 ), which has a transmitting coil ( 120 ) for providing an electromagnetic alternating field and a control ( 125 ) for providing an oscillating current through the transmitting coil ( 120 ), characterized by - a control device ( 165 ) for controlling an amplitude of the oscillating current in response to a change in the inductance of the transmitting coil ( 120 ).

Transmitter ( 105 ) according to claim 1, wherein the resonant circuit ( 115 ) a resonance capacity ( 160 ) and the control device ( 165 ) An institution ( 170 ) for bridging the resonance capacity ( 160 ) to reduce the amplitude of the oscillating current.

Transmitter ( 105 ) according to claim 2, wherein the control device ( 165 ) is designed to increase the resonance capacity ( 160 ), if the change of the inductance indicates that in the electromagnetic influence range of the transmitting coil ( 120 ) no receiver ( 110 ) for wireless power transmission.

Transmitter ( 105 ) according to one of the preceding claims, wherein the control device ( 165 ) is adapted to change the inductance of the transmitting coil ( 120 ) based on a change in the frequency of the oscillating current.

Transmitter ( 105 ) according to one of the preceding claims, wherein the control device ( 165 ) is adapted to change the inductance of the transmitting coil ( 120 ) based on a change in the attenuation of the transmitting coil ( 120 ).

Transmitter ( 105 ) according to one of the preceding claims, further comprising a separating device ( 180 . 185 ) for the electrical separation of the resonant circuit ( 115 ) from an external circuit while the resonant capacitor is bypassed.

Transmitter ( 105 ) according to claim 6, wherein the separating device comprises a controllable switch ( 180 ).

Transmitter ( 105 ) according to claim 6, wherein the separating device comprises a diode ( 185 ), which in the forward direction from the external circuit to the resonant circuit ( 115 ) leads.

System ( 100 ) for wireless energy transmission, comprising a transmitter ( 105 ) according to one of the preceding claims and a receiver ( 110 ) for converting an alternating electromagnetic field into electrical energy to receive energy from the transmitter ( 105 ) to the recipient ( 110 ) when the recipient ( 110 ) in the electromagnetic influence area of the transmitter ( 105 ) is located.

Procedure ( 300 ) for controlling a transmitter ( 105 ) for wireless energy transmission, comprising the following steps: - detecting ( 305 . 310 ) a change in the inductance of a transmitting coil ( 120 ) of a resonant circuit ( 115 ) of the transmitter ( 105 ); and - taxes ( 320 . 325 ) an amplitude of a through the transmitting coil ( 120 ) flowing oscillating current depending on the change.