DE102013008276B4

DE102013008276B4 - Transpondersystem

Info

Publication number: DE102013008276B4
Application number: DE102013008276.5A
Authority: DE
Inventors: Zhidong Hua; Andreas Wanjek; Erik Treu
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: DE102013008276A1

Abstract

Transpondersystem, welches- einen stationär angeordneten Transponder (T0),- ein entlang einer Verfahrfläche bewegbares Mobilteil und- ein in einer Anlage verlegtes Primärleitersystem zur berührungslosen Energieübertragung an eine Sekundärwicklung des Mobilteils,aufweist, wobei das Primärleitersystem eine langgestreckt verlegte Primärleiterschleife aufweist,wobei das Mobilteil die Sekundärwicklung zur Versorgung eines Energiespeichers und/oder eines Fahrantriebs des Mobilteils aufweist,wobei die Sekundärwicklung an die Primärleiterschleife induktiv gekoppelt ist,wobei das Mobilteil ein Schreib- und/oder Lesegerät aufweist, welches mit dem Transponder (T0) Daten austauscht,wobei dem Transponder (T0) die an einem Antennenschwingkreis (L, C1) abfallende Spannung zugeführt wird oder die vom Transponder (T0) erzeugte Spannung dem Antennenschwingkreis (L, C1) zugeführt wird,wobei zwischen Antennenschwingkreis (L, C1) und Transponder (T0) eine Filterkapazität (C2) zwischengeordnet ist, so dass der zwischen Antenennschwingkreis und Transponder (T0) fließende Strom über die Filterkapazität (C2) geführt wird,wobei eine Induktivität (L) des Antennenschwingkreises (L, C1) in einem Wechselmagnetfeld angeordnet ist, dessen Frequenz mindestens hundertmal geringer ist als die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises (L, C1),wobei das Wechselmagnetfeld von der langgestreckt verlegten Primärleiterschleife erzeugt wird,wobei die Filterkapazität (C2) mindestens eine hundertmal größere Kapazität aufweist als die Kapazität (C1) des Antennenschwingkreises (L, C1),wobei die Frequenz dieses Wechselmagnetfelds unterschiedlich ist von der Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises,wobei mittels der Filterkapazität (C2) die Einflüsse des Wechselmagnetfelds unterdrückt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Transpondersystem.
Es ist allgemein bekannt, dass ein Datenaustausch zwischen Transponder und Transponder-Lese- und/oder Schreibgerät ausführbar ist. Dabei sind im Transponder gespeicherte Daten auslesbar vom Gerät oder Daten speicherbar in den Transponder.
Aus der EP 1 482 647 B1 ist eine Schaltungsanordnung zur Phasenmodulation für rückstreubasierte Transponder bekannt.
Aus der DE 10 2007 046 679 A1 ist ein RFID-Transponder bekannt.
Aus der US 2010 / 0148723 A1 ist eine bidirektionale kabellose Leistungsübertragung bekannt.
Aus der DE 10 2011 115 721 A1 ist ein System zur drahtlosen Energieübertragung bekannt.
Aus der DE 697 16 142 T2 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Synchronisierung für drahtlosen Sender bekannt, bei welcher eine Abschirmung vorgeschlagen und auf deren Nutzen hingewiesen wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Transpondersystem weiterzubilden, wobei es in einem Wechselmagnetfeld einsatzfähig sein soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Transpondersystem nach den in Anspruch 1 oder 2 angegebenen Merkmalen gelöst.
Von Vorteil ist dabei, dass mittels der Filterkapazität die Einflüsse eines Wechselmagnetfelds unterdrückbar sind, wenn die Frequenz dieses Wechselmagnetfelds unterschiedlich ist der Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises. Dabei besteht der Antennenschwingkreis aus einem Parallelschwingkreis, welcher eine Induktivität und Kapazität umfasst. Mittels der Filterkapazität ist somit der durch das Wechselmagnetfeld in der Induktivität induzierte Stromanteil unterdrückbar. Dies ermöglicht den Einsatz der Transpondertechnik in Umgebungen mit hohen Wechselmagnetfeldern. Ein solches Wechselmagnetfeld wird von einem Primärleitersystem erzeugt, welches in einer Anlage verlegt ist und zur induktiven Versorgung von Mobilteilen dient.
Erfindungsgemäß weist die Filterkapazität mindestens eine hundertmal, insbesondere tausendmal, größere Kapazität auf als die Kapazität des Antennenschwingkreises. Von Vorteil ist dabei, dass eine sehr gute Unterdrückung der vom Wechselmagnetfeld induzierten Stromanteile erreichbar ist.
Erfindungsgemäß ist eine Induktivität des Antennenschwingkreises in einem Wechselmagnetfeld angeordnet, dessen Frequenz mindestens hundertmal, insbesondere tausendmal, geringer ist als die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises. Von Vorteil ist dabei, dass mittels einer einzigen Filterkapazität, insbesondere mittels eines einzigen Filterkondensators, eine sehr gute Unterdrückung der vom Wechselmagnetfeld induzierten Stromanteile erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Antennenschwingkreis eine Induktivität und eine hierzu parallel geschaltete Kapazität auf, insbesondere ist der Antennenschwingkreis als Parallelschwingkreis ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass ein Transpondersystem nach Stand der Technik nur geringfügig abgeändert werden muss, um als erfindungsgemäßes System zu fungieren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Wechselmagnetfeld von einer langgestreckt verlegten Primärleiterschleife erzeugt, insbesondere in welche ein mittelfrequenter Strom eingeprägt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein Starkstrom vorsehbar ist und somit ein Mobilteil induktiv mit hoher Leistung kontaktlos versorgbar ist. Allerdings entsteht dabei ein starkes Wechselmagnetfeld. Trotzdem ist der erfindungsgemäße Transponder wirksam, weil die vom Wechselmagnetfeld induzierten Stromanteile unterdrückbar sind mittels der Filterkapazität.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein Mobilteil eine Sekundärwicklung, insbesondere zur Versorgung eines Energiespeichers und/oder eines Fahrantriebs des Mobilteils, auf,
wobei die Sekundärwicklung an die Primärleiterschleife induktiv gekoppelt ist. Von Vorteil ist dabei, dass das Mobilteil induktiv versorgbar ist, also ohne Schleifleitung oder dergleichen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Mobilteil ein Schreib- und/oder Lesegerät auf, welches mit dem Transponder Daten austauscht, wobei der Transponder stationär angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass im Transponder gespeicherte Daten auslesbar sind und/oder Daten in den Transponder schreibbar sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System schematisch dargestellt.
In der 2 ist ein Transponder mit Antennenschwingkreis nach Stand der Technik dargestellt.
In der 3 ist ein erfindungsgemäßer Transponder mit Antennenschwingkreis dargestellt.
In der 4 ist ein anderer erfindungsgemäßer Transponder mit Antennenschwingkreis dargestellt.

Wie in 1 gezeigt, weist das erfindungsgemäße System ein starkes Wechselmagnetfeld auf, in welchem ein Transponder T0 angeordnet ist. Das System ist ein System zur berührungslosen Energieübertragung von einem stationär angeordneten Primärleitersystem an ein in 1 nicht dargestelltes Mobilteil mit Sekundärwicklung. Das Mobilteil ist entlang einer Verfahrfläche bewegbar und ist aus der Sekundärwicklung versorgbar, insbesondere sein Energiespeicher.
Das Primärleitersystem ist induktiv gekoppelt an die Sekundärwicklung und wird mit einem mittelfrequenten Strom beaufschlagt. Das Primärleitersystem weist eine langgestreckt verlegte Primärleiterschleife auf, wobei in 1 nur der Hinleiter 1 und der Rückleiter 2 der Primärleiterschleife dargestellt sind.
Somit entsteht ein Wechselmagnetfeld, das mittelfrequent ist, insbesondere eine Frequenz zwischen etwa 10 kHz und etwa 1 MHz aufweist.
Ein in diesem Bereich des Wechselmagnetfeldes angeordneter Transponder nach Stand der Technik, wie in 1 dargestellt, weist einen Antennenschwingkreis auf, der aus einem Kondensator C1 und einer parallel zum Kondensator C1 geschalteten Induktivität L besteht. Somit wird an der Induktivität L des Transponders eine Spannung vom Wechselmagnetfeld induziert, die eine unzulässig hohen Wert erreichen kann, weshalb die elektronische Schaltung des Transponders T0 übersteuert wird und somit keinen Signalaustausch ausführen kann mit einem Transponder-Lese- und/oder Schreibgerät.
Wie in 3 gezeigt, weist der erfindungsgemäße Transponder T0 eine Filterkapazität C2 auf, welche im Antennenschwingkreis zusätzlich angeordnet ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 3 ist die Filterkapazität C2 hierzu mit der Induktivität L des Antennenschwingkreises in Reihe geschaltet.
In dem alternativen Ausführungsbeispiel nach 4 wird die am Antennenschwingkreis abfallende Spannung über die mit dem Antennenschwingkreis in Reihe geschaltete Filterkapazität C2 dem Transponder T0 zugeführt.
In beiden gezeigten Ausführungsbeispielen wird also eine zusätzliche Filterkapazität C2 im oder am Antennenschwingkreis vorgesehen.
Dabei wird die Filterkapazität derart dimensioniert, dass sie für den mittelfrequent eingekoppelten Stromanteil eine höhere Impedanz aufweist als bei der Betriebsfrequenz des sonstigen Antennenschwingkreises. Vorzugsweise liegt die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises im hochfrequenten Bereich, insbesondere im Bereich von 1 GHz und mehr. Somit beträgt die Betriebsfrequenz des Transponders mindestens das Tausendfache oder sogar mehr als das Hunderttaussendfache der Mittelfrequenz.
Beispielsweise ist die Induktivität L dimensioniert zwischen 1 und 10 Milli-Henry und die Kapazität des Antennenschwingkreises zwischen 10 pF und 100 pF. Die Filterkapazität dämpft dann bei einem Wert zwischen 100 nF und 1000 nF eine Primärleiterfrequenz von 25 kHz ab.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der Filterkapazität C2 ein anderes Filter vorgesehen, insbesondere eine komplexere Schaltung, also eine aus mehr als nur einem Kondensator bestehende Schaltung, oder ein aktives Filter, vorgesehen Außerdem ist die erfindungsgemäße Ausführung mit dem Filterkondensator auch in andere Spulen vorsehbar.
Bezugszeichenliste

1: Hinleiter
2: Rückleiter
T0: Transponder
L: Induktivität des Antennenschwingkreises
C1: Kapazität des Antennenschwingkreises
C2: Filterkapazität
U: Eingangsspannung am Transponder
ε: Spannung am Antennenschwingkreis

Claims

Transpondersystem, welches - einen stationär angeordneten Transponder (T0), - ein entlang einer Verfahrfläche bewegbares Mobilteil und - ein in einer Anlage verlegtes Primärleitersystem zur berührungslosen Energieübertragung an eine Sekundärwicklung des Mobilteils, aufweist, wobei das Primärleitersystem eine langgestreckt verlegte Primärleiterschleife aufweist, wobei das Mobilteil die Sekundärwicklung zur Versorgung eines Energiespeichers und/oder eines Fahrantriebs des Mobilteils aufweist, wobei die Sekundärwicklung an die Primärleiterschleife induktiv gekoppelt ist, wobei das Mobilteil ein Schreib- und/oder Lesegerät aufweist, welches mit dem Transponder (T0) Daten austauscht, wobei dem Transponder (T0) die an einem Antennenschwingkreis (L, C1) abfallende Spannung zugeführt wird oder die vom Transponder (T0) erzeugte Spannung dem Antennenschwingkreis (L, C1) zugeführt wird, wobei zwischen Antennenschwingkreis (L, C1) und Transponder (T0) eine Filterkapazität (C2) zwischengeordnet ist, so dass der zwischen Antenennschwingkreis und Transponder (T0) fließende Strom über die Filterkapazität (C2) geführt wird, wobei eine Induktivität (L) des Antennenschwingkreises (L, C1) in einem Wechselmagnetfeld angeordnet ist, dessen Frequenz mindestens hundertmal geringer ist als die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises (L, C1), wobei das Wechselmagnetfeld von der langgestreckt verlegten Primärleiterschleife erzeugt wird, wobei die Filterkapazität (C2) mindestens eine hundertmal größere Kapazität aufweist als die Kapazität (C1) des Antennenschwingkreises (L, C1), wobei die Frequenz dieses Wechselmagnetfelds unterschiedlich ist von der Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises, wobei mittels der Filterkapazität (C2) die Einflüsse des Wechselmagnetfelds unterdrückt sind.
Transpondersystem, welches - einen stationär angeordneten Transponder (T0), - ein entlang einer Verfahrfläche bewegbares Mobilteil und - ein in einer Anlage verlegtes Primärleitersystem zur berührungslosen Energieübertragung an eine Sekundärwicklung des Mobilteils aufweist, wobei das Primärleitersystem eine langgestreckt verlegte Primärleiterschleife aufweist, wobei das Mobilteil die Sekundärwicklung zur Versorgung eines Energiespeichers und/oder eines Fahrantriebs des Mobilteils aufweist, wobei die Sekundärwicklung an die Primärleiterschleife induktiv gekoppelt ist, wobei das Mobilteil ein Schreib- und/oder Lesegerät aufweist, welches mit dem Transponder (T0) Daten austauscht, wobei dem Transponder (T0) die an einem Antennenschwingkreis (L, C1) abfallende Spannung zugeführt wird oder die vom Transponder (T0) erzeugte Spannung dem Antennenschwingkreis (L, C1) zugeführt wird, wobei im Antennenschwingkreis (L, C1) eine Filterkapazität (C2) zwischengeordnet ist, so dass der im Antennenschwingkreis (L, C1) fließende Strom über die Filterkapazität (C2) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Induktivität (L) des Antennenschwingkreises (L, C1) in einem Wechselmagnetfeld angeordnet ist, dessen Frequenz mindestens hundertmal geringer ist als die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises (L, C1), wobei das Wechselmagnetfeld von der langgestreckt verlegten Primärleiterschleife erzeugt wird, wobei die Filterkapazität (C2) mindestens eine hundertmal größere Kapazität aufweist als die Kapazität (C1) des Antennenschwingkreises (L, C1), wobei die Frequenz dieses Wechselmagnetfelds unterschiedlich ist von der Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises, wobei mittels der Filterkapazität (C2) die Einflüsse des Wechselmagnetfelds unterdrückt sind.
Transpondersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkapazität (C2) mindestens eine tausendmal größere Kapazität aufweist als die Kapazität (C1) des Antennenschwingkreises (L, C1).
Transpondersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (L) des Antennenschwingkreises (L, C1) in dem Wechselmagnetfeld angeordnet ist, dessen Frequenz mindestens tausendmal geringer ist als die Resonanzfrequenz des Antennenschwingkreises (L, C1).
Transpondersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenschwingkreis (L, C1) die Induktivität (L) und hierzu parallel geschaltet die Kapazität (C1) aufweist, also als Parallelschwingkreis ausgeführt ist.
Transpondersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die langgestreckt verlegte Primärleiterschleife ein mittelfrequenter Strom eingeprägt wird.