DE10029147A1 - Installation for supplying toys with electrical energy, preferably for production of light, comprises a sender of electromagnetic waves which is located at a small distance above a play area with the toys - Google Patents

Abstract

The installation for supplying toys with electrical energy, preferably for production of light, comprises a sender of electromagnetic waves which is located at a small distance above a play area with the toys provided with appropriate receiver antennas and electronic energy conversion circuits.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur drahtlosen Versorgung von Spielzeugen mit elektrischer Energie, die mit Hilfe eines Senders elektromagnetische Wellen überträgt, die von einem Empfänger mit einer Antenne empfangen wird, und die eine Lichtquelle zum Leuchten bringt. Wich­tig bei dieser Art der Versorgung ist, dass die Spielzeuge selbst keine eigene Stromversorgung, wie Batterien, Akkumulatoren o. ä., benötigen, und dass die Versorgung ortsunabhängig erfolgt. Eine weitere wesentliche Besonderheit dieser Versorgungsart ist die einfache Erzeugung des Sendesignals durch einen Funktionsgenerator mit einer einstellbaren Frequenz. Der Antennen­eingang des Empfängers ist auf die vorgegebene Frequenz optimiert.The invention relates to a system for the wireless supply of toys with electricalEnergy that uses a transmitter to transmit electromagnetic waves emitted by oneReceiver is received with an antenna, and which lights up a light source. WichWhat is important with this type of supply is that the toys themselves do not have their own power supply,such as batteries, accumulators or the like, and that the supply is independent of location.Another important special feature of this type of supply is the simple generation of theTransmitted signal by a function generator with an adjustable frequency. The antennasinput of the receiver is optimized for the specified frequency.

Die drahtlose Energieübertragung mittels eines Wechselfeldes ist grundsätzlich aus EP-B1-91-971 bekannt. Bei einer derartigen Anlage wird das Magnetfeld in parallel zu einer Fahrstrecke geführten Stableitern erzeugt, wodurch Fahrspielzeuge geleitet werden können.The wireless energy transmission by means of an alternating field is basically offEP-B1-91-971 known. With such a system, the magnetic field is parallel tocreated a ladder guided ladder, whereby driving toys can be guided.

Es wird ein weiteres Verfahren beschrieben, in dem "Steuersignale" über ein Sen­der/Empfänger-System übertragen werden (DE 39 03 535 A1). Diese Steuersignale werden über eine Luftspule als Sender und einer Empfängerspule auf das Spielzeug übertragen, dann aber mit relativ aufwendigen Mitteln (Bandfilter, Mikroprozessor, Signalformer usw.) für die Steuerung des Spielzeuges genutzt. Die Spielzeuge ihrerseits werden mit externen Span­nungsquellen betrieben.Another method is described in which "control signals" via a sensorthe / receiver system are transmitted (DE 39 03 535 A1). These control signals aretransmitted to the toy via an air coil as a transmitter and a receiver coil, thenbut with relatively expensive means (band filter, microprocessor, signal former etc.) for theControl of the toy used. The toys in turn are made with external chippower sources.

Ein weiteres Verfahren der drahtlosen Energieübertragung mittels induzierter Spannungen wird in der Patentanmeldung 100 24 648.6 beschrieben.Another method of wireless energy transmission using induced voltages isdescribed in patent application 100 24 648.6.

Alle diese Verfahren nutzen für die Übertragung von Energie oder Informationen das Prinzip der Induktion.All of these methods use the principle of for the transmission of energy or informationInduction.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in einem abgegrenzten Spielbereich, der Mo­dellfläche, mit Hilfe eines in der räumlichen Nähe (im Meter-Bereich) des Spielbereiches ange­ordneten Senders über eine Sendeantenne Energie zu den in einem Spielzeug integrierten elektrischen Verbraucher zu übertragen. Die Spielzeuge brauchen dabei nicht über eigene Spannungsquellen zu verfügen. Die Energie wird vorzugsweise für die Beleuchtung der Spiel­zeuge genutzt.The invention is therefore based on the object in a limited play area, the Modellfläche, with the help of a in the spatial vicinity (in the meter range) of the play areaassigned the transmitter via a transmitting antenna to the energy integrated in a toyto transmit electrical loads. The toys do not need their ownTo have voltage sources. The energy is preferably used for lighting the gamewitness used.

Bei Nutzung heutiger Technik, z. B. low-current-LEDs (lichtemittierende Dioden), werden für den Betrieb einer LED nur noch ca. 2 mW benötigt. Bei einer erzielten Spannung von nur ca. 2 V kann eine low-current-LED schon mit einem Strom von 1 mA betrieben werden. Wenn es sich um eine rote LED handelt, kann diese Licht z. B. in einem Miniaturauto als Rücklicht genutzt werden. Das Licht kann mit einem passiven Lichtleiter (z. B. bestehend aus Acrylglas) an jeden gewünschten Ort gelenkt werden.When using today's technology, e.g. B. low-current LEDs (light emitting diodes) are used forOperation of an LED only requires approx. 2 mW. With a voltage of only approx. 2 V achieveda low-current LED can already be operated with a current of 1 mA. If it isis a red LED, this light can e.g. B. used in a miniature car as a taillightbecome. The light can be sent to everyone with a passive light guide (e.g. consisting of acrylic glass)desired location.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die mit Anspruch 1-11 gekennzeichneten Merkmale und Maßnahmen vorgeschlagen. Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung schematisch veranschaulicht ist, erläutert. In der Zeichnung zeigen:To solve this problem, the features marked with claims 1-11Measures proposed. The object of the invention is based on aEmbodiment which is illustrated schematically in the drawing. In theShow drawing:

Fig. 0 Übersicht, Prinzipbild;Fig. 0 overview, schematic diagram;

Fig. 1 Anordnung des Senders relativ zur Spielfläche;Fig. 1 arrangement of the transmitter relative to the playing surface;

Fig. 2 Schematische Darstellung des Empfängers;Fig. 2 Schematic representation of the receiver;

Fig. 3 Ausführungsbeispiel der Umsetzung der empfangenen Energie in Licht.Fig. 3 embodiment of the conversion of the received energy into light.

Bei dem nachstehend aufgeführten Ausführungsbeispiel dient die erfindungsgemäße Anord­nung der drahtlosen Versorgung eines Spielzeuges mit Energie, die z. B. zum Betreiben einer Lichtquelle genutzt wird.In the exemplary embodiment listed below, the arrangement according to the invention is usedtion of the wireless supply of a toy with energy, the z. B. to operate aLight source is used.

Dazu wird nachFig. 1 eine Antenne2 voh einem Generator1 mit einem Sendestrom mit einer vorgegebenen Frequenz betrieben, so dass eine Modellfläche5 gleichmäßig aus Richtung4 bestrahlt wird. Auf der Modellfläche5 wird wie inFig. 2 angedeutet, ein Spielzeug6 angeord­net, in dem eine komplette Empfängereinheit eischließlich der Empfangsantenne7, integriert ist. Diese Empfängereinheit besteht aus einer Empfangsantenne7, und einer nachgeschalteten Elektronik, die wiederum aus dem Antennen-Eingangskreis8, dem Gleichrichter9 und der An­paßelektronik10 besteht. An dieser Anpaßelektronik sind die Lichtquellen11 angeschlossen. InFig. 3 wird noch einmal gezeigt, wie in dem Ausführungsbeispiel die Umwandlung Sendee­nergie in Licht erfolgt. Die in der Antenne7 aufgenommenen Energie wird an die nachgeschal­tete Elektronik weitergegeben. Eine Anpaßelektronik8 mit Schwingkreis (L1, L2, C) sorgt dafür, dass die Spannung bzw. der Strom die angeschlossene Lichtquelle11 nicht überlastet. In ei­nem einfachen Fall reicht für das Betreiben einer Licht emittierenden Diode ein angepaßter Vorwiderstand aus. Dazu muß die Sendeleistung des Generators1 ausFig. 1 so geregelt wer­den, daß die empfangene Energie gleichgerichtet wird und an den Anschlüssen des Gleich­richters9 konstant bleibt. Es sind aber auch weitere Ausführungen der Anpaßelektronik denk­bar, wie z. B. das Einführen einer Zenerdiode zur Spannungsstabilisierung und/oder das Einfüh­ren eines Speicherkondensators zum Überbrücken von Spannungsschwankungen.For this purpose, an antenna2 isshown inFIG. 1 is operated voh a generator1 with a transmit power of a predetermined frequency, so that a model surface5 is uniformly irradiated from direction4. On the model surface5 , as indicated inFIG. 2, a toy6 is arranged, in which a complete receiver unit, including the receiving antenna7 , is integrated. This receiver unit consists of a receiving antenna7 , and a downstream electronics, which in turn consists of the antenna input circuit8 , the rectifier9 and the fitting electronics10 . The light sources11 are connected to this adapter electronics. InFig. 3 it is shown once again how in the exemplary embodiment the transmission energy is converted into light. The energy absorbed in the antenna7 is passed on to the electronics downstream. An adapter electronics8 with resonant circuit (L1, L2, C) ensures that the voltage or current does not overload the connected light source11 . In a simple case, an adapted series resistor is sufficient to operate a light-emitting diode. For this purpose, the transmission power of the generator1 ofFIG. 1 must be regulated so that the energy received is rectified and remains constant at the connections of the rectifier9 . But there are also other versions of the adapter electronics conceivably such. B. the introduction of a Zener diode for voltage stabilization and / or the introduction of a storage capacitor to bridge voltage fluctuations.

Bei ausreichender Leistungsübertragung reicht auch der direkte Anschluß einer Glühlampe an die Kontakte des Antennen-Eingangskreises8 aus. In diesem Falle wird der Gleichrichter9 und die Anpaßelektronik10 nicht gebraucht.With sufficient power transmission, the direct connection of an incandescent lamp to the contacts of the antenna input circuit8 is sufficient. In this case, the rectifier9 and the matching electronics10 are not used.

FigurenlegendeFigure legend

11

Generator zur Versorgung der Sendeantenne
Generator to supply the transmitting antenna

22

Sendeantenne
Transmitting antenna

33rd

Durch den Sender verursachter Strahlenkegel und bestrahlte Fläche
Beam cone and irradiated area caused by the transmitter

44

Abstrahlrichtung des Senders
Beam direction of the transmitter

55

Spielfläche/Modellfläche
Play area / model area

66

Spielzeug
toy

77

Empfangsantenne
Receiving antenna

88th

Gleichrichter
Rectifier

99

Anpaßelektronik
Matching electronics

1010th

Lichtquelle
Light source

Claims (11)

Translated fromGerman

1. Anlage zur Versorgung von Spielzeugen mit elektrischer Energie, vorzugsweise zur Erzeu­gung von Licht, bestehend aus einem Sender, der ein Signal mit einer bestimmten Fre­quenz aussendet und mdst. einem mit einen Empfänger ausgerüsteten Spielzeug,dadurch gekennzeichnet, dass der Sender aus einem geringen Abstand (vorzugsweise im Meter-Bereich) auf eine Modellfläche gerichtet wird, und dass die auf dieser Fläche positionierten und mit je einem Empfänger versehenen Spielzeuge die vom Sender abgestrahlte Energie über eine Antenne aufnehmen und diese aufgenommene Sendeenergie mittels einer elek­tronischen Schaltung in Licht umwandeln.1. Plant for the supply of toys with electrical energy, preferably for generating light, consisting of a transmitter that emits a signal with a certain frequency and mdst. a toy equipped with a receiver,characterized in that the transmitter is directed from a short distance (preferably in the meter range) onto a model surface, and that the toys positioned on this surface and each provided with a receiver transmit the energy emitted by the transmitter record an antenna and convert this transmitted energy into light using an electronic circuit.2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendesignal eine in der Fre­quenz einstellbare Schwingung mit regelbarer Amplitude ist, die von einem Generator er­zeugt wird.2. System according to claim 1, characterized in that the transmission signal a in the Freadjustable oscillation with adjustable amplitude, which is generated by a generatoris fathered.3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingung vorzugsweise eine Sinusschwingung ist.3. Plant according to claim 1, characterized in that the vibration is preferredis a sine wave.4. Anlage nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sen­defrequenz abhängig von der Größe der mechanischen Ausmaße der Spielzeuge, in die die Empfangsantenne integriert ist, gewählt wird.
(Bei Spielzeugen, die eine Größe von wenigen cm haben, ist wegen der optimalen Anten­nengröße eine Sendefrequenz im GHz-Bereich notwendig).4. System according to claim 1 and one of the following, characterized in that the Sen defrequency is selected depending on the size of the mechanical dimensions of the toys in which the receiving antenna is integrated.
(For toys that have a size of a few cm, a transmission frequency in the GHz range is necessary due to the optimal antenna size).5. Anlage nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfindlichkeit des Empfängers auf das Sendesignal maximal abgestimmt ist.5. Plant according to claim 1 and one of the following, characterized in that theSensitivity of the receiver is matched to the maximum transmission signal.6. Anlage nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender so dimensioniert ist, dass er im wesentlichen nur an die auf der Modellfläche ge­stellten Spielzeuge Energie sendet.6. Plant according to claim 1 and one of the following, characterized in that theTransmitter is dimensioned so that it is essentially only ge on the model surfaceput toys sends energy.7. Anlage nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der komplette Empfänger, einschließlich der Antenne mit nachgeschalteter Elektronik, im Spiel­zeug integriert wird.7. Plant according to claim 1 and one of the following, characterized in that thecomplete receivers, including the antenna with downstream electronics, in the gamestuff is integrated.8. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommene Energie mit einem Speicher (z. B. Speicherkondensatoren, sog. gold caps, oder Akkumulatoren) zwischengespeichert, bzw. gepuffert wird, so dass kurzzeitige Unterbrechungen der Ener­gieübertragung überbrückt werden können.8. Plant according to claim 1 to 7, characterized in that the absorbed energywith a memory (e.g. storage capacitors, so-called gold caps, or accumulators)is temporarily stored or buffered, so that brief interruptions of the energytransfer can be bridged.9. Anlage nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Ein- und Ausschalten des Sendesignals der Eindruck einer blinkenden Lichtquelle entsteht.9. Plant according to claim 1 to 7, characterized in that by switching on and offof the transmission signal gives the impression of a flashing light source.10. Anlage nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichtquelle mit Lichtleitern (z. B. speziell gewinkeltes Acrylglas) an die Stellen des Spiel­zeuges gelenkt wird, an denen das Licht erscheinen soll.10. Plant according to claim 1 and one of the following, characterized in that the lightthe light source with light guides (e.g. specially angled acrylic glass) to the places of the gameis directed to where the light should appear.11. Anlage nach Anspruch 1 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass auch andere Aggregate/Komponenten als eine Lichtquelle, z. B. Relais, Motoren usw., mit Hilfe der übertragenen elektrischen Energie betrieben werden.11. Plant according to claim 1 and one of the following, characterized in that alsoaggregates / components other than a light source, e.g. B. relays, motors, etc., with the helpof the transmitted electrical energy are operated.