DE102018005576A1 - Inductive energy transfer system to a handset and method of operating an electrical device - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil und Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts,wobei das System ein Elektrogerät mit Anzeigeeinheit aufweist, welches einen Wechselrichter aufweist, wobei die am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters bereit gestellte Spannung den Eingang eines Vierpols speist, von dessen Ausgang ein Strom in eine Primärleiteranordnung eingeprägt wird,wobei eine Signalelektronik des Elektrogeräts ein Mittel zur Erfassung der Nulldurchgänge des Stromes und zur Erfassung der Nulldurchgänge der am Ausgang des Vierpols anliegenden Spannung aufweist,wobei die Signalelektronik ein Mittel zur Erfassung des Effektivwertes oder Spitzenwertes des Stromes und zur Erfassung des Effektivwertes oder Spitzenwertes der am Ausgang des Vierpols anliegenden Spannung aufweist,wobei die Mittel mit einer Rechnereinheit verbunden sind, welche den Istwert der Impedanz der Primärleiteranordnung bestimmt und die Differenz zwischen dem Istwert und einem Sollwert,wobei die Rechnereinheit ein die Differenz darstellendes Steuersignal der Anzeigeeinheit zuführt, welche die Differenz anzeigt, insbesondere mittels eines Zeigers, dessen Drehstellung und Länge vom Steuersignal gesteuert wird.A system for inductive power transmission to a handset and method for operating an electrical appliance, the system comprising an electrical appliance with display unit having an inverter, wherein the voltage provided at the AC side terminal of the inverter feeds the input of a quadrupole, from the output of a current in a primary conductor arrangement is impressed, wherein a signal electronics of the electrical appliance has a means for detecting the zero crossings of the current and for detecting the zero crossings of the applied voltage at the output of the quadrupole, the signal electronics means for detecting the RMS or peak value of the current and for detecting the effective value or peak value of the applied voltage at the output of the quadrupole, wherein the means are connected to a computer unit which determines the actual value of the impedance of the primary conductor arrangement and the difference between the actual value un d a setpoint value, wherein the computer unit supplies a control signal representing the difference to the display unit, which displays the difference, in particular by means of a pointer whose rotary position and length are controlled by the control signal.

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft ein System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil und ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts.The invention relates to a system for inductive energy transmission to a handset and a method for operating an electrical appliance.

Es ist allgemein bekannt, ein Mobilteil eines Systems induktiv zu versorgen, wobei stationärseitig im System eine Primärleiteranordnung mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird und an der Unterseite des Mobilteils eine Sekundärwicklung angeordnet ist, welche induktiv koppelbar ist mit der stationärseitig angeordneten Primärleiteranordnung.It is generally known to supply a handset of a system inductively, the stationary side in the system, a primary conductor arrangement is subjected to an alternating current and on the underside of the handset, a secondary winding is arranged, which is inductively coupled to the stationarily arranged primary conductor arrangement.

Aus derUS 2012 / 0 184 338 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik ein System zur induktiven Energieübertragung bekannt.From the US 2012/0 184 338 A1 As the closest prior art, a system for inductive energy transmission is known.

Aus derDE 10 2006 022 223 A1 ist ein Schutzmodul für ein System zur induktiven Energieübertragung bekannt.From the DE 10 2006 022 223 A1 is a protection module for an inductive energy transmission system known.

Aus der nach der für die vorliegenden Erfindung in Anspruch genommenen Prioriät nachveröffentlichten Veröffentlichung MFJ Enterprises, Inc.: „HF/VHF SWR Analyzer-Model MFJ-259C“, Betriebsanleitung, Version C1, 2013 ist aus dem Internet amtsseitig am 10.7.2018 ein Elektrogerät mit analogen und digitalen Anzeigemitteln bekannt geworden.According to the Priority Postponed According to the Priority Claim Released for the Present Invention MFJ Enterprises, Inc .: "HF / VHF SWR Analyzer Model MFJ-259C", Operating Instructions, Version C1, 2013 is an electrical appliance from the Internet on 10.7.2018 become known with analog and digital display means.

Aus der nach der für die vorliegenden Erfindung in Anspruch genommenen Prioriät nachveröffentlichten VeröffentlichungHewlett-Packard Co.: „Rapid, Direct, Measurement of Complex Impedancein a Circuit / Methods of Measuring Impedance“, Hewlett-Packard Journal, Ausgabe: Januar 1967 ist aus dem Internet amtsseitig am 10.7.2018 eine analoge Anzeigeeinheit bekannt geworden.From the post-published according to the Prioriät claimed for the present invention Publication Hewlett-Packard Co .: "Rapid, Direct, Measurement of Complex Impedance in a Circuit / Methods of Measuring Impedance", Hewlett-Packard Journal, January 1967 issue is from the Internet Office on 10.7.2018 an analog display unit known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil weiterzubilden, wobei das System in einfacher Weise optimierbar und die Funktion überwachbar ist.The invention is therefore the object of developing a system for inductive energy transfer to a handset, the system can be optimized in a simple manner and the function is monitored.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts nach den in Anspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved in the system for inductive energy transmission to a handset according to the features specified inclaim 1 and in the method for operating an electrical appliance according to the features indicated in claim 10.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil sind, dass das System ein Elektrogerät mit Anzeigeeinheit aufweist, welches einen Wechselrichter aufweist, wobei die am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters bereit gestellte Spannung den Eingang eines Vierpols speist, von dessen Ausgang ein Strom in eine Primärleiteranordnung eingeprägt wird,
wobei eine Signalelektronik des Elektrogeräts ein Mittel zur Erfassung der Nulldurchgänge des Stromes und zur Erfassung der Nulldurchgänge der am Ausgang des Vierpols anliegenden Spannung aufweist,
wobei die Signalelektronik ein Mittel zur Erfassung des Effektivwertes oder Spitzenwertes des Stromes und zur Erfassung des Effektivwertes oder Spitzenwertes der am Ausgang des Vierpols anliegenden Spannung aufweist,
wobei die Mittel mit einer Rechnereinheit verbunden sind, welche den Istwert der Impedanz der Primärleiteranordnung bestimmt und die Differenz zwischen dem Istwert und einem Sollwert,
wobei die Rechnereinheit ein die Differenz darstellendes Steuersignal der Anzeigeeinheit zuführt, welche die Differenz anzeigt, insbesondere mittels eines Zeigers, dessen Drehstellung und Länge vom Steuersignal gesteuert wird.Important features of the invention in the system for inductive energy transmission to a handset are that the system comprises an electrical appliance with display unit having an inverter, wherein the voltage provided at the AC side terminal of the inverter feeds the input of a quadrupole, from whose output a current is impressed in a primary conductor arrangement,
wherein a signal electronics of the electrical appliance has a means for detecting the zero crossings of the current and for detecting the zero crossings of the voltage applied to the output of the quadrupole,
the signal electronics having a means for detecting the rms value or peak value of the current and for detecting the rms value or peak value of the voltage applied at the output of the quadrupole,
the means being connected to a computer unit which determines the actual value of the impedance of the primary conductor arrangement and the difference between the actual value and a desired value,
wherein the computer unit supplies a control signal representing the difference to the display unit, which displays the difference, in particular by means of a pointer, the rotational position and length of which is controlled by the control signal.

Von Vorteil ist dabei, dass somit mittels der Anzeige erkennbar ist, ob das System auf Resonanz abgestimmt ist oder nicht. Es ist sogar die Stärke der Abweichung anzeigbar, also die Differenz vom Sollwert. Zusätzlich ist die Anzeige als Überwachungsmittel einsetzbar, da bei Eindringen von metallischen großen Fremdkörpern in den Beriech der induktiven Übertragung die Anzeige sich entsprechend ändert. Außerdem ist sogar bei einem gegebenenfalls automatisierten Resonanzabgleich eine Überwachung des Systems ausführbar.The advantage here is that thus by means of the display can be seen whether the system is tuned to resonance or not. It is even the strength of the deviation can be displayed, so the difference from the setpoint. In addition, the display can be used as a monitoring means, since the display changes according to the penetration of metallic large foreign bodies in the indices of inductive transmission. In addition, monitoring of the system can be carried out even in the event of an optionally automated resonance adjustment.

Auf diese Weise ist ein Einspeisesteller für ein System zur induktiven Energieübertragung einfach optimierbar und seine Funktion überwachbar. Insbesondere ist abhängig von der Anzeige eine Anpasskapazität veränderbar und somit das Abstimmen auf Resonanz bei dem System optimierbar.In this way, a feed-in plate for a system for inductive energy transmission can be easily optimized and its function can be monitored. In particular, an adaptation capacity can be changed as a function of the display, and thus tuning to resonance in the system can be optimized.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung fungiert die Anzeigeeinheit als analoges Anzeigemittel,
insbesondere wobei die Anzeigeeinheit die Differenz auch digital anzeigt, also auch als digitales Anzeigemittel fungiert. Von Vorteil ist dabei, dass die Abweichung auch quantitativ sehr exakt anzeigbar ist und somit der Wert der als Anpass-Kapazität einzusetzenden Kapazität berechenbar ist. Somit ist ein einmaliges Verändern der Anpass-Kapazität ausreichend.In an advantageous embodiment, the display unit acts as an analog display means,
in particular, wherein the display unit also displays the difference digitally, ie also acts as a digital display means. The advantage here is that the deviation is quantitatively very accurately displayed and thus the value of the capacity to be used as an adaptive capacity can be calculated. Thus, once changing the matching capacity is sufficient.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Primärleiteranordnung aus einer Reihenschaltung aus einer Anpass-Kapazität, Primärleiterabschnitten und Kapazitäten,
insbesondere wobei die Primärleiterabschnitte und Kapazitäten aufeinander folgend und/oder einander abwechselnd angeordnet sind, insbesondere zur Spannungserniedrigung. Von Vorteil ist dabei, dass die Primärleiterabschnitte entlang der Strecke abschnittsweise anordenbar sind und zwischen jeweils zwei zueinander benachbarten Primärleiterabschnitten jeweils eine der Kapazitäten zwischenordenbar ist. Somit werden Spannungsspitzen entlang der Strecke vermieden. Die Anpasskapazität ist an einem Pol der Ausgangsseite des Vierpols angeordnet.In an advantageous embodiment, the primary conductor arrangement consists of a series connection of a matching capacitance, primary conductor sections and capacitances,
in particular wherein the primary conductor sections and capacitors are arranged consecutively and / or alternately, in particular for lowering the voltage. The advantage here is that the primary conductor sections along the route can be arranged in sections and between each two adjacent to each other Primary conductor sections each one of the capacitances is interordained. Thus, spikes along the route are avoided. The matching capacitance is arranged at a pole of the output side of the quadrupole.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anzeigeeinheit einen Gutbereich auf, insbesondere wobei die Begrenzung des Gutbereichs der Stellgrenze einer steuerbaren Induktivität des Mobilteils entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass die Anzeige den sekundärseitig vorhandenen Stellbereich berücksichtigt. Somit ist primärseitig eine Anzeige angeordnet, die farblich und/oder mit Strichen die sekundärseitige Stellgrenze einer sekundärseitig angeordneten steuerbaren Induktivität anzeigt.In an advantageous embodiment, the display unit has a good range, in particular wherein the limitation of the good range corresponds to the setting limit of a controllable inductance of the mobile part. The advantage here is that the display takes into account the secondary side existing adjustment range. Thus, a display is arranged on the primary side, indicating the secondary-side adjustment limit of a secondary side arranged controllable inductance color and / or with lines.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung steuert die Rechnereinheit der Signalelektronik des Elektrogeräts die steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters an. Von Vorteil ist dabei, dass die Frequenz der eingangsseitig am Vierpol anliegenden Spannung bestimmt wird von der Rechnereinheit und somit der Rechnereinheit auch bekannt ist. Somit ist bei Bestimmung einer Kapazität, welche in der Anpasskapazität noch zusätzlich angeordnet werden muss, der Wert der Frequenz zusätzlich berücksichtigbar.In an advantageous embodiment, the computer unit of the signal electronics of the electrical appliance controls the controllable semiconductor switches of the inverter. The advantage here is that the frequency of the voltage applied to the input side of the quadrupole voltage is determined by the computer unit and thus the computer unit is also known. Thus, when determining a capacitance, which additionally has to be arranged in the matching capacitance, the value of the frequency can additionally be taken into account.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Vierpol eine zwischen den Polen seines ausgangsseitigen Anschlusses angeordnete Kapazität auf
und eine zwischen einem ersten Pol seines eingangsseitigen Anschlusses, welcher mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters verbunden ist, und einem ersten Pol seines ausgangsseitigen Anschlusses eine Induktivität angeordnet ist,
insbesondere wobei der zweite Pol des eingangsseitigen Anschlusses und der zweite Pol des ausgangsseitigen Anschlusses miteinander elektrisch direkt verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Vierpol auf Resonanz zur Frequenz der den Vierpol eingangsseig speisenden Spannung. abstimmbar ist.In an advantageous embodiment, the quadrupole has a capacitor arranged between the poles of its output-side terminal
and an inductance is disposed between a first pole of its input side terminal connected to the AC side terminal of the inverter and a first pole of its output side terminal,
in particular, wherein the second pole of the input-side terminal and the second pole of the output-side terminal are electrically connected to each other directly. The advantage here is that the quadrupole on resonance to the frequency of the input voltage feeding the quadrupole. is tunable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung zeigt die Anzeigeeinheit einen Zeiger an, dessen Drehstellung den Betrag des Imaginärteils der Impedanz, also Reaktanz, anzeigt und/oder dessen Länge den Betrag der Impedanz darstellt. Von Vorteil ist dabei, dass der fehlende Wert schnell und einfach anzeigbar ist.In an advantageous embodiment, the display unit displays a pointer whose rotational position indicates the magnitude of the imaginary part of the impedance, ie reactance, and / or whose length represents the magnitude of the impedance. The advantage here is that the missing value is quickly and easily displayed.

Wichtige Merkmale bei der Erfindung sind, dass das Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts vorgesehen ist,
wobei die von einem Wechselrichter bereit gestellte Wechselspannung der Eingangsseite eines Vierpols zugeführt wird, dessen Ausgangsseite eine Primärleiteranordnung speist,
wobei die Zeitpunkte der Nulldurchgänge der an der Ausgangsseite anliegenden Spannung und die Zeitpunkte der Nulldurchgänge des aus der Ausgangsseite in die Primärleiteranordnung eingeprägten Stromes erfasst werden
und die Effektivwerte oder Spitzenwerte der der an der Ausgangsseite anliegenden Spannung und des aus der Ausgangsseite in die Primärleiteranordnung eingeprägten Stromes erfasst werden,
aus den Zeitpunkten und den Effektivwerten die Impedanz der Primärleiteranordnung bestimmt wird,
wobei die Differenz zwischen der Impedanz und einem Soll-Impedanz bestimmt wird,
wobei die Differenz, insbesondere der Betrag des Imaginärteils der Differenz, also Reaktanz, angezeigt wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Übertragung erreichbar ist. Somit ist das System hocheffizient betreibbar.Important features of the invention are that the method is provided for operating an electrical appliance,
wherein the AC voltage provided by an inverter is supplied to the input side of a quadrupole, the output side of which feeds a primary conductor arrangement,
wherein the times of the zero crossings of the voltage applied to the output side and the times of the zero crossings of the current impressed from the output side into the primary conductor arrangement are detected
and the rms values or peak values of the voltage applied to the output side and of the current impressed from the output side into the primary conductor arrangement are detected,
the impedance of the primary conductor arrangement is determined from the times and the rms values,
wherein the difference between the impedance and a desired impedance is determined
wherein the difference, in particular the amount of the imaginary part of the difference, ie reactance, is displayed. The advantage here is that a high efficiency in the inductive transmission can be achieved. Thus, the system is highly efficient operable.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Differenz durch einen Zeiger angezeigt, dessen Länge den Betrag der Differenz anzeigt und/oder dessen Drehstellung den Imaginärteil der Differenz, also Reaktanz, anzeigt. Von Vorteil ist dabei, dass die Abweichung vom angestrebten optimalen Wert schnell und einfach anzeigbar ist.In an advantageous embodiment, the difference is indicated by a pointer whose length indicates the amount of the difference and / or whose rotational position indicates the imaginary part of the difference, ie reactance. The advantage here is that the deviation from the desired optimum value can be displayed quickly and easily.

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.Further advantages emerge from the subclaims. The invention is not limited to the combination of features of the claims. For the skilled person, further meaningful combination options of claims and / or individual claim features and / or features of the description and / or figures, in particular from the task and / or the task posing by comparison with the prior art arise.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

• In der1 ist ein erfindungsgemäßes System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil schematisch dargestellt.

The invention will now be explained in more detail with reference to schematic illustrations:

• In the 1 a system according to the invention for inductive energy transmission to a handset is shown schematically.

Dabei weist ein Elektrogerät5 eine analoge Anzeige6 auf und/oder eine digitale Anzeige7.It has anelectrical appliance 5 an analogue display 6 on and / or adigital display 7 ,

Das Elektrogerät5 weist darüber hinaus einen Wechselrichter auf, welcher eine WechselspannungU_a bereitstellt, welche die beiden eingangsseitigen Anschlüsse eines Vierpols, insbesondere Gyrators, versorgt. Der Wechselrichter1 weist hierbei ein spannungsquellenartiges Verhalten auf.Theelectrical appliance 5 moreover has an inverter, which is an AC voltage U_A provides, which supplies the two input-side terminals of a quadrupole, in particular gyrator. Theinverter 1 here has a voltage source-like behavior.

Der Vierpol weist an seinen beiden ausgangsseitigen Anschlüssen ein stromquellenartiges Verhalten auf.The quadrupole has at its two output-side terminals on a power source-like behavior.

Die Frequenz der vom Wechselrichter bereit gestellten WechselspannungU_a ist möglichst konstant. The frequency of the AC voltage provided by the inverter U_A is as constant as possible.

Der Vierpol ist gemäß Ausführungsbeispiel nach1 aus einer InduktivitätL_g und einer KapazitätC_g zusammengesetzt. Dabei ist die InduktivitätL_g zwischen einem ersten der beiden eingangsseitigen Anschlüsse und einem ersten der beiden ausgangsseitigen Anschlüsse angeordnet.The quadrupole is according to the embodiment according to 1 from an inductance L_g and a capacity c_g composed. Here is the inductance L_g arranged between a first of the two input-side terminals and a first of the two output-side terminals.

Die KapazitätC_g ist zwischen den beiden ausgangsseitigen Anschlüssen des Vierpols angeordnet.The capacity c_g is arranged between the two output-side terminals of the quadrupole.

Der zweite der eingangsseitigen Anschlüsse ist direkt mit dem zweiten der ausgangsseitigen Anschlüsse des Vierpols verbunden.The second of the input-side terminals is directly connected to the second of the output-side terminals of the quadrupole.

Die InduktivitätL_g und die KapazitätC_g ist derart dimensioniert, dass der Vierpol resonant auf die Frequenz der vom Wechselrichter bereit gestellten WechselspannungU_a abgestimmt ist.The inductance L_g and the capacity c_g is dimensioned such that the quadrupole resonant to the frequency of the AC voltage provided by the inverter U_A is tuned.

Der Wechselrichter1 weist in Halbbrücken angeordnete Leistungshalbleiter auf, die von einer Signalelektronik, insbesondere Rechnereinheit2 der Signalelektronik, mit pulsweitenmodulierten Steuersignalen angesteuert werden. Somit gibt die Signalelektronik2, insbesondere Rechnereinheit2 der Signalelektronik, auch die Frequenz der vom Wechselrichter bereit gestellten Wechselspannung vor.Theinverter 1 has half-bridges arranged power semiconductors, the signal electronics, inparticular computer unit 2 the signal electronics are controlled with pulse width modulated control signals. Thus, thesignal electronics 2 , inparticular computer unit 2 the signal electronics, and also the frequency of the AC voltage provided by the inverter.

Außerdem wird die am Vierpol ausgangsseitig auftretende Spannung V und der vom Vierpol gelieferte Strom I erfasst. Aus der Ausgangsseite wird eine Primärleiteranordnung versorgt, die eine langgestreckt in einer Anlage verlegte Primärleitung aufweist, wobei streckenabschnittsweise eine jeweilige Kapazität zur Spannungsreduzierung und zum Abgleich vorgesehen ist.In addition, the voltage occurring at the quadrupole on the output side V and the current I supplied by the quadrupole are detected. From the output side, a primary conductor arrangement is supplied, which has an elongated laid in a plant primary line, with a section by section, a respective capacity for voltage reduction and adjustment is provided.

Die Primärleiteranordnung ist eine Reihenschaltung aus Primärleiterabschnitten, die eine jeweilige Induktivität (L_L1,L_L2, ...,L_LN) aufweisen, und zwischen den Primärleiterabschnitten angeordnete Kapazitäten (C_L1,L_C_L2, ...,C_LN), wobei durch dieses abwechselnde Serienschalten hohe Spannungen vermeidbar sind.The primary conductor arrangement is a series arrangement of primary conductor sections which have a respective inductance ( L_L1 . L_L2 , ..., L_LN ), and capacitances arranged between the primary conductor sections ( C_L1 . L_C_L2 , ..., C_LN ), which can be avoided by this alternating series switching high voltages.

Somit ist der entlang der Fahrstrecke des Mobilteils verlegte Primärleiter in Primärleiterabschnitte aufgeteilt, zwischen denen die Kapazitäten (C_L1,L_C_L2, ...,C_LN) angeordnet sind. Die so aus den Kapazitäten (C_L1,L_C_L2, ...,C_LN) und Induktivitäten (L_L1,L_L2, ...,L_LN) bei Vernachlässigung des Ohm'schen Widerstands erreichte, StreckenimpedanzjX_L ist mit einer Anpass-KapazitätjX_Korr, welche zur StreckenimpedanzjX_L in Reihe geschaltet ist und aus reiner Kapazität besteht, so dass ein zusätzlicher Abgleich auf die Frequenz des eingeprägten Wechselstroms ermöglicht ist.Thus, the laid along the route of the handset primary conductor is divided into primary conductor sections, between which the capacity ( C_L1 . L_C_L2 , ..., C_LN ) are arranged. The so from the capacities ( C_L1 . L_C_L2 , ..., C_LN ) and inductors ( L_L1 . L_L2 , ..., L_LN ) achieved neglecting the ohmic resistance, track impedance jX_L is with a fitting capacity jX_Korr , which to the track impedance jX_L is connected in series and consists of pure capacitance, so that an additional adjustment to the frequency of the impressed alternating current is possible.

Die Reihenschaltung aus Anpass-KapazitätjX_Korr und StreckenimpedanzjX_L wird aus der an der KapazitätC_g des Vierpols bereit gestellten SpannungU_cg gespeist, so dass ein StromI_L in die Reihenschaltung aus Anpass-KapazitätjX_Korr und StreckenimpedanzjX_L eingeprägt ist.The series connection of adaptation capacity jX_Korr and track impedance jX_L will be out of the capacity c_g of the quadrupole provided tension U_cg fed, leaving a stream I_L in the series connection of matching capacity jX_Korr and track impedance jX_L is impressed.

Die Signalelektronik des Elektrogeräts5 weist ein Mittel3 zur Detektion der Nulldurchgänge der bereitgestellten SpannungU_cg und des StromsI_L auf. Somit wird bei den zeitlichen Verläufen der Werte dieser beiden erfassten Größen (I_L,U_cg) die jeweiligen Zeitpunkte der Nulldurchgänge erfasst und mittels einer Rechnereinheit2 der Signalelektronik daraus die Phasenverschiebung zwischen der SpannungU_cg und StromI_L bestimmt. Außerdem werden die zeitlichen Verläufe der erfassten Werte der SpannungU_cg und des StromesI_L einem Mittel4 zur Bestimmung des jeweiligen Effektivwertes zugeführt. Die Effektivwerte werden ebenso wie die Zeitpunkte der Nulldurchgänge der Rechnereinheit2 zugeführt. Auf diese Weise ist Amplitude und Phasenverschiebung von StromI_L und SpannungU_cg bestimmt.The signal electronics of theelectrical appliance 5 has ameans 3 for detecting the zero crossings of the voltage provided U_cg and the stream I_L on. Thus, in the temporal progressions of the values of these two detected quantities ( I_L . U_cg ) detects the respective times of the zero crossings and by means of acomputer unit 2 the signal electronics from the phase shift between the voltage U_cg and electricity I_L certainly. In addition, the timings of the detected values of the voltage become U_cg and the stream I_L ameans 4 supplied for determining the respective effective value. The rms values as well as the times of the zero crossings of thecomputer unit 2 fed. In this way is amplitude and phase shift of current I_L and tension U_cg certainly.

Das Elektrogerät5 weist eine Anzeigeeinheit auf, mit welcher die Abweichung von der resonanten Abstimmung der Primärleiteranordnung anzeigbar ist. Dabei wird bevorzugt eine analoge Anzeige ausgeführt. Hierbei wird ein Zeiger verwendet, wobei die angezeigten Werte mittels einer Skala in bewertete Wertebereiche eingeteilt werden. Insbesondere ist der Bereich um die optimale Abstimmung auf Resonanz herum als Gutbereich beispielsweise mit einer ersten Farbe, beispielsweise Grün, gekennzeichnet und weiter beabstandete Berieche mit einer anderen Farbe, beispielsweise Orange und/oder Rot.Theelectrical appliance 5 has a display unit with which the deviation from the resonant tuning of the primary conductor arrangement can be displayed. In this case, an analog display is preferably carried out. Here, a pointer is used, whereby the displayed values are divided by means of a scale into evaluated value ranges. In particular, the region around the optimal tuning to resonance is characterized as a good region, for example with a first color, for example green, and further spaced regions with a different color, for example orange and / or red.

Somit ist die Notwendigkeit einer Veränderung der Anpass-KapazitätjX_Korr leicht erkennbar.Thus, the need for a change in fitting capacity jX_Korr easily recognizable.

Zusätzlich ist auch eine digitale Anzeige7 am Elektrogerät ausgeführt.In addition, there is also adigital display 7 on the electrical appliance.

In einer ersten Ausführung wird mit dem Zeiger bei unveränderlicher Zeigerlänge nur die Reaktanzabweichung von einem vorgegebenen Sollwert angezeigt. Somit zeigt die Winkelstellung des Zeigers die Reaktanzabweichung an. In einer anderen Ausführung wird zusätzlich die Zeigerlänge entsprechend dem Betrag der Differenz zwischen der bestimmten Impedanz und einer vorgegebenen Soll-Impedanz angezeigt.In a first embodiment, with the pointer at fixed pointer length, only the reactance deviation from a predetermined target value is displayed. Thus, the angular position of the pointer indicates the reactance deviation. In another embodiment, the pointer length is additionally displayed according to the amount of the difference between the determined impedance and a predetermined target impedance.

Das Elektrogerät5 umfasst nicht nur die Signalelektronik und die Anzeigeeinheit sondern auch den Wechselrichter1 samt Vierpol.Theelectrical appliance 5 includes not only the signal electronics and the display unit but also theinverter 1 including quadrupole.

Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Elektrogerät5 als Einspeisesteller für die Primärleiteranordnung eines Systems zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil ausgeführt und die Anpassung der Anpass-KapazitätjX_Korr ist abhängig von der Anzeige manuell ausführbar oder in Weiterbildung automatisiert. Bei automatisierter Anpassung dient die Anzeige zur Qualitätskontrolle und zur Detektion von Störungen, wie beispielsweise Eindringen großer metallischer Objekte in den Raumbereich der induktiven Übertragung. In this way, the electrical device according to theinvention 5 designed as feed-in for the primary conductor arrangement of a system for inductive energy transmission to a handset and the adaptation of the matching capacity jX_Korr depends on the display manually executable or automated in further education. In the case of automated adaptation, the display serves for quality control and for the detection of disturbances, such as, for example, penetration of large metallic objects into the spatial area of the inductive transmission.

Das Mobilteil weist an seiner Unterseite eine Sekundärwicklung auf, welche induktiv koppelbar ist an einen jeweiligen Primärleiterabschnitt. Der Sekundärwicklung des Mobilteils ist eine Kapazität des Mobilteils parallel und/oder in Reihe zugeschaltet, wobei die Kapazität derart dimensioniert ist, dass die Resonanzfrequenz des so entstandenen Schwingkreises der Frequenz des in die Primärleiteranordnung eingeprägten Stromes entspricht.The mobile part has on its underside on a secondary winding, which is inductively coupled to a respective primary conductor section. The secondary winding of the handset is a capacity of the handset in parallel and / or connected in series, wherein the capacitance is dimensioned such that the resonant frequency of the resulting resonant circuit corresponds to the frequency of the impressed in the primary conductor arrangement current.

Vorzugsweise ist innerhalb des Schwingkreises eine steuerbare Induktivität der Sekundärwicklung in parallel oder in Reihe zugeschaltet, so dass die Resonanzfrequenz sekundärseitig fein abstimmbar ist auf die primärseitig eingeprägte Frequenz.Preferably, a controllable inductance of the secondary winding is connected in parallel or in series within the resonant circuit, so that the resonant frequency on the secondary side is finely tuned to the frequency impressed on the primary side.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt des Vierpols aus1 ein anderer als Gyrator wirksamer Vierpol verwendet, so dass also wiederum das eingangsseitige spannungsquellenartige Verhalten in ein ausgangsseitiges stromquellenartiges Verhalten umgesetzt wird, indem die Induktivität und Kapazität auf Resonanz abgestimmt wird.In further embodiments of the invention, instead of the quadrupole from 1 another quadripole effective as a gyrator is used, so that, in turn, the input side voltage source type behavior is converted into an output side current source type behavior by tuning the inductance and capacitance to resonance.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird statt des Effektivwertes der Spitzenwert oder ein entsprechender Wert vom Mittel4 bestimmt und verwendet.In a further embodiment according to the invention, the peak value or a corresponding value of the mean is used instead of theeffective value 4 determined and used.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Anpass-KapazitätjX_Korr steuerbar ausgeführt, so dass ein automatisierter Abgleich ermöglicht ist. Hierzu sind elektronische Halbleiterschalter vorhanden, mit denen weitere Kapazitäten zur Anpass-KapazitätjX_Korr parallel und/oder in Reihe hinzuschaltbar sind. Somit ist zumindest ein gestuftes Anpassen an die Resonanzbedingung ermöglicht. Mittels dieser steuerbaren Induktivität ist also ein vorgegebener Frequenzberiech als Resonanzfrequenz einstellbar, wobei der von der primärseitig in der analogen Anzeige6 gekennzeichnete Gutbereich auf diesen Frequenzbereich angepasst ist.In a further embodiment of the invention, the matching capacitance jX_Korr run controllable, so that an automated adjustment is possible. For this purpose, electronic semiconductor switches are available, with which further capacity for matching capacity jX_Korr parallel and / or in series hinzuschaltbar. Thus, at least a stepped adaptation to the resonance condition is made possible. By means of this controllable inductance, therefore, a predetermined frequency range can be set as the resonant frequency, with that of the primary side in the analogue display 6 marked good range is adapted to this frequency range.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Wechselrichterinverter

22

Rechnereinheitcomputer unit

33

Mittel zur Detektion des NulldurchgangsMeans for detecting the zero crossing

44

Mittel zur Bestimmung des EffektivwertsMeans for determining the RMS value

55

Elektrogerätelectrical appliance

66

Anzeige, insbesondere analogDisplay, especially analog

77

Anzeige, insbesondere digitalDisplay, especially digital

U_aU_A

Spannung am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 1Voltage at the AC-side connection of theinverter 1

I_ai_a

Strom aus wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters 1Current from the AC-side connection of theinverter 1

L_gL_g

Induktivität des VierpolsInductance of the quadrupole

C_gc_g

Kapazität des VierpolsCapacity of the quadrupole

U_cgU_cg

Spannung am ausgangsseitigen Anschluss des GyratorsVoltage at the output side of the gyrator

jX_KorrjX_Korr

Anpass-KapazitätFitting capacity

jX_LjX_L

Streckenimpedanztrack impedance

R_LR_r

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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• US 2012/0184338 A1 [0003]US 2012/0184338 A1 [0003]
• DE 102006022223 A1 [0004]DE 102006022223 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

• Hewlett-Packard Co.: „Rapid, Direct, Measurement of Complex Impedancein a Circuit / Methods of Measuring Impedance“, Hewlett-Packard Journal, Ausgabe: Januar 1967 [0006]Hewlett-Packard Co .: "Rapid, Direct, Measurement of Complex Impedance in a Circuit / Methods of Measuring Impedance", Hewlett-Packard Journal, January 1967 issue [0006]

Claims (12)

Translated fromGerman

System zur induktiven Energieübertragung an ein Mobilteil,wobei das System ein Elektrogerät mit Anzeigeeinheit aufweist, welches einen Wechselrichter aufweist, wobei die am wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters bereit gestellte Spannung den Eingang eines Vierpols speist, von dessen Ausgang ein Strom in eine Primärleiteranordnung eingeprägt wird,dadurch gekennzeichnet, dasseine Signalelektronik des Elektrogeräts ein Mittel zur Erfassung der Nulldurchgänge des Stromes und zur Erfassung der Nulldurchgänge der am Ausgang des Vierpols anliegenden Spannung aufweist,wobei die Signalelektronik ein Mittel zur Erfassung des Effektivwertes oder Spitzenwertes des Stromes und zur Erfassung des Effektivwertes oder Spitzenwertes der am Ausgang des Vierpols anliegenden Spannung aufweist,wobei die Mittel mit einer Rechnereinheit verbunden sind, welche den Istwert der Impedanz der Primärleiteranordnung bestimmt und die Differenz zwischen dem Istwert und einem Sollwert, insbesondere Impedanzsollwert,wobei die Rechnereinheit ein die Differenz darstellendes Steuersignal der Anzeigeeinheit zuführt, welche die Differenz anzeigt, insbesondere mittels eines Zeigers, dessen Drehstellung und Länge vom Steuersignal gesteuert wird.A system for inductive energy transfer to a handset, wherein the system comprises an electrical device with display unit, comprising an inverter, wherein the provided on the AC voltage side terminal of the inverter detected voltage feeds the input of a quadripole, from whose output a current is impressed in a primary conductor arrangement,characterized characterized in that a signal electronics of the electrical appliance has a means for detecting the zero crossings of the current and for detecting the zero crossings of the applied voltage at the output of the quadrupole, the signal electronics being a means for detecting the RMS or peak value of the current and for detecting the rms value or peak value of the The voltage applied to the output of the quadrupole, wherein the means are connected to a computer unit which determines the actual value of the impedance of the primary conductor arrangement and the difference between the actual value and a desired value, in special impedance setpoint, wherein the computer unit feeds a differential representing control signal of the display unit, which indicates the difference, in particular by means of a pointer whose rotational position and length is controlled by the control signal.System nachAnspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dassdie Anzeigeeinheit als analoges Anzeigemittel fungiert,insbesondere wobei die Anzeigeeinheit die Differenz auch digital anzeigt, also auch als digitales Anzeigemittel fungiert.System after Claim 1 ,characterized in that the display unit acts as an analog display means, in particular wherein the display unit also displays the difference digitally, thus also functioning as a digital display means.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dassdie Primärleiteranordnung aus einer Reihenschaltung aus einer Anpass-Kapazität, Primärleiterabschnitten und Kapazitäten besteht,insbesondere wobei die Primärleiterabschnitte und Kapazitäten aufeinander folgend und/oder einander abwechselnd angeordnet sind, insbesondere zur Spannungserniedrigung.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the primary conductor arrangement consists of a series circuit of a matching capacitance, primary conductor sections and capacitors, in particular wherein the primary conductor sections and capacitances are arranged successively and / or alternately, in particular for voltage reduction.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einen Gutbereich aufweist, insbesondere wobei die Begrenzung des Gutbereichs der Stellgrenze einer steuerbaren Induktivität des Mobilteils entspricht.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the display unit has a good range, in particular wherein the limitation of the good range of the adjustment limit corresponds to a controllable inductance of the mobile part.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit der Signalelektronik des Elektrogeräts die steuerbaren Halbleiterschalter des Wechselrichters ansteuert.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the computer unit of the signal electronics of the electrical appliance controls the controllable semiconductor switches of the inverter.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dassder Vierpol eine zwischen den Polen seines ausgangsseitigen Anschlusses angeordnete Kapazität aufweistund eine zwischen einem ersten Pol seines eingangsseitigen Anschlusses, welcher mit dem wechselspannungsseitigen Anschluss des Wechselrichters verbunden ist, und einem ersten Pol seines ausgangsseitigen Anschlusses eine Induktivität angeordnet ist,insbesondere wobei der zweite Pol des eingangsseitigen Anschlusses und der zweite Pol des ausgangsseitigen Anschlusses miteinander elektrisch direkt verbunden sind.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the quadrupole has a capacitor arranged between the poles of its output-side terminal and one between a first pole of its input-side terminal, which is connected to the AC-side terminal of the inverter, and a first pole of its output side Connection, an inductance is arranged, in particular wherein the second pole of the input-side terminal and the second pole of the output-side terminal are electrically connected to each other directly.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit einen Zeiger anzeigt, dessen Drehstellung den Betrag des Imaginärteils der Impedanz, also Reaktanz, anzeigt.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the display unit displays a pointer whose rotational position indicates the amount of the imaginary part of the impedance, ie reactance.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dassdie Länge des angezeigten Zeigers unveränderlich istoder dassdie Länge des angezeigten Zeigers den Betrag der Impedanz darstellt.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the length of the displayed pointer is fixed or that the length of the displayed pointer represents the amount of impedance.System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dassdas Mobilteil an seiner Unterseite eine Sekundärwicklung aufweist, welche induktiv koppelbar ist an einen jeweiligen Primärleiterabschnitt der Primärleiteranordnung,insbesondere wobei der Sekundärwicklung des Mobilteils eine Kapazität des Mobilteils parallel und/oder in Reihe zugeschaltet ist, wobei die Kapazität derart dimensioniert ist, dass die Resonanzfrequenz des so entstandenen Schwingkreises der Frequenz des in die Primärleiteranordnung eingeprägten Stromes entspricht.System according to at least one of the preceding claims,characterized in that the mobile part has on its underside a secondary winding which is inductively coupled to a respective primary conductor portion of the primary conductor arrangement, in particular wherein the secondary winding of the handset is connected in parallel and / or in series a capacity of the mobile part , wherein the capacitance is dimensioned such that the resonant frequency of the resulting resonant circuit corresponds to the frequency of the current impressed into the primary conductor arrangement.Verfahren zum Betreiben eines Elektrogeräts, insbesondere für ein System nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche,wobei die von einem Wechselrichter bereit gestellte Wechselspannung der Eingangsseite eines Vierpols zugeführt wird, dessen Ausgangsseite eine Primärleiteranordnung speist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Zeitpunkte der Nulldurchgänge der an der Ausgangsseite anliegenden Spannung unddie Zeitpunkte der Nulldurchgänge des aus der Ausgangsseite in die Primärleiteranordnung eingeprägten Stromes erfasst werdenund die Effektivwerte oder Spitzenwerte der der an der Ausgangsseite anliegenden Spannung und des aus der Ausgangsseite in die Primärleiteranordnung eingeprägten Stromes erfasst werden,aus den Zeitpunkten und den Effektivwerten die Impedanz der Primärleiteranordnung bestimmt wird,wobei die Differenz zwischen der Impedanz und einem Soll-Impedanz bestimmt wird,wobei die Differenz, insbesondere der Betrag des Imaginärteils der Differenz, also Reaktanz, angezeigt wird.Method for operating an electrical appliance, in particular for a system according to at least one of the preceding claims, wherein the AC voltage provided by an inverter is fed to the input side of a quadrupole, the output side of which feeds a primary conductor arrangement,characterized in that the times of the zero crossings are those at the output side applied voltage and the times of the zero crossings of the current impressed from the output side into the primary conductor arrangement are detected and the rms values or peak values of the voltage applied to the output side and the current impressed from the output side into the primary conductor arrangement are detected, from the times and the rms values the impedance of the primary conductor arrangement is determined, wherein the difference between the impedance and a desired impedance is determined, wherein the difference, in particular the amount of the imaginary part of the difference, that is, reactance, is displayed.Verfahren nachAnspruch 9,dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz durch einen Zeiger angezeigt wird, dessen Länge den Betrag der Differenz anzeigt und/oder dessen Drehstellung den Imaginärteil der Differenz, also Reaktanz, anzeigt.Method according to Claim 9 ,characterized in that the difference is indicated by a pointer whose length indicates the amount of the difference and / or whose rotational position indicates the imaginary part of the difference, ie reactance.Verfahren nachAnspruch 9 oder10,dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz durch einen Zeiger angezeigt wird, dessen Drehstellung den Imaginärteil der Differenz, also Reaktanz, anzeigt.Method according to Claim 9 or 10 ,characterized in that the difference is indicated by a pointer whose rotational position indicates the imaginary part of the difference, ie reactance.

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