DE69834537T2

DE69834537T2 - Einrichtung zur berührungslosen Energieübertragung

Info

Publication number: DE69834537T2
Application number: DE69834537T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kumamoto-shi Sakamoto; Hideaki Neyagawa-shi ABE
Original assignee: HIROSHI SAKAMOTO KUMAMOTO; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: HIROSHI SAKAMOTO KUMAMOTO; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: EP0923182A3; JPH11178249A; DE69834537D1; CN1110117C; EP0923182B1; CN1224942A; EP0923182A2; US6040986A; JP3247328B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kontakt- oder berührungslos arbeitende Energieübertragungseinrichtung für elektrische Geräte, die sich z.B. für ein Batterie-Ladegerät oder für eine Verwendung in feuchter Umgebung wie in einem Badezimmer eignet.
In Betracht gezogener Stand der Technik
Es ist bereits eine weit verbreitete kontaktlose Energieübertragungseinrichtung bekannt, bei der eine Energieversorgungseinheit mit einer Energieübertragungs-Primärspule und eine Verbrauchereinheit mit einer Energieübertragungs-Sekundärspule separat vorgesehen sind, wobei bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit eine magnetische Kopplung der Primärspule und der Sekundärspule erfolgt und durch elektromagnetische Induktion Energie von der selbsterregten Energieversorgungseinheit zu der Verbrauchereinheit übertragen wird. Diese kontaktlose Energieübertragungseinrichtung findet bei elektrischen Geräten Verwendung, die insbesondere in feuchter Umgebung bzw. feuchten Räumen Verwendung finden.
Bei einer solchen kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung wird die selbsterregte Schwingung der Energieversorgungseinheit vorzugsweise unterbrochen oder zumindest abgeschwächt, wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist. Wenn sich nämlich die selbsterregte Schwingung fortsetzt, obwohl die Verbrauchereinheit nicht mehr an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, kann dies zum Auftreten einer hohen Verlustleistung in der Energieversorgungseinheit und damit zu Energieverlusten führen, wenn sich z.B. ein Stück Metall in der Nähe der Energieversorgungseinheit befindet und dann durch einen Induktionsheizvorgang erwärmt wird.
Zur Behebung dieses Problems ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer solchen kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung außer den Energieübertragungsspulen zusätzlich zwei Signalübertragungsspulen vorzusehen. Wenn hierbei die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist und über die beiden Energieübertragungsspulen der Energieversorgungseinheit und der Verbrauchereinheit durch elektromagnetische Induktion mit Energie versorgt wird, dient diese Energie gleichzeitig auch zur Ansteuerung einer Steuerschaltung der Verbrauchereinheit. Mit Hilfe der beiden Signalspulen wird dann ein von der Steuerschaltung abgegebenes Steuersignal von der Verbrauchereinheit zu der Energieversorgungseinheit rückgekoppelt. Durch das auf diese Weise rückgekoppelte Steuersignal wird dann der Schwingungsvorgang unter Erfassung der Verbrauchereinheit gesteuert (japanische Patentschrift Hei. 6-311 658).
Bei dem aus der japanischen Patentschrift Hei. 6-311 658 bekannten Gerät müssen jedoch zusätzlich eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Verbrauchereinheit sowie eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Schwingungsvorgangs vorgesehen werden, was zu einer unerwünscht aufwendigen Schaltungsanordnung und damit zu hohen Herstellungskosten führt.
Weiterhin ist aus der japanischen Patentschrift Hei. 6-1 768 464 eine kontaktlose Energieübertragungseinrichtung mit einer relativ einfach aufgebauten Schaltungsanordnung bekannt, bei der im Falle eines Zwischenraums zwischen der Energieversorgungseinheit und der Verbrauchereinheit eine synchrone Steuerung der Resonanzfrequenz der Verbrauchereinheit und der Schwingungsfrequenz der Energieversorgungseinheit erfolgt. Wenn somit die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, setzt sich auch bei dieser Einrichtung der Schwingungsvorgang in der Energieversorgungseinheit fort, womit sich diese Einrichtung wesentlich von derjenigen unterscheidet, bei der die Verbrauchereinheit zur Unterbrechung oder Abschwächung des Schwingungsvorgangs erfasst wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung des Standes der Technik ist somit ersichtlich, dass ein erheblicher Bedarf in Bezug auf eine kontaktlose Energieübertragungseinrichtung besteht, bei der mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung der Schwingungsvorgang in der Energieversorgungseinheit unterbrochen oder abgeschwächt werden kann, wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile von kontaktlosen Energieübertragungseinrichtungen des Standes der Technik zu beheben und hierbei insbesondere eine kontaktlose Energieübertragungseinrichtung mit einem neuartigen selbsterregten Rückkopplungskreis und einer einfach aufgebauten Schaltungsanordnung anzugeben, bei der die selbsterregte Schwingung in der Energieversorgungseinheit herabgesetzt wird, wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine kontaktlose Energieübertragungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Wenn somit die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, wird der erste Kondensator über den Anlasswiderstand von der Spannungsquelle aufgeladen und die durch die Ladespannung erhaltene Vorspannung dem Steueranschluss des Schaltelements zu dessen Durchschaltung zugeführt. Durch die auf diese Weise erfolgende Durchschaltung des Schaltelements wird in der Energieübertragungs-Primärspule eine Spannung induziert. Durch diese Induktionsspannung wird dann eine Spannung in der Signalübertragungs-Primärspule induziert, die elektrisch oder magnetisch mit der Energieübertragungs-Sekundärspule gekoppelt ist. Auf Grund der auf diese Weise induzierten Spannung wird wiederum eine Spannung in der mit der Signalübertragungs-Primärspule magnetisch gekoppelten Signalübertragungs-Sekundärspule der Energieversorgungseinheit induziert. Die Signalübertragungs-Sekundärspule ist hierbei als Rückkopplungsspule elektrisch mit dem Steueranschluss des Schaltelements verbunden, wobei die Energieübertragungs-Primärspule, die Energieübertragungs-Sekundärspule, die Signalübertragungs-Primärspule und die Signalübertragungs-Sekundärspule den Rückkopplungskreis eines selbsterregten Schwingkreises bilden, wodurch eine kontinuierliche Umschaltung des Spulenstroms über das Schaltelement erfolgt.
Wenn dagegen die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, ist die Signalübertragungs-Sekundärspule auch beim Fließen eines Stroms zum Durchschalten des Schaltelements in der Energieübertragungs-Primärspule weder elektrisch, noch magnetisch mit der Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt, wobei die Energieübertragungs-Primärspule, die Energieübertragungs-Sekundärspule, die Signalübertragungs-Primärspule und die Signalübertragungs-Sekundärspule in diesem Falle nicht den Rückkopplungskreis eines selbsterregten Schwingkreises bilden. Auf diese Weise wird daher in der Rückkopplungsspule, d.h., der Signalübertragungs-Sekundärspule, keine Spannung induziert. Das Schaltelement wird somit nur dann durchgeschaltet, wenn die durch Aufladung des Kondensators der Vorspannungsschaltung über den Anlasswiderstand erhaltene Vorspannung die Schwellenspannung des Schaltelements erreicht. Auf diese Weise erfolgt die Umschaltung des Spulenstroms durch das Schaltelement nur intermittierend.
Wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, wird somit die Stärke der selbsterregten Eigenschwingung mit Hilfe einer einfach aufgebauten Schaltungsanordnung herabgesetzt.
Vorzugsweise umfasst die Verbrauchereinheit eine mit der Signalübertragungs-Primärspule verbundene Steuerschaltung zur Steuerung des Spannungspegels der Signalübertragungs-Primärspule.
Wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, wird somit der Spannungspegel der Signalübertragungs-Primärspule und damit der Induktionsspannungspegel der als Rückkopplungsspule wirkenden Signalübertragungs-Sekundärspule der Energieversorgungseinheit gesteuert. Durch Anhebung des Induktionsspannungspegels wird z.B. der Schwingungspegel angehoben, sodass sich auf diese Weise die Schwingung des selbsterregten Schwingkreises steuern lässt.
Vorzugsweise umfasst die Energieversorgungseinheit einen der Energieübertragungs-Primärspule parallel geschalteten zweiten Kondensator.
Der der Energieübertragungs-Primärspule parallel geschaltete zweite Kondensator bildet hierbei einen Resonanzkreis, sodass bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit die selbsterregte Eigenschwingung mit hohem Wirkungsgrad erfolgt.
Weiterhin können die Signalübertragungs-Sekundärspule außerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule und die Signalübertragungs-Primärspule derart angeordnet sein, dass sie der Signalübertragungs-Sekundärspule gegenüberliegt, wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist.
Wenn die Signalübertragungs-Sekundärspule außerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule angeordnet ist, wird die Schaltungsanordnung auf einfache Weise realisiert, indem die Signalübertragungs-Sekundärspule weder elektrisch noch magnetisch mit der Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt ist. Wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, ist jedoch die Signalübertragungs-Primärspule gegenüber der Signalübertragungs-Sekundärspule angeordnet, sodass bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit die Signalübertragungs- Primärspule und die Signalübertragungs-Sekundärspule durch eine einfach aufgebaute Schaltungsanordnung magnetisch miteinander gekoppelt werden.
Darüber hinaus kann die Signalübertragungs-Sekundärspule auch innerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule angeordnet sein, während die Signalübertragungs-Primärspule derart angeordnet sein kann, dass sie der Signalübertragungs-Sekundärspule gegenüberliegt, wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist.
Wenn die Signalübertragungs-Sekundärspule innerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule angeordnet ist, wird die Schaltungsanordnung auf einfache Weise realisiert, indem die Signalübertragungs-Sekundärspule weder elektrisch noch magnetisch mit der Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt ist. Bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit wird die Signalübertragungs-Primärspule jedoch gegenüber der Signalübertragungs-Sekundärspule angeordnet, sodass in diesem Zustand die Signalübertragungs-Primärspule und die Signalübertragungs-Sekundärspule mit Hilfe einer einfach aufgebauten Schaltungsanordnung magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Schaltbild einer kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
2A eine auseinandergezogene Darstellung von Spulen in einer Energieversorgungseinheit und einer Verbrauchereinheit,
2B eine schematische Darstellung der zusammengebauten Spulen,
3 eine schematische Schnittansicht der Spulen in der Energieversorgungseinheit und der Verbrauchereinheit in Verbindung mit dem magnetischen Induktionsfluss,
4 Signalverläufe an verschiedenen Punkten der Energieversorgungseinheit, wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist,
5 Signalverläufe an verschiedenen Punkten der Energieversorgungseinheit, wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist,
6 ein Schaltbild eines modifizierten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung,
7 ein Schaltbild eines modifizierten dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung,
8A und 8B schematische Darstellungen eines vierten modifizierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung, wobei 8A eine auseinandergezogene Darstellung von Spulen in der Stromversorgungseinheit und der Verbrauchereinheit und 8B die Spulen im zusammengebauten Zustand veranschaulichen,
9 eine schematische Schnittansicht der Spulen gemäß 8B in der Energieversorgungseinheit und der Verbrauchereinheit in Verbindung mit dem magnetischen Induktionsfluss, und
10 ein Schaltbild eines modifizierten fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Schaltbild einer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung, während die 2A und 2B die Anordnung von Spulen einer Energieversorgungseinheit und einer Verbrauchereinheit veranschaulichen.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst das erfindungsgemäße Gerät eine separate Energieversorgungseinheit 10 und eine separate Verbrauchereinheit 20, die abnehmbar an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist.
Zunächst wird der Aufbau der Energieversorgungseinheit 10 näher beschrieben. Die Energieversorgungseinheit 10 umfasst eine Gleichspannungsquelle E1 sowie eine Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und bildet einen selbsterregten Resonanzwechselrichter der Klasse C. Wenn die Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, wird sie von der Energieversorgungseinheit 10 durch elektromagnetische Induktion mit Energie versorgt.
Die Gleichspannungsquelle E1 und ein Stromversorgungsschalter S1 bilden eine Reihenschaltung, der eine aus einem Anlasswiderstand R1 und einem Kondensator C1 bestehende weitere Reihenschaltung parallel geschaltet ist, die eine Vorspannungsschaltung bildet, bei der am Verbindungspunkt des Anlasswiderstands R1 mit dem Kondensator C1 eine von der Ladespannung des Kondensators C1 gebildete Vorspannung V_C1 erzeugt wird.
Außerdem ist der von der Gleichspannungsquelle E1 und dem Stromversorgungsschalter S1 gebildeten Reihenschaltung eine weitere Reihenschaltung aus der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und einem Schaltelement FET1 parallel geschaltet, wobei der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 wiederum ein Kondensator C2 parallel geschaltet ist und auf diese Weise ein Resonanzkreis gebildet wird.
Eine auch als Rückkopplungsspule dienende Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 ist zwischen den den Erzeugungspunkt der Vorspannung V_C1 bildenden Verbindungspunkt des Anlasswiderstands R1 mit dem Kondensator C1 und die Steuerelektrode des Schaltelements FET1 geschaltet.
Der vorstehend beschriebene Resonanzkreis, das Schaltelement FET1 und die Signalübertragungs-Primärspule Nf2 bilden hierbei einen selbsterregten Schwingkreis.
Die Anode einer Diode D1 ist mit dem Verbindungspunkt des Anlasswiderstands R1 und des Kondensators C1 verbunden, während die Kathode der Diode D1 mit dem Drainbereich des Schaltelements FET1 verbunden ist, sodass mit Hilfe der Diode D1 eine schwingungsstabilisierende Vorspannungssteuerschaltung gebildet wird.
Nachstehend wird auf den Aufbau der Verbrauchereinheit 20 näher eingegangen. Die Verbrauchereinheit 20 umfasst eine Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2, eine Signalübertragungs-Primärspule Nf1, eine Gleichrichterschaltung 21 sowie einen Verbraucher 22.
Die Gleichrichterschaltung 21 dient hierbei zur Gleichrichtung einer in der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 durch elektromagnetische Induktion induzierten Spannung. Der Verbraucher 22 wird von einem Elektromotor oder dergleichen gebildet und mit Hilfe der von der Gleichrichterschaltung 21 gleichgerichteten Spannung angetrieben.
Die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 ist der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 parallel geschaltet, sodass die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 elektrisch mit der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 verbunden ist. Wenn somit in der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 eine Spannung induziert wird, wird auch in der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 eine Spannung induziert.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 2A und 2B auf Anordnung und Aufbau der Spulen näher eingegangen. Die Energieversorgungseinheit 10 und die Verbrauchereinheit 20 umfassen z.B. eine (nicht dargestellte) Führungsstruktur, sodass die Verbrauchereinheit in gleichbleibender bzw. regelmäßiger Anordnung an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht werden kann.
Die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 der Energieübertragungseinrichtung 10 und die Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 der Verbrauchereinheit 20 sind derart angeordnet, dass sie sich bei Anbringung der Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 gegenüberliegen.
Wie in 2A veranschaulicht ist, ist die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 der Energieversorgungseinheit 10 innerhalb eines Transformatortopfkerns K1 angeordnet, während die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 außerhalb des Transformatortopfkerns K1 und damit außerhalb des von der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 gebildeten magnetischen Induktionskreises und auch außerhalb des von dem aus der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 bestehenden Transformator gebildeten magnetischen Induktionskreises angeordnet ist, wie dies in 3 veranschaulicht ist.
Die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 der Verbrauchereinheit 20 ist derart angeordnet, dass sie bei Anbringung der Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieübertragungseinrichtung 10 gegenüberliegt und damit außerhalb eines Transformatortopfkerns K2 angeordnet ist, in dem die Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 in der in 2A veranschaulichten Weise angeordnet ist.
Die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 ist somit außerhalb des von dem aus der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 bestehenden Transformator gebildeten magnetischen Induktionskreises angeordnet, sodass auf Grund der Aufhebung der magnetischen Induktionsflüsse in der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 in der in 3 veranschaulichten Weise kein magnetischer Induktionsfluss auftritt. Durch den von der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 gebildeten magnetischen Induktionsfluss wird somit in der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 keine Quellenspannung (EMK) induziert, d.h., die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 und die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 sind weder elektrisch noch magnetisch miteinander gekoppelt bzw. die zwischen ihnen vorhandene Kopplung ist nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß vorhanden (das vom Ausmaß des magnetischen Leckflusses abhängt).
Wenn dagegen die Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, besteht zwischen der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 eine magnetische Kopplung, während die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 mit der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 magnetisch gekoppelt ist.
Nachstehend werden Betrieb und Wirkungsweise der Energieübertragungseinrichtung unter Bezugnahme auf die 1 und 4 für den Fall näher beschrieben, dass die Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist. 4 zeigt hierbei den Verlauf von Signalen in verschiedenen Bereichen der Energieversorgungseinheit im Anbringungszustand der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit.
Wenn der Stromversorgungsschalter S1 eingeschaltet wird, wird der Kondensator C1 über den Anlasswiderstand R1 von der Gleichspannungsquelle E1 aufgeladen. Hierbei tritt in der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 keine Spannung auf, sodass die Gate-Spannung V_g des Schaltelements FET1 gleich der Vorspannung V_C1 ist.
Wenn die Gate-Spannung V_g auf eine zum Durchschalten des Schaltelements FET1 erforderliche Schwellenspannung ansteigt, wird das Schaltelement FET1 durchgeschaltet, wodurch die Drain-Spannung V_d im wesentlichen dem Massepotential entspricht. Hierbei ist die Resonanzspannung V_C2 des Kondensators C2 im wesentlichen gleich der von der Gleichspannungsquelle E1 abgegebenen Spannung, wobei ein gleichmäßig ansteigender Spulenstrom I_L1 über die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 der Energieversorgungseinheit 10 zu fließen beginnt.
Wenn der Spulenstrom I_L1 über die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 der Energieversorgungseinheit 10 fließt, wird durch elektromagnetische Induktion in der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 der Verbrauchereinheit 20 eine Spannung induziert, wodurch wiederum eine Spannung in der elektrisch verbundenen Signalübertragungs-Primärspule Nf1 der Verbrauchereinheit 20 induziert wird.
Durch die auf diese Weise induzierte Spannung wird durch elektromagnetische Induktion eine Spannung V_nf2 in der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 induziert, die mit der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 der Verbrauchereinheit 20 magnetisch gekoppelt ist. Hierbei ist die Gate-Spannung V_g durch V_C1 + V_nf2 gegeben, sodass sich das Schaltelement FET1 stabil im durchgeschalteten Zustand befindet.
Da die Drain-Spannung V_d im wesentlichen dem Massepotential entspricht, wird andererseits der Kondensator C1 über die Diode D1 und den Einschaltwiderstand des Schaltelements FET1 entladen, sodass die Vorspannung V_C1 abfällt. Da der Entladungsstrom von dem Widerstand des Stromkreises abhängt, über den dieser Strom fließt, wird ein Widerstandselement mit der Diode D1 in Reihe geschaltet, wenn eine Verlängerung der Entladungszeit erforderlich ist.
Bei der Entladung des Kondensators C1 nimmt die Vorspannung V_C1 allmählich ab, was zur Folge hat, dass auch die Gate-Spannung V_g allmählich abfällt. Wenn die Gate-Spannung V_g auf die zum Sperren des Schaltelements FET1 erforderliche Schwellenspannung abgefallen ist, setzt ein Anstieg des Einschaltwiderstands des Schaltelements FET1 ein, wodurch die Drain-Spannung V_d ansteigt.
Mit steigender Drain-Spannung V_d nehmen die Resonanzspannung V_C2 des Kondensators C2 und damit der über die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 fließende Strom I_L1 ab. Demzufolge fällt auch die Induktionsspannung der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 ab, wodurch wiederum die Spannung an der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 abfällt. Dies hat zur Folge, dass die Induktionsspannung V_nf2 der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 abzufallen beginnt, wodurch wiederum die Gate-Spannung V_g weiter abfällt, sodass das Schaltelement FET1 schnell in den Sperrzustand versetzt wird.
Der Verlauf der Resonanzspannung V_C2 des Kondensators C2 nimmt somit auf Grund der von dem Kondensator C2 und der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 hervorgerufenen Resonanzwirkung eine Sinusform an, sodass auch der über die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 fließende Spulenstrom I_L1 einen Sinusverlauf annimmt.
Während der Zeitdauer, bei der die Drain-Spannung V_d größer als die Vorspannung V_C1 ist, wird die Aufladung des Kondensators C1 durch die Drain-Spannung V_d zwar über die Diode D1 unterbunden, jedoch steigt die Vorspannung V_C1 an, da ständig der Ladestrom von der Gleichspannungsquelle E1 über den Anlasswiderstand R1 zum Kondensator fließt.
Am Ende einer Periode erreichen die Resonanzspannung V_C2 des Kondensators C2 und die Drain-Spannung V_d annähernd Massepotential, wobei die Spannung V_nf2 der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 in dem von der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2, der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 und der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 gebildeten Rückkopplungskreis auf Grund der Induktionsspannung der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 ansteigt. Hierdurch steigt wiederum die Gate-Spannung V_g an, sodass das Schaltelement FET1 erneut durchgeschaltet wird.
Diese Vorgänge wiederholen sich in Form einer kontinuierlichen Schwingung, sodass der Verbrauchereinheit 20 von der Energieversorgungseinheit 10 Energie zugeführt wird.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 5 auf Betrieb und Wirkungsweise der Energieübertragungseinrichtung näher eingegangen, wenn die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist.
Wenn der Stromversorgungsschalter S1 eingeschaltet wird, wird der Kondensator C1 über den Anlasswiderstand R1 von der Gleichspannungsquelle E1 ähnlich wie im Falle der Anbringung der Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 aufgeladen. Hierbei wird keine Spannung in der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 induziert, sodass die Gate-Spannung V_g des Schaltelements FET1 gleich der Vorspannung V_C1 ist.
Wenn die Gate-Spannung V_g sodann ansteigt und die zum Durchschalten des Schaltelements FET1 erforderliche Schwellenspannung erreicht, wird das Schaltelement FET1 durchgeschaltet, sodass die Drain-Spannung V_d Massepotential annimmt. Hierbei wird die Resonanzspannung V_C2 im wesentlichen gleich der von der Gleichspannungsquelle E1 abgegebenen Spannung, sodass der gleichmäßig ansteigende Spulenstrom I_L1 über die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 der Energieversorgungseinheit 10 fließt.
Da jedoch hierbei die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, wird der die Energieübertragungs-Primärspule Nm1, die Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2, die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 und die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 umfassende Rückkopplungskreis nicht gebildet, sodass in der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 keine Spannung induziert wird.
Auch wenn hierbei eine Durchschaltung des Schaltelements FET1 erfolgt, wird die Vorspannung V_C1 durch die über die Diode D1 erfolgende Entladung sofort herabgesetzt. Somit kann die zur Durchschaltung des Schaltelements FET1 erforderliche Gate-Spannung V_g nicht aufrecht erhalten werden, sodass das Schaltelement FET1 sofort gesperrt wird, d.h., die Resonanzspannung V_C2 fällt in der in 5 dargestellten Weise in Form einer gedämpften Schwingung ab.
Der Kondensator C1 wird jedoch von der Gleichspannungsquelle E1 über den Anlasswiderstand R1 aufgeladen. Die Schwingung wird daher unterbrochen, bis die Vorspannung V_C1 auf die zur Durchschaltung des Schaltelements FET1 erforderliche Gate-Spannung V_g angestiegen ist. Wenn die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, erfolgt die Schwingung in der Energieversorgungseinheit 10 somit in Form einer intermittierenden Schwingung.
Wie vorstehend beschrieben, verläuft der Rückkopplungskreis des selbsterregten Schwingkreises von der Energieversorgungseinheit 10 zur Verbrauchereinheit 20. Wenn somit die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, bildet sich auch kein Rückkopplungskreis, sodass die selbsterregte Schwingung der Energieversorgungseinheit 10 die Form einer intermittierenden Schwingung annimmt. Die hierbei in der Energieversorgungseinheit entstehende Verlustleistung kann daher weitgehend vernachlässigt werden. Auch wenn ein metallischer Fremdkörper oder dergleichen in die Nähe der Energieversorgungseinheit 10 gelegt wird, lässt sich eine Erwärmung eines solchen Fremdkörpers auf Grund von Induktionsheizung oder dergleichen verhindern.
Insbesondere kann durch Vorgabe geeigneter Festwerte des Anlasswiderstands R1 und des Kondensators C1 z.B. in Bezug auf eine Schwingungsperiode von 10 μs bei an der Energieversorgungseinheit 10 angebrachter Verbrauchereinheit 20 die intermittierende Periode bei nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebrachter Verbrauchereinheit 20 auf einige 100 Millisekunden (ms) eingestellt werden. Die Werte dieser Perioden sind jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Werte beschränkt, sondern die Festwerte des Anlasswiderstands R1 und des Kondensators C1 können auch auf Werte eingestellt werden, durch die sich die Verlustleistung zur Energieeinsparung verringern lässt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann folgendermaßen modifiziert werden:

(1) Das bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel von einem Feldeffekttransistor gebildete Schaltelement FET1 kann auch durch ein Bauelement wie einen bipolaren Transistor oder andere Schaltelemente ersetzt werden.
(2) Der Schaltungsaufbau der Energieversorgungseinheit 10 und der Verbrauchereinheit 20 kann auch durch eine Schaltungsanordnung ersetzt werden, wie sie in 6 veranschaulicht ist.

In der Energieversorgungseinheit 10 findet hierbei anstelle der vorstehend beschriebenen Gleichspannungsquelle E1 eine Gleichspannungsquelle Verwendung, die von einer Wechselspannungsquelle gespeist wird und einen selbsterregten Wechselrichter 11 der Klasse C sowie eine Oberwellen-Unterdrückungsschaltung 12 zur Unterdrückung hoher Oberwellen umfasst.
Die Oberwellen-Unterdrückungsschaltung 12 besteht aus einem Tiefpassfilter LF, einer Dioden-Gleichrichterbrücke D2 und einem Transformator T1 und dient zur Unterdrückung der Übertragung von hohen Oberwellen von der Energieversorgungseinheit 10 zu der Wechselspannungsquelle AC.
Die Ausgangsspannung des Transformators T1 der Oberwellen-Unterdrückungsschaltung 12 wird von einer Diode D3 gleichgerichtet und von einem Kondensator C3 geglättet, wodurch die Gleichspannungsquelle erhalten wird.
Weiterhin ist in der Verbrauchereinheit 20 im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Steuerschaltung 23 vorgesehen, wobei eine Diode D4 und ein Kondensator C4 die Gleichrichterschaltung 21 und eine Batterie den Verbraucher 22 bilden. Hierbei wird die Induktionsspannung der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 von der Diode D4 in Form einer Einweggleichrichtung gleichgerichtet und sodann von dem Kondensator C4 geglättet, woraufhin die auf diese Weise erhaltene Gleichstromleistung der den Verbraucher 22 bildenden Batterie zugeführt wird.
Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 über die Steuerschaltung 23 elektrisch mit der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 verbunden.
Die Steuerschaltung 23 nimmt eine Steuerung des Spannungspegels der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 in Abhängigkeit von der Induktionsspannung der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 und der Leistung der Batterie 22 vor.
Wenn die Verbrauchereinheit 20 mit der Energieversorgungseinheit 10 gekoppelt ist, wird bei dieser Modifikation von der Steuerschaltung 23 der Spannungspegel der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 und damit auch der in der Rückkopplungsspule, nämlich der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 induzierte Spannungspegel gesteuert, wodurch die Schwingungsvorgänge in der Energieversorgungseinheit 10 von der Verbrauchereinheit 20 gesteuert werden können. Als Steuerschaltung 23 kann hierbei eine Amplitudensteuerschaltung, eine Schwingungsunterbrechungs-Steuerschaltung oder dergleichen Verwendung finden.
Wenn dagegen die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, erfolgt ähnlich wie im vorstehend beschriebenen Fall eine intermittierende Schwingung in der Energieversorgungseinheit 10.

(3) Die Schaltungsanordnung der Energieversorgungseinheit 10 kann auch in der in 7 veranschaulichten Weise ausgestaltet werden.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß 7 ist eine Parallelschaltung aus einer Diode D11 und einem Widerstand R11 zwischen den von dem Kondensator C2 und der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 gebildeten Resonanzkreis und den Drainbereich des Schaltelements FET1 geschaltet.
Die Diode D1 arbeitet hierbei folgendermaßen: Wenn die Anodenspannung der Diode D1 abfällt, während der auf der Seite der Gleichspannungsquelle E1 einsetzende und über die innere Diode des Schaltelements FET1 fließende Regenerierstrom gesperrt wird, geht die Spannung an der Anode der Diode D11 schließlich auf eine negative Spannung über.
Der Widerstand R11 dient zur Verhinderung einer Beeinträchtigung der Aufladung und Entladung einer parasitären Kapazität durch eine in dem Resonanzkreis auf Grund der Einfügung der Diode D11 erzeugte Spannung.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß 7 ist eine Reihenschaltung aus Widerständen R12 und R13 zwischen den Sourcebereich des Schaltelements FET1 und Masse geschaltet, wobei die Gate-Elektrode des Schaltelements FET1 mit der Anode einer Diode D12 und über einen Widerstand R14 mit der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 verbunden ist.
Die Kathode der Diode D12 ist mit dem Kollektor eines Transistors Q1 verbunden, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R12 und R13 verbunden ist, während sein Emitter an Masse liegt.
Bei der Schaltungsanordnung gemäß 7 ist die Diode D1 nicht vorgesehen, wobei die Widerstände R12 bis R14, die Diode D12 und der Transistor Q1 eine Vorspannungssteuerschaltung bilden.
Nachstehend wird auf Betrieb und Wirkungsweise der Schaltungsanordnung bei Verbindung mit der Spannungsquelle näher eingegangen. Der Kondensator C1 wird dann wie im vorstehend beschriebenen Falle über den Anlasswiderstand R1 aufgeladen, sodass die Vorspannung V_C1 ansteigt. Wenn sodann auf Grund der Vorspannung V_C1 die Gate-Spannung V_g die Durchschaltspannung des Schaltelements FET1 übersteigt, wird das Schaltelement FET1 durchgeschaltet, sodass der Spulenstrom I_L1 fließt und hierbei die Drain-Spannung V_d abfällt. An der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 entsteht daher eine Spannung (Potentialdifferenz).
Dies hat zur Folge, dass eine Spannung in der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 der Verbrauchereinheit 20 induziert wird, wodurch (auf Grund der auf diese Weise induzierten Spannung) auch eine Spannung in der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 induziert wird.
Durch die auf diese Weise induzierte Spannung wird durch elektromagnetische Induktion wiederum eine Spannung V_nf2 in der mit der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 der Verbrauchereinheit 20 magnetisch gekoppelten Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 induziert. Hierbei beträgt die Gate-Spannung V_g = V_C1 + V_nf2. sodass sich das Schaltelement FET1 in einem stabilen Durchschaltzustand befindet.
Wenn hierbei die Spannung an den Widerständen R12 und R13 auf Grund des Spulenstroms I_L1 ansteigt, sodass dem Transistor Q1 ein Basisstrom zugeführt wird, wird der Transistor Q1 durchgeschaltet (leitend), sodass die Gate-Spannung V_g des Schaltelements FET1 abfällt und das Schaltelement FET1 gesperrt (nichtleitend) wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei Verbindung der Schaltungsanordnung mit der Spannungsquelle die Einschaltzeit des Schaltelements FET1 erheblich verkürzt. Die auf Grund des Spulenstroms I_L1 gespeicherte Energie wird daher auf einen geeigneten Wert unterdrückt, wodurch wiederum die nach einem Sperren des Schaltelements FET1 auftretenden Gegenspannung unterdrückt werden kann.
Mit Erreichen des stationären bzw. eingeschwungenen Zustands nach der Verbindung der Schaltungsanordnung mit der Spannungsquelle wird das Schaltelement FET1 wieder gesperrt, da der die Vorspannungssteuerschaltung bildende Transistor Q1 durchgeschaltet ist, wobei diese Umschaltung des Schaltelements FET1 wiederholt erfolgt.
Bei dieser Modifikation erfolgt ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Schwingungsvorgang in der Energieversorgungseinheit 10 in Form einer intermittierenden Schwingung, wenn die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, d.h., das modifizierte Ausführungsbeispiel wirkt in der gleichen Weise wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel.

(4) Die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 und die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 der Verbrauchereinheit 20 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel (2A und 2B) können auch in der in den 8A und 8B veranschaulichten Weise angeordnet werden.

Wie in den 8A und 8B veranschaulicht ist, ist hierbei die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 im innersten Bereich des Transformatortopfkerns K1, d.h., innerhalb der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und damit innerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und des von dem aus der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 bestehenden Transformator gebildeten magnetischen Induktionskreises angeordnet, wie dies in 9 veranschaulicht ist.
Die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 der Verbrauchereinheit 20 ist dagegen in einer Position angeordnet, in der sie bei an der Energieversorgungseinheit 10 angebrachter Verbrauchereinheit 20 der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 der Energieversorgungseinheit 10 gegenüberliegt, d.h., sie ist im innersten Bereich des Transformatortopfkerns K2 und damit innerhalb der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 angeordnet.
Auch bei diesem modifizierten Ausführungsbeispiel verläuft somit der von dem aus der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 bestehenden Transformator gebildete magnetische Induktionskreis außerhalb, wobei sich – von der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 her gesehen – die magnetischen Induktionsflüsse gegenseitig aufheben, sodass in der in 9 veranschaulichten Weise kein Induktionsfluss durch die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 hindurch verläuft. Durch den magnetischen Induktionsfluss der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 wird somit keine Quellenspannung bzw. EMK erzeugt, d.h., die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 und die Energieübertragungs-Primärspule Nm1 sind weder elektrisch noch magnetisch miteinander gekoppelt bzw. im Falle einer bestehenden Kopplung liegt ein Koppelzustand nur in einem vernachlässigbaren Ausmaß vor (der lediglich auf magnetischen Leckflüssen beruht).
Wenn dagegen die Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, besteht zwischen der Energieübertragungs-Primärspule Nm1 und der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 eine magnetische Kopplung, wobei auch die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 und die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 magnetisch miteinander gekoppelt sind.
Wenn bei diesem modifizierten Ausführungsbeispiel die Verbrauchereinheit 20 an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, bilden die Energieübertragungs-Primärspule Nm1, die Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2, die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 und die Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 die Rückkopplungsschleife des selbsterregten Schwingkreises, was beinhaltet, dass die Arbeitsweise dieses modifizierten Ausführungsbeispiels dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht.
Wenn die Verbrauchereinheit 20 nicht an der Energieversorgungseinheit 10 angebracht ist, wird dagegen diese Rückkopplungsschleife des selbsterregten Schwingkreises von der Energieübertragungs-Primärspule Nm1, der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2, der Signalübertragungs-Primärspule Nf1 und der Signalübertragungs-Sekundärspule Nf2 nicht gebildet, sodass der Schwingungsvorgang in der Stromversorgungseinheit 10 die Form einer intermittierenden Schwingung annimmt, was beinhaltet, dass das modifizierte Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel wirkt.

(5) Die Schaltungsanordnung der Verbrauchereinheit 20 kann auch in der in 10 veranschaulichten Weise ausgestaltet sein.

Während bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 und die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 elektrisch miteinander verbunden sind, kann nämlich die Signalübertragungs-Primärspule Nf1 mit der Energieübertragungs-Sekundärspule Nm2 auch magnetisch gekoppelt werden, wie dies durch die Schaltungsanordnung gemäß 10 veranschaulicht wird.
Die erfindungsgemäße kontaktlose Energieübertragungseinrichtung umfasst somit die Energieversorgungseinheit mit der Energieübertragungs-Prirnärspule, deren Spulenstrom durch das Schaltelement umgeschaltet wird, sowie die Verbrauchereinheit mit der Energieübertragungs-Sekundärspule, wobei die Energieversorgungseinheit und die Verbrauchereinheit trennbar aneinander angebracht sind. Die Verbrauchereinheit umfasst hierbei die Signalübertragungs-Primärspule, die elektrisch oder magnetisch mit der Energieübertragungs-Sekundärspule gekoppelt ist, während die Energieversorgungseinheit die Signalübertragungs- Sekundärspule umfasst, die mit der Energieübertragungs-Primärspule weder elektrisch noch magnetisch gekoppelt ist, sondern bei Kopplung der Verbrauchereinheit mit der Energieversorgungseinheit mit der Signalübertragungs-Primärspule in magnetischer Kopplung steht und als Rückkopplungsspule mit dem Steueranschluss des Schaltelements elektrisch verbunden ist. Wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, bilden die Energieübertragungs-Primärspule, die Energieübertragungs-Sekundärspule, die Signalübertragungs-Primärspule und die Signalübertragungs-Sekundärspule die Rückkopplungsschleife des selbsterregten Schwingkreises. Wenn somit die Verbrauchereinheit nicht mit der Energieversorgungseinheit gekoppelt ist, ist die Signalübertragungs-Sekundärspule weder elektrisch noch magnetisch mit der Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt, wobei in diesem Falle die Rückkopplungsschleife des selbsterregten Schwingkreises von der Energieübertragungs-Primärspule, der Energieübertragungs-Sekundärspule, der Signalübertragungs-Primärspule und der Signalübertragungs-Sekundärspule nicht gebildet wird, sodass auch keine Spannung in der Rückkopplungsspule, d.h., der Signalübertragungs-Sekundärspule induziert wird. Dementsprechend kann die Umschaltung des Spulenstroms durch das Schaltelement intermittierend erfolgen, wodurch sich eine Unterdrückung der selbsterregten Schwingung mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung erzielen lässt, wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist.
Wenn somit die Verbrauchereinheit nicht an der Stromversorgungseinheit angebracht ist, lässt sich der Strom- bzw. Energieverbrauch verringern. Ferner wird verhindert, dass ein in der Nähe der Energieversorgungseinheit befindlicher metallischer Fremdkörper aufgeheizt wird. Darüber hinaus ist die Schaltungsanordnung sehr einfach aufgebaut und kann mit niedrigen Herstellungskosten gefertigt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Verbrauchereinheit eine Steuerschaltung, die den Spannungspegel der Signalübertragungs-Primärspule steuert, sodass eine Steuerung der Schwingung des selbsterregten Schwingkreises der Energieversorgungseinheit erfolgt, wodurch sich der Pegel der der Verbrauchereinheit zugeführten Energie steuern lässt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Energieversorgungseinheit einen der Energieübertragungs-Primärspule parallel geschalteten Kondensator, wodurch ein Resonanzkreis gebildet wird. Hierdurch wird ein hoher Wirkungsgrad der selbsterregten Schwingung erzielt, wenn die Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit angebracht ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Signalübertragungs-Sekundärspule außerhalb des von der Energieübertragungs-Primärspule gebildeten magnetischen Induktionskreises angeordnet, wobei die Signalübertragungs-Primärspule nach erfolgter Kopplung der Verbrauchereinheit mit der Energieversorgungseinheit der Signalübertragungs-Sekundärspule gegenüberliegend angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich der Zustand, bei dem die Signalübertragungs-Sekundärspule weder elektrisch noch magnetisch mit der Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt ist, mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung realisieren. Außerdem lässt sich die magnetische Kopplung der Signalübertragungs-Primärspule mit der Signalübertragungs-Sekundärspule bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit ebenfalls mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung realisieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Signalübertragungs-Sekundärspule innerhalb des von der Energieübertragungs-Primärspule gebildeten magnetischen Induktionskreises angeordnet, wobei bei Kopplung der Verbrauchereinheit mit der Energieversorgungseinheit die Signalübertragungs-Primärspule der Signalübertragungs-Sekundärspule gegenüberliegend angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Zustand, bei dem die Signalübertragungs-Sekundärspule weder elektrisch noch magnetisch mit der Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt ist, mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung realisiert werden. Weiterhin kann bei Kopplung der Verbrauchereinheit mit der Energieversorgungseinheit die magnetische Kopplung der Signalübertragungs-Primärspule mit der Signalübertragungs-Sekundärspule ebenfalls mit Hilfe einer einfachen Schaltungsanordnung realisiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Energieversorgungseinheit somit eine Signalübertragungs-Sekundärspule, die weder elektrisch noch magnetisch mit einer Energieübertragungs-Primärspule gekoppelt ist und als Rückkopplungsspule für ein Schaltelement wirkt. Die Verbrauchereinheit besitzt ihrerseits eine Energieübertragungs-Sekundärspule, die bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit der Energieübertragungs-Primärspule gegenüberliegend angeordnet ist, sowie eine Signalübertragungs-Primärspule, die bei Anbringung der Verbrauchereinheit an der Energieversorgungseinheit der Signalübertragungs-Sekundärspule gegenüberliegt. Wenn die Verbrauchereinheit nicht an der Energieversorgungseinheit angebracht ist, wird in der als Rückkopplungsspule wirkenden Signalübertragungs- Sekundärspule auch keine Spannung induziert, sodass der Schaltvorgang des Schaltelements intermittierend erfolgt.

Claims

Kontaktlose Energieübertragungseinrichtung, mit (A) einer Energieversorgungseinheit (10), mit einer Spannungsquelle (E1), einer der Spannungsquelle (E1) parallel geschalteten Vorspannungsschaltung, einer Energieübertragungs-Primärspule (Nm1), einer Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2), die nicht nur elektrisch sondern auch magnetisch nicht mit der Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) gekoppelt ist, und einem Schaltelement (FET1) mit einem Steueranschluss, wobei die Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) und das Schaltelement (FET1) in Reihe der Spannungsquelle (E1) parallel geschaltet sind, und die Vorspannungsschaltung dem Steueranschluss des Schaltelements (FET1) eine Vorspannung (V_c1) zuführt und das Schaltelement (FET1) einen Strom von der Spannungsquelle (E1) auf die Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) umschaltet, wenn die dem Steueranschluss zugeführte Vorspannung (V_c1) eine Schwellenspannung überschreitet, und (B) einer Verbrauchereinheit (20) mit einer Energieübertragungs-Sekundärspule (Nm2) und einer mit der Energieübertragungs-Sekundärspule (Nm2) elektrisch oder magnetisch gekoppelten Signalübertragungs-Primärspule (Nf1), wobei bei Anbringung der Verbrauchereinheit (20) an der Energieversorgungseinheit (10) die Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) und die Energieübertragungs-Sekundärspule (Nm2) magnetisch miteinander gekoppelt sind, so dass Energie durch elektromagnetische Induktion von der Energieversorgungseinheit (10) zu der Verbrauchereinheit (20) übertragen wird, die Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) magnetisch mit der Signalübertragungs-Primärspule (Nf1) und elektrisch als Rückkopplungsspule mit dem Steueranschluss gekoppelt ist, und die Energieübertragungs-Primärspule (Nm1), die Energieübertragungs-Sekundärspule (Nm2), die Signalübertragungs-Primärspule (Nf1) und die Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) einen Rückkopplungskreis bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) zwischen den Erzeugungspunkt der Vorspannung der Vorspannungsschaltung und den Steueranschluss des Schaltelements (FET1) geschaltet ist.
Kontaktlose Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorspannungsschaltung aus einer Reihenschaltung eines Anlasswiderstands (R1) mit einem Kondensator (C1) besteht.
Kontaktlose Energieübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verbrauchereinheit (20) eine mit der Signalübertragungs-Primärspule (Nf1) verbundene Steuerschaltung (23) zur Steuerung des in der Signalübertragungs-Primärspule (Nf1) induzierten Spannungspegels aufweist.
Kontaktlose Energieübertragungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Energieversorgungseinheit (10) einen der Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) parallel geschalteten zweiten Kondensator (C2) aufweist.
Kontaktlose Energieübertragungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) außerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) angeordnet ist und die Signalübertragungs-Primärspule (Nf1) der Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) gegenüberliegt, wenn die Verbrauchereinheit (20) an der Stromversorgungseinheit (10) angebracht ist.
Kontaktlose Energieübertragungseinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) innerhalb des magnetischen Induktionskreises der Energieübertragungs-Primärspule (Nm1) angeordnet ist und die Signalübertragungs-Primärspule (Nf1) der Signalübertragungs-Sekundärspule (Nf2) gegenüberliegt, wenn die Verbrauchereinheit (20) an der Stromversorgungseinheit (10) angebracht ist.