Die Erfindung betrifft eine Anordnung für eine induktive Energieübertragung mit einem wenigstens eine Sendespule aufweisenden Sender und einem eine Empfänger-Spulenanordnung aufweisenden Empfänger eines Verbrauchers.

Für eine drahtlose Energieübertragung zwischen einer

stationären Ladestation und einem beweglichen Verbraucher wird häufig die elektrische Induktion genutzt. So ist es beispielsweise aus der EP 1 318 260 A2 bei Toren bekannt, einen mit dem Torflügel beweglichen Akkumulator in einer bestimmten Position des Torflügels mittels induktiver

Energieübertragung zu laden. Ein anderes Anwendungsgebiet erläutert die US 7,576,514 B2. Eine im wesentlichen flächenhaft sich erstreckende

Ladestation mit einer Vielzahl von Sendespulen dient dem Aufladen der Akkumulatoren von aufgelegten Mobiltelefonen, Tablets oder dergleichen.

Es kann zwar bei einer induktiven Energieübertragung eine Sende- und eine Empfängerspule für die jeweilige Frequenz, die Geometrie und die zu versorgende Last optimiert werden, sollen jedoch an die Empfängerspule unterschiedliche

Verbraucher angeschlossen werden, so ergibt sich regelmäßig ein schlechter Wirkungsgrad, da die Lastwiderstände nicht auf die Empfängerspule optimal abgestimmt sind. Hieraus

resultieren notwendige, zusätzliche elektronische

Wandler-Schaltungen, die solches ermöglichen.

Vor diesem Hintergrund macht die Erfindung es sich zur

Aufgabe, eine Anordnung für eine induktive Energieübertragung mit einem wenigstens eine Sendespule aufweisenden Sender und

|Bestätigungskopie| einem eine Empfänger-Spulenanordnung aufweisenden Empfänger eines Verbrauchers zur Verfügung zu stellen, bei der aufgrund einer kleinen AusgangsSpannung Verluste und konstruktiver Aufwand in bzw. von Wandlern reduziert werden, ohne dass auf eine effizierte Anpassung der Impedanz verzichtet werden muss .

Gelöst wird diese technische Problematik bei einer Anordnung für eine induktive Energieübertragung mit einem wenigstens eine Sendespule aufweisenden Sender und einem eine

Empfänger-Spulenanordnung aufweisenden Empfänger eines

Verbrauchers gemäß des Anspruchs 1 durch die Maßnahmen, dass die Spulenanordnung zwei planare, beidseits eines Substrats aufgebrachte Spulen unterschiedlicher Windungszahlen

aufweist.

Bei einer geeigneten Auswahl des Substrates stellen sich die beiden Spulen elektrisch gekoppelt dar, vergleichbar einem Transformator. Eine solche transformatorische Wandlung direkt in der Empfänger-Spulenanordnung weist den Vorteil auf, eine geringe AusgangsSpannung liefern zu können, so dass die

Verluste in nachfolgenden Wandlern reduziert werden können, ohne dass auf eine effizierte Anpassung der Impedanz

verzichtet werden muss.

Als Substrat kann jeder nichtleitende Kunststoff Verwendung finden. Insbesondere sind übliche Leiterplatten, Folien oder auch Kunststoffgehäuse eines Verbrauchers geeignet. Als Spulengeometrie wird ein Rechteck bevorzugt, wenn auch andere Formen durchaus möglich sind. Unabhängig hiervon ist vorgesehen, dass die Spulen deckungsgleiche äußere und innere Ränder der äußeren und inneren Windungen aufweisen. Damit liegen die Ränder der äußeren Windungen gleichsam in einer gemeinsamen, virtuellen Röhre und umschließen die inneren Ränder der inneren Windungen eine solche. Infolge dieser Maßnahmen wird zum einen eine gute Kopplung der beiden Spulen erreicht sowie der Einfluss möglicherweise auftretender

Wirbelströme minimiert.

Ein weiterer Vorteil einer solchen Empfänger-Spulenanordnung besteht darin, dass die elektronische Schaltung des

Empfängers von dem Substrat abgesetzt ausgebildet sein kann. Damit stellt sich die Empfänger-Spulenanordnung als sehr flaches Bauteil dar, lediglich besetzt mit den die Resonanz der Spulen bestimmenden Bauteilen, die in SMD-Technik

ausgeführt kaum auftragen.

Weiter ist vorgesehen, dass eine Seite des Substrats mit einer ersten Spule, deren Windungszahl größer bemessen ist als die der zweiten Spule, der Sendespule gegenüberliegend in oder an dem Verbraucher angeordnet ist. Bei dieser Spule handelt es sich um die eigentliche Empfängerspule, durch die jedoch lediglich mit einem Kondensator zusammengeschaltet ein Schwingkreis ausgebildet wird. Die Anzahl der Windungen wird im wesentlichen durch die Übertragungsfrequenz bestimmt werden. Beispielsweise beträgt die Windungszahl bei einer

Übertragungsfrequenz zwischen 1 MHz und 10 MHz zwischen 8 und 15 Windungen.

Die Anzahl der Windungen der zweiten Spule ist deutlich geringer bemessen und wird durch die Höhe der

AusgangsSpannung bestimmt sein. Der Verbraucher wird aus dieser, eine geringere Anzahl von Windungen aufweisenden, zweiten Spule gespeist. Bei den vorstehend genannten

Betriebsparametern kann die Anzahl der Windungen der zweiten Spule beispielsweise 2 bis 4 betragen.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn an einer

Mittenabzapfung der die geringe Anzahl von Windungen

aufweisenden Spule die Stromversorgung des Empfängers, insbesondere eines Mikrocontrollers, abgegriffen wird. Die Stromversorgung des Empfängers und des Verbrauchers sind damit getrennt . Für einen Betrieb der Anordnung nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Spule auf Resonanz abgestimmt ist, alternativ, dass die zweite Spule auf Resonanz

abgestimmt ist und die erste Spule geringfügig neben der Resonanz liegend betrieben wird.

Weist die die erste Spule tragende Seite des Substrats hin zu der Sendespule, so weist die die zweite Spule tragende Seite des Substrats regelmäßig in das Innere des Verbrauchers. Es hat sich von daher als zweckmäßig erwiesen, eine

plattenartige Abschirmung der die zweite Spule tragenden Seite des Substrats aus Ferrit vorzusehen. Damit ist das Innere des Verbrauchers weitgehend von der induktiven

Energieübertragung abgeschirmt .

Das Wesen der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, in der lediglich schematisch und vereinfacht Ausführungsbeispiele dargestellt werden. In der Zeichnung zeigt :

Fig. 1: ein elektrisches Ersatzschaltbild,

Fig. 2: eine Draufsicht und Fig. 3: eine Unteransicht eines mit der

Empfänger-Spulenanordnung versehenen Substrats.

In Figur 1 ist in einem Ersatzschaltbild schematisch ein Sender 1 dargestellt, der über eine Ansteuerungsschaltung 2 eine Vielzahl von Sendespulen 3, angedeutet durch den Pfeil, einzeln oder gruppenweise für eine induktive

Energieübertragung mit einer Spannung beaufschlagt .

Von den Sendespulen 3 aus erfolgt dann die induktive

Energieübertragung gemäß des Doppelpfeils an eine

Empfänger-Spulenanordnung mit einer ersten Spule 4 und einer zweiten Spule 5 für die Stromversorgung eines insbesondere mobilen Verbrauchers 6. Die erste und die zweite Spule 4,5 sind planar beidseits eines Substrats 7 aufgebracht, wie nachstehend noch weiter erläutert wird. Infolge dieser

Spulenanordnung kommt es transformatorgleich zu einer

elektrischen Kopplung der beiden Spulen 4,5, angedeutet durch den Doppelpfeil.

Bildet die erste Spule 4 mit einem Kondensator 8 lediglich einen Schwingkreis aus, wird an der zweiten Spule 5 die

Spannung für den Verbraucher 6 abgegriffen. Dies erfolgt in an sich üblicher Weise über einen Kondensator 9, eine

Gleichrichterschaltung 10 und einen DC/DC-Wandler 11 für eine Feinregelung der Speisespannung des Verbrauchers 6.

Von daher wird die zweite Spule 5 deutlich weniger Windungen aufweisen als die Spule 4.

Neben den Anschlüssen für die Speisung des Verbrauchers 6 weist die zweite Spule 5 eine Mittenabzapfung 12 auf, aus der die Empfängerschaltung 13 gespeist wird, hier beispielhaft dargestellt als Mikrocontroller 14, dem ein Gleichrichter 15 sowie ein DC/DC-Wandler 16 noch vorgeschaltet ist.

Die Ansichten der die Spulen 4 und 5 tragenden Substrat 7, bspw. eine Platine, gemäß den Figuren 2 und 3 zeigt in einer Draufsicht gemäß Figur 2 eine erste Spule 4 mit beispielhaft elf Windungen für eine induktive Energieübertragung bei einer Frequenz von 1 MHz bis 2 MHz. Exakt gegenüberliegend, unterseitig des Substrats 7 ist die zweite Spule 5

angeordnet, die hier lediglich beispielhaft zwei Windungen aufweist.

Die Platine bzw. das Substrat 7 trägt neben den beiden Spulen 4,5 lediglich die Kondensatoren 8,9 sowie hier beispielhaft eine Steckerleiste 17 für den Anschluss der

Empfängerschaltung 13.