Energieübertragung und Verfahren zur

kontaktlosen Energieübertragung

Die Erfindung betrifft eine Energieübertragungsvorrichtung zur kontaktlosen Energieübertragung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieübertragungsvorrich- tung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welcher sich eine Mehrzahl von Übertragungskreisen mit galvanisch getrennten Quellen realisieren lassen und welche platzsparend ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Energieübertragungsvorrich- tung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Sendereinrichtung und eine Empfängereinrichtung vorgesehen sind, wobei die Sendereinrichtung einen ersten Sender mit einer ersten Sendefrequenz und mindestens einen zweiten Sender mit einer zweiten Sendefrequenz aufweist, die zweite Sendefrequenz von der ersten Sendefrequenz verschieden ist, und der erste Sender galva- nisch von dem zweiten Sender getrennt ist, wobei der erste Sender eine erste Symmetrieachse und der zweite Sender eine zweite Symmetrieachse aufweisen und die erste Symmetrieachse des ersten Senders und die zweite Symmetrieachse des zweiten Senders mindestens näherungsweise in einer Sender-Symmetrieachse zusammenfallen, und wobei die Empfängereinrich- tung einen dem ersten Sender zugeordneten ersten Empfänger und einen dem zweiten Sender zugeordneten zweiten Empfänger aufweist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich die Sendereinrichtung platzsparend realisieren. Der erste Sender und der zweite Sender weisen min- destens näherungsweise eine gemeinsame Symmetrieachse auf. Durch unterschiedliche Sendefrequenzen lassen sich mindestens zwei Übertragungskreise realisieren. Es lassen sich so auch unterschiedliche Spannungen wie beispielsweise 5 V und 24 V übertragen.

Günstigerweise sind der erste Empfänger und der zweite Empfänger galva- nisch getrennt, so dass passive Sicherheitsstandards eingehalten sind und insbesondere der erste Sender nicht in den zweiten Empfänger einkoppeln kann beziehungsweise der zweite Sender nicht in den ersten Empfänger einkoppeln kann. Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Empfänger eine erste

Symmetrieachse und der zweite Empfänger eine zweite Symmetrieachse aufweisen, wobei die erste Symmetrieachse des ersten Empfängers und die zweite Symmetrieachse des zweiten Empfängers in einer Empfänger- Symmetrieachse mindestens näherungsweise zusammenfallen. Dadurch lässt sich ein platzsparender Aufbau realisieren.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Sender-Symmetrieachse und die Empfänger-Symmetrieachse mindestens näherungsweise zusammenfallen. Dadurch lässt sich effektiv Energie in mehreren Übertragungskreisen mit gal- vanisch getrennten Quellen "achskoaxial" übertragen. Dadurch ist ein platzsparender Aufbau erreicht. Es lässt sich dadurch beispielsweise auch in mehreren Übertragungskreisen Energie von einer Sendereinrichtung zu einer Empfängereinrichtung übertragen, wobei die Empfängereinrichtung relativ zu der Sendereinrichtung rotiert. Die Sender-Symmetrieachse und die Empfän- ger-Symmetrieachse sind beispielsweise Spulen-Wicklungsachsen.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Empfänger-Symmetrieachse und/oder die Sender-Symmetrieachse eine Rotationsachse für eine relative Rotation der Empfängereinrichtung zu der Sendereinrichtung . Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich auch bei einer relativen Rotation in mehreren Übertragungskreisen, welche galvanisch getrennt sind, Energie übertragen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass mindestens ein dritter Sender mit einer dritten Resonanzfrequenz, welche verschieden von der ersten Resonanzfrequenz und der zweiten Resonanzfrequenz ist, vorhanden ist, und eine dritte Symmetrieachse vorhanden ist, welche mit der Sender-Symmetrieachse (des ersten Senders und des zweiten Senders) mindestens näherungsweise zusammenfällt, wobei der dritte Sender galvanisch von dem ersten Sender und dem zweiten Sender getrennt ist. Dadurch lässt sich beispielsweise ein dritter Übertragungskreis realisieren mit achskoaxialer Einkopplung . Es ist dann günstig, wenn ein dritter Empfänger vorgesehen ist, welcher dem dritten Sender zugeordnet ist, mit einer dritten Symmetrieachse des dritten Empfängers, welcher mit einer Empfänger-Symmetrieachse mindestens näherungsweise zusammenfällt, wobei der dritte Empfänger galvanisch von dem ersten Empfänger und dem zweiten Empfänger getrennt ist. Es lässt sich dadurch ein dritter Übertragungskreis realisieren.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist einer ersten Sender-Empfänger-Kombination der Sendereinrichtung und Empfängereinrichtung ein Aktorensystem zugeordnet und einer zweiten Sender-Empfänger-Kombination ist ein Sensorsystem und/oder Datenübertragungssystem zugeordnet. Bezüglich eines Aktorensystems beispielsweise an einer Maschine müssen hohe Sicherheitsstandards und insbesondere passive Sicherheitsstandards eingehalten werden. Wenn beispielsweise durch einen zentralen Schalter eine Energiezuführung in einem Übertragungskreis für das Aktorensystem an Aktoren unterbrochen ist, dann darf über keinen anderen Übertragungskreis Energie an das Aktorensystem übertragen werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung mit unterschiedlichen Sendefrequenzen wird eine solche "Kreuzübertragung" effektiv verhindert, wobei sich ein platzsparender Aufbau durch die gemeinsamen Symmetrieachsen realisieren lässt. Insbesondere lässt sich auch eine Energieübertragung in mehreren Übertragungskreisen bei relativ zueinander rotierenden Einheiten durchführen. Beispielsweise ist die Empfängereinrichtung induktiv, kapazitiv oder indukto- kapazitiv an die Sendereinrichtung gekoppelt. Es lässt sich dadurch auf effektive Weise eine kontaktlose Energieübertragung erreichen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind Spulen oder Schwingkreise der Sendereinrichtung an einem ersten Kern angeordnet und Spulen oder Schwingkreise der Empfängereinrichtung sind an einem zweiten Kern angeordnet. Es lassen sich dadurch auf einfache Weise gemeinsame Symmetrieachsen realisieren, wobei die Symmetrieachsen insbesondere Wicklungsachsen von Spulen sind .

Beispielsweise ist der erste Kern und/oder der zweite Kern als Zylinderkern oder Topfkern oder U-Kern oder E-Kern ausgebildet.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass der erste Kern in einen an dem zweiten Kern gebildeten Innenraum eingetaucht ist oder der zweite Kern in einen an dem ersten Kern gebildeten Innenraum eingetaucht ist. Dadurch lässt sich ein insbesondere bezüglich axialen Abmessungen platzsparender Aufbau realisieren. Es kann auf einfache Weise eine relative Rotation zwischen den Kernen (und damit zwischen der Sendereinrichtung und der Empfängereinrichtung) realisiert werden.

Bei einem fertigungstechnisch günstigen Ausführungsbeispiel sind die Sendereinrichtung und die Empfängereinrichtung gleich ausgebildet. Zwischen der Sendereinrichtung und der Empfängereinrichtung liegt ein Luftspalt, durch den hindurch kontaktlos Energie in mehreren Übertragungskreisen übertragen wird .

Grundsätzlich müssen die Sender-Symmetrieachse und die Empfänger- Symmetrieachse nicht exakt koaxial sein. Es genügt insbesondere, wenn ein Versatz zwischen der Sender-Symmetrieachse und einer Empfänger- Symmetrieachse vorhanden ist, welcher höchstens einen halben Durchmesser derjenigen Spule der Sendereinrichtung oder der Empfängereinrichtung mit dem kleinsten Durchmesser beträgt. Dadurch kann noch effektiv "achskoaxial" in mehreren Übertragungskreisen Energie übertragen werden.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Resonanzfrequenz und die zweite Resonanzfrequenz so gewählt sind, dass bei einem Windungsschluss einer Spule der Sendereinrichtung oder der Empfängereinrichtung die Resonanzfrequenzen unterschiedlich bleiben und/oder dass durch Dämpfung zwischen Schwingkreisen der Sendereinrichtung und der Empfängereinrichtung ausreichende Isolationswiderstände für eine Beabstandung der Resonanz- frequenzen vorliegen. Dadurch kann auf effektive Weise eine "Kreuzeinkopplung" des ersten Senders an den zweiten Empfänger beziehungsweise des zweiten Senders an den ersten Empfänger verhindert werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur kontaktlosen Energieübertragung von einer Sendereinrichtung zu einer Empfängereinrichtung bereitgestellt, bei dem ein erster Sender kontaktlos Energie mit einer ersten Sendefrequenz an einen zweiten Empfänger überträgt, und ein zweiter Sender kontaktlos Energie mit einer zweiten Sendefrequenz an einen zweiten Empfänger überträgt, wobei der erste Sender und der zweite Sender galvanisch getrennt sind, und der erste Empfänger und der zweite Empfänger galvanisch getrennt sind, und wobei die erste Sendefrequenz und die zweite Sendefrequenz verschieden sind, und bei dem eine Sender-Symmetrieachse des ersten Senders und des zweiten Senders und eine Empfänger-Symmetrieachse des ersten Empfängers und des zweiten Empfängers mindestens näherungsweise zusammenfallen.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung erläuterten Vorteile auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung erläutert. Insbesondere rotiert die Empfängereinrichtung relativ zu der Sendereinrichtung mit einer Rotationsachse, welche mindestens näherungsweise mit der Sender-Symmetrieachse oder der Empfänger-Symmetrieachse zusammenfällt. Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich Energie in mehreren Übertragungskreisen bei relativ zueinander rotierenden Systemen kontaktlos durch einen Luftspalt hindurch übertragen.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen :

Figur 1 ein Ersatzschaubild für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung; Figur 2 eine schematische Darstellung einer Sendereinrichtung und einer

Empfängereinrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung;

Figur 3 eine Ansicht auf die Sendereinrichtung gemäß Figur 2 in der Richtung A;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer Sendereinrichtung und einer

Empfängereinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels; Figur 5 eine Ansicht in der Richtung B gemäß Figur 4;

Figur 6 eine schematische Darstellung einer Sendereinrichtung und einer

Empfängereinrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung;

Figur 7 eine Ansicht in der Richtung C gemäß Figur 6; Figur 8 eine schematische Darstellung einer Sendereinrichtung und einer Empfängereinrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung; Figur 9 eine Schnittansicht gemäß Figur 8;

Figur 10 ein Ersatzschaltbild für eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung; Figur 11 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Kondensatorsystems;

Figur 12 eine perspektivische Ansicht des Kondensatorsystems gemäß

Figur 11 ; und

Figur 13 eine Schnittansicht längs der Linie 13-13 des Kondensatorsystems gemäß Figur 11.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energieübertragungs- Vorrichtung, welches in Figur 1 in einem Ersatzschaltbild gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, weist einen ersten Übertragungskreis 12 und einen von dem ersten Übertragungskreis 12 galvanisch getrennten zweiten Übertragungskreis 14 auf. Der erste Übertragungskreis 12 weist eine erste Quelle 16 für einen elektrischen Strom auf. Dieser ersten Quelle 16 ist ein erster Wandler 18 nachgeschaltet. Der erste Wandler 18 wandelt einen Gleichstrom in einen Wechselstrom. Die erste Quelle 16 und der erste Wandler 18 bilden in Kombination eine erste Wechselstromquelle.

An diese erste Wechselstromquelle ist eine erste Spule 20 angeschlossen. Es ist dadurch ein erster Sender 22 mit einem Schwingkreis gebildet. (Kapazitäten des Schwingkreises sind in Figur 1 nicht eingezeichnet.) An dem ersten Sender 22 sind ein erster Schalter 24 und ein zweiter Schalter 26 angeordnet, durch welche jeweils die Stromzuführung zu der ersten Spule 20 unterbrechbar ist. Es lässt sich dadurch eine Sicherheitsfunktion realisieren.

In Figur 1 sind die Schalter 24 und 26 eingezeichnet als zwischen dem ersten Wandler 18 und der ersten Spule 20 liegend. Es ist auch möglich, dass die Schalter 24, 26 zwischen der ersten Quelle 16 und dem ersten Wandler 18 positioniert sind . Es ist ferner möglich, dass der erste Schalter 24 und der zweite Schalter 26 innerhalb des ersten Wandlers 18 angeordnet sind .

Es ist ferner möglich, dass ein Schalter 24 bzw. 26 an der Quellenseite (zwischen der ersten Quelle 16 und dem ersten Wandler 18) angeordnet ist und der andere Schalter 26 bzw. 24 an der Spulenseite zwischen dem Wandler 18 und der ersten Spule 20 angeordnet ist.

Es ist ferner möglich, dass ein Schalter an dem ersten Wandler 18 angeordnet ist und der andere Schalter an der Quellenseite oder der Spulenseite. Der zweite Übertragungskreis 14 weist einen zweiten Sender 28 auf. Der zweite Sender 28 umfasst eine zweite Quelle 30. Die zweite Quelle 30 ist galvanisch von der ersten Quelle 16 getrennt. Der zweiten Quelle 30 ist ein zweiter Wandler 32 nachgeschaltet. Die zweite Quelle 30 bildet in Kombination mit dem zweiten Wandler 30 eine zweite Wechselstromquelle. An diese ist eine zweite Spule 34 angeschlossen.

Es ist dadurch ein zweiter Schwingkreis gebildet. (Kapazitäten im Schwingkreis sind in Figur 1 nicht explizit eingezeichnet.) Der erste Sender 22 und der zweite Sender 28 bilden eine Sendereinrichtung 36. Die Energieübertragungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Empfängereinrichtung 38. Die Empfängereinrichtung 38 ist von der Sendereinrichtung 36 über einen Luftspalt 40 getrennt. Die Empfängereinrichtung 38 weist einen ersten Empfänger 40 auf, welcher dem ersten Sender 22 zugeordnet ist.

Der erste Empfänger 40 weist eine erste Spule 42 auf, über welche ein Schwingkreis gebildet ist. Die erste Spule 20 des ersten Senders 22 koppelt induktiv an die erste Spule 42 des ersten Empfängers 40. (Schwingkreiskapazitäten des ersten Empfängers 40 sind in Figur 1 nicht eingezeichnet.)

Der ersten Spule 42 ist ein erster Wandler 44 nachgeschaltet, welcher Wechselströme in Gleichströme wandelt.

An den ersten Wandler 44 sind ein oder mehrere Verbraucher 46 angeschlossen.

Die Empfängereinrichtung 38 weist ferner einen zweiten Empfänger 48 auf. Dieser zweite Empfänger 48 ist dem zweiten Sender 28 zugeordnet.

Der zweite Empfänger 48 weist eine zweite Spule 50 auf. Mittels dieser ist ein Schwingkreis gebildet. (Kapazitäten des Schwingkreises sind in Figur 1 nicht eingezeichnet.)

Der zweiten Spule 50 ist ein zweiter Wandler 52 nachgeschaltet, welcher Wechselströme in Gleichströme wandelt.

An dem zweiten Wandler 52 sind ein oder mehrere Verbraucher 54 ange- schlössen. Der erste Sender 22 überträgt kontaktlos Energie an den ersten Empfänger 40. Der zweite Sender 28 überträgt kontaktlos Energie an den zweiten

Empfänger 48. Der erst Empfänger 40 und der zweite Empfänger 48 sind, wie der erste Sender 22 und der zweite Sender 28, galvanisch getrennt.

Der erste Sender 22 wird mit einer ersten Sendefrequenz betrieben. Die erst Sendefrequenz ist insbesondere eine Resonanzfrequenz beziehungsweise eine Frequenz in einem Resonanzbereich des Schwingkreises des ersten Senders 22. Der erste Empfänger 40 ist auch diese Sendefrequenz eingestellt.

Der zweite Sender 28 wird mit einer zweiten Sendefrequenz betrieben, welche von der ersten Sendefrequenz verschieden ist. Die zweite Sendefrequenz ist insbesondere eine Resonanzfrequenz beziehungsweise liegt in eine Resonanzfrequenzbereich des Schwingkreises des zweiten Senders 28.

Der zweite Empfänger 48 ist auf die zweite Sendefrequenz eingestellt. Die erste Sendefrequenz und die zweite Sendefrequenz sind so gewählt, dass an zwei Übertragungskreisen, nämlich dem ersten Übertragungskreis 12 und dem zweiten Übertragungskreis 14 die Energie von galvanisch getrennten Quellen, nämlich der ersten Quelle 16 und der zweiten Quelle 30 übertragen wird .

Es liegt sowohl eine primärseitige galvanische Trennung an der Sendereinrichtung 36 als auch eine sekundärseitige galvanische Trennung an der Empfängereinrichtung 38 vor. Die Resonanzfrequenzen sind so gewählt, dass durch einen Windungsschluss der ersten Spule 20 beziehungsweise der zweiten Spule 50, durch Alterung von Kondensatoren usw. eine Annäherung der Senderfrequenzen ausgeschlossen ist beziehungsweise die Dämpfung nicht unter eine bestimmte Grenze fällt. Ferner sind die Sendefrequenzen so gewählt, dass durch die Dämpfung zwischen den Schwingkreisen entsprechend hohe Isolationswiderstände zur Gewährleistung einer passiven elektrischen Sicherheit eingehalten werden. Die Ausbildung der Sendereinrichtung 36 und der Empfän- gereinrichtung 38 ist derart, dass auch bei Störfällen einschließlich Spulenbruch der erste Sender 22 nicht in den zweiten Empfänger 48 einkoppelt und der zweite Sender 28 nicht in den ersten Empfänger 40 einkoppelt.

Der erste Übertragungskreis 12 dient beispielsweise zur Energieübertragung an Aktoren und beispielsweise Aktoren einer Maschine. Der oder die Verbraucher 46 sind dann Aktoren. Es besteht hier die Möglichkeit, über eine zentrale Sicherheitseinrichtung die Aktoren (den oder die Verbraucher 46) abzuschalten. Dazu sind der erste Schalter 24 und der zweite Schalter 26 vorgesehen.

Der zweite Übertragungskreis 14 dient beispielsweise zur Datenübertragung beziehungsweise Energieübertragung an ein Sensorsystem beispielsweise einer Maschine. Die Verbraucher 54 sind dann beispielsweise Sensoren. Durch die galvanische Trennung des ersten Übertragungskreises 12 und des zweiten Übertragungskreises 14 lässt sich eine passive Sicherheit realisieren. Es lässt sich gewährleisten, dass beispielsweise der zweite Übertragungskreis 14 nicht in den ersten Übertragungskreis 12 einkoppelt, wenn der erste Übertragungskreis 12 über den ersten Schalter 24 oder den zweiten Schalter 26 abgeschaltet ist.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Sendereinrichtung 36 und die Empfängereinrichtung 38 achskoaxial angeordnet sind (Figuren 2 bis 9). Bei einem ersten Ausführungsbeispiel (Figuren 2, 3) ist eine Sendereinrichtung 56 vorgesehen, welche einen ersten Kern 58 aufweist, welcher beispielsweise zylindrisch ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind an dem ersten Kern 58 ein erster Sender 60a, ein zweiter Sender 60b und ein dritter Sender 60c zumindest teilweise angeordnet. Der erste Sender 60a, der zweite Sender 60b und der dritte Sender 60c sind durch jeweilige Schwingkreise mit einer ersten Spule 62a, einer zweiten Spule 62b beziehungsweise einer dritten Spule 62c gebildet.

Die Spulen 62a, 62b, 62c sind aufeinanderfolgend an dem ersten Kern 58 angeordnet. Sie weisen eine gemeinsame Wicklungsachse 64 auf, welche eine Zylinderachse des ersten Kerns 58 ist. Die Wicklungsachse 64 ist eine

Symmetrieachse für die Spulen 62a, 62b, 62c.

Diese Wicklungsachse 64 bildet eine Sender-Symmetrieachse, welche gemeinsam ist für den ersten Sender 60a, den zweiten Sender 60b und den dritten Sender 60c. Eine der Sendereinrichtung 56 zugeordnete und mit einem Luftspalt 66 beabstandet zu dieser angeordneten Empfängereinrichtung 68 weist einen zweiten Kern 70 auf. An diesem zweiten Kern 70 sitzen ein erster Empfänger 72a, ein zweiter Empfänger 72b und ein dritte Empfänger 72c. Diese weisen jeweils Schwingkreise mit Spulen 74a, 74b, 74c auf. Diese sind hintereinander an dem zweiten Kern 70 angeordnet.

Die Spulen 74a, 74b, 74c der Empfänger 72a, 72b, 72c weisen eine gemeinsame Wicklungsachse 76 auf, welche die jeweilige Symmetrieachse der Spulen 74a, 74b, 74c bildet. Diese ist koaxial zu einer Zylinderachse des zweiten Kerns 70, welcher zylindrisch ausgebildet ist.

Die Wicklungsachse 76 bildet eine Empfänger-Symmetrieachse der Empfängereinrichtung 68. Die Sender-Symmetrieachse 64 und die Empfänger-Symmetrieachse 76 sind koaxial zueinander. Der erste Sender 60a, der zweite Sender 60b und der dritte Sender 60c sind galvanisch voneinander getrennt. Sie weisen jeweils eine erste Sendefrequenz, eine zweite Sendefrequenz und eine dritte Sendefrequenz auf, welche unterschiedlich sind .

Der erste Empfänger 72a ist angepasst an den ersten Sender 60a ausgebildet, der zweite Empfänger 72b ist angepasst an den zweiten Sender 60b ausgebildet und der dritte Empfänger 72c ist angepasst an den dritten Sender 60c ausgebildet.

Elektrische Energie lässt sich über drei unterschiedliche Sender 60a, 60b, 60c mit galvanischer Trennung der entsprechenden Quellen für diese Sender 60a, 60b, 60c achsparallel an die Empfängereinrichtung 68 übertragen. Dadurch ist beispielsweise eine Rotation der Empfängereinrichtung 68 um eine Rotations- achse 78 relativ zu der Sendereinrichtung 56 möglich. Die Empfängereinrichtung 68 kann beispielsweise mobil ausgebildet sein zumindest bezüglich des zweiten Kerns 70 mit den daran angeordneten Teilen des ersten Empfängers 72a, des zweiten Empfängers 72b und des dritten Empfängers 72c. Die Sendereinrichtung 56 kann auch nur zwei Sender oder mehr als drei Sender aufweisen, wobei dann die Empfängereinrichtung 78 daran angepasst ausgebildet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 2 und 3 lassen sich zwei gal- vanisch getrennte Übertragungskreise (entsprechend den Übertragungskreisen 12 und 14) realisieren, wobei durch die Verwendung unterschiedlicher Resonanzfrequenzen eine achsparallele Anordnung möglich ist und insbesondere auch eine relative Rotation um die Rotationsachse 78 zwischen der Empfängereinrichtung 68 und der Sendereinrichtung 56 möglich ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in Figur 4 und 5 schematisch gezeigt ist, ist eine Sendereinrichtung 56' vorgesehen. Diese umfasst einen ersten Sender 60a', einen zweiten Sender 60b' und einen dritten Sender 60c'. Diese sind an einem Kern 58' angeordnet, welcher eine Topfform hat.

Der Kern 58' weist dabei einen Innenraum 80 auf, wobei entsprechende Spu- len der Sender 60a', 60b', 60c' an einer Innenseite einer Mantelwandung 82 aufeinanderfolgend angeordnet sind.

Die Spulen der Sender 60a', 60b', 60c' weisen eine Wicklungsachse 84 auf. Diese Wicklungsachse 84 fällt mit einer Symmetrieachse der Wandung 82, welche insbesondere die Form eines Zylinderrings hat, zusammen. Die Wicklungsachse 84 definiert eine Sender-Symmetrieachse.

Eine Empfängereinrichtung 68' weist einen zweiten Kern 70' auf. Dieser ist zylindrisch ausgebildet. An ihr sitzen entsprechende Empfänger 72a', 72b' und 72c', welche den jeweiligen Sendern 60a', 60b', 60c' zugeordnet sind .

Die Sender 60a', 60b', 60c' weisen dabei jeweils unterschiedliche Sendefrequenzen auf und die Empfänger 72a', 72b', 72c' sind daran angepasst. Spulen der Empfänger 72a', 72b', 72c' weisen eine Wicklungsachse 86 auf. Diese Wicklungsachse ist gemeinsam für die Empfänger 72a', 72b', 72c', und fällt mit einer Zylinderachse des zweiten Kerns 70' zusammen. Diese Wicklungsachse 86 definiert eine Empfänger-Symmetrieachse. Die Wicklungsachse 84 und die Wicklungsachse 86 sind koaxial, das heißt die Sender-Symmetrieachse und die Empfänger-Symmetrieachse fallen zusammen.

Die Spulen der Empfängereinrichtung 68' sind dabei durch einen in dem Innenraum 80 gebildeten Luftspalt 66' von den Spulen der Sendereinrichtung 56' beabstandet. Der zweite Kern 70' kann beispielsweise um eine Rotationsachse parallel zu der Sender-Symmetrieachse beziehungsweise Empfänger-Symmetrieachse in dem Innenraum 80 relativ zu der Wandung 82 und damit der Sendereinrichtung 56' rotieren.

Es lässt sich dadurch achskoaxial auch bei galvanisch getrennten Quellen für die Sender 60a', 60b', 60c' Energie an die Empfängereinrichtung 68' übertragen. Bei einem dritten Ausführungsbeispiel (Figuren 6, 7) ist eine Sendereinrichtung 88 vorgesehen, welche einen Topfkern 90 mit einem zentralen Hub 92 aufweist. Zwischen dem Hub 92 und einer Wandung 94 des Topfkerns 90 ist ein Ringraum gebildet. In diesem Ringraum sitzt eine erste Spule 96a eines ersten Senders 98a der Sendereinrichtung 88.

An einer Außenseite der Wandung 94 sitzt eine zweite Spule 96b eines zweiten Senders 98b.

An der zweiten Spule 96b sitzt ein Trennelement wie beispielsweise ein Ferrit- ring 100 und/oder eine Ferritfolie. An dem Ferritring 100 sitzt eine dritte Spule 96c eines dritten Senders 98c.

Die erste Spule 96a, die zweite Spule 96b und die dritte Spule 96c sind Spulen eines Schwingkreises. Sie weisen eine gemeinsame Wicklungsachse 102 auf, welche eine Sender-Symmetrieachse ist. Diese Wicklungsachse 102 fällt mit einer Symmetrieachse des Hubs 92 und auch der Wandung 94 zusammen.

Der Sendereinrichtung 88 ist eine Empfängereinrichtung 104 zugeordnet. Diese Empfängereinrichtung 104 weist als zweiten Kern ebenfalls einen Topf- kern 106 auf. An dieser sind Spulen eines ersten Empfängers 106a, eines zweiten Empfängers 106b und eines dritten Empfängers 106c angeordnet. Diese sind dabei auf die gleiche Weise angeordnet wie die entsprechenden Spulen 98a, 98b, 98c der Sendereinrichtung 88. Zwischen der Sendereinrichtung 88 und der Empfängereinrichtung 104 liegt ein Luftspalt 108. Die Spulen der Empfängereinrichtung 104 weisen eine gemeinsame Wicklungsachse 110 auf. Diese bildet eine Empfänger-Symmetrieachse.

Die Wicklungsachsen 110 und 102 liegen koaxial zueinander. Dadurch liegen entsprechend die Sender-Symmetrieachse und die Empfänger-Symmetrie- achse koaxial zueinander.

Es ist möglich, Energie in unterschiedlichen Übertragungskreisen mit entsprechend galvanisch getrennten Quellen von der Sendereinrichtung 88 an die Empfängereinrichtung 104 kontaktlos zu übertragen.

Der erste Sender 98a, der zweite Sender 98b und der dritte Sender 98c weisen dabei unterschiedliche Sendefrequenzen auf.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in den Figuren 8 und 9 schematisch gezeigt ist, ist eine Sendereinrichtung 112 und ist eine Empfängereinrichtung 114 vorgesehen. Zwischen diesen liegt ein Luftspalt 116 (vgl . Figur 9). An der Sendereinrichtung 112 sind Spulen 118a, 118b, 118c von Sendern der Sendereinrichtung 112 angeordnet. Entsprechende Quellen sind galvanisch getrennt.

An der Empfängereinrichtung 114 sind Spulen 120a, 120b, 120c von entsprechenden Empfängern vorgesehen.

Die Spulen 118a, 118b, 118c sind beispielsweise an einer Aneinanderreihung von einer Mehrzahl von U-Kernen oder E-Kernen 122 angeordnet. Entsprechend sind die Spulen 120a, 120b, 120c der Empfängereinrichtung 114 an solchen Kernen 124 angeordnet. Die Sendereinrichtung 112 weist eine Sender-Symmetrieachse 126 auf und Empfängereinrichtung 114 weist eine Empfänger-Symmetrieachse 128 auf.

Die Sender-Symmetrieachse 126 und die Empfänger-Symmetrieachse 128 sind koaxial zueinander.

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 2 bis 9 weisen als Ersatzschaltbild das Ersatzschaltbild 10 gemäß Figur 1 auf, wobei bei den gezeigten Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 bis 9 auch noch ein dritter Über- tragungskreis vorhanden ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich achskoaxial in getrennten Übertragungskreisen mit galvanisch getrennten Quellen Energie übertragen, wobei entsprechende Sender unterschiedliche Senderfrequenzen aufweisen. Es werden dadurch passive Sicherheitsanforderungen eingehalten, wobei eine kontaktlose Energieübertragung bei- spielsweise auch bei rotierenden Systemen möglich ist.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Energieübertragung zwischen der entsprechenden Sendereinrichtung 36 und der Empfängereinrichtung 38 induktiv.

Es ist dabei auch eine Abweichung von Symmetrieachsen von der Koaxialität möglich, wobei diese Abweichung dann höchstens einen halben Durchmesser derjenigen Spule der Sendereinrichtung 36 beziehungsweise der Empfängereinrichtung 38 mit dem kleinsten Durchmesser beträgt.

Es ist grundsätzlich auch möglich, über die erfindungsgemäße Lösung eine kapazitive oder induktiv-kapazitive kontaktlose Energieübertragung mit unterschiedlichen Übertragungskreisen zu realisieren. In Figur 10 ist ein Ersatzschaltbild 130 für ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die kontaktlose Energieübertragung zwischen einer Sendereinrichtung 132 und einer Empfängereinrichtung 134 kapazitiv erfolgt. Die Sendereinrichtung 132 weist einen ersten Sender 136 und einen zweiten Sender 138 auf. Der erste Sender 136 und der zweite Sender 138 haben getrennte galvanische Quellen.

Die Empfängereinrichtung 134 weist einen ersten Empfänger 140 und einen zweiten Empfänger 142 auf. Der erste Empfänger 140 ist dem ersten Sender 136 zugeordnet und der zweite Empfänger 142 ist dem zweiten Sender 138 zugeordnet.

Der erste Sender 136 koppelt an den ersten Empfänger 140 über eine erste kapazitive Einrichtung 144. Der zweite Empfänger 142 koppelt an den zweiten Sender 138 über eine zweite kapazitive Einrichtung 146.

Die erste kapazitive Einrichtung 144 und die zweite kapazitive Einrichtung 146 weisen eine gemeinsame Symmetrieachse auf, so dass die Kopplung achs- koaxial ist.

Ein Ausführungsbeispiel einer Kondensatoreinrichtung, welche in den Figuren 11 bis 13 gezeigt ist, umfasst die erste kapazitive Einrichtung 144 und die zweite kapazitive Einrichtung 146.

Die erste kapazitive Einrichtung 144 hat erste Ringscheibe 152 und eine zweite Ringscheibe 154. Die erste Ringscheibe 152 und die zweite Ringscheibe 154 sind im Wesentlichen gleich ausgebildet. Sie sind koaxial zu einer Symmetrieachse 155, die auch eine Abstandsachse zwischen der ersten Ringscheibe 152 und der zweiten Ringscheibe 154 ist.

Zwischen der ersten Ringscheibe 152 und der zweiten Ringscheibe 154 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 liegt ein ringförmiger Luftspalt 156. Die zweite kapazitive Einrichtung 146 weist eine erste Ringscheibe 158 und eine zweite Ringscheibe 160 auf. Die erste Ringscheibe 158 und die zweite Ringscheibe 160 sind koaxial zu der Symmetrieachse 155 angeordnet und gleich ausgebildet. Sie sind in der Symmetrieachse 155 beabstandet, wobei der Abstand der gleiche ist wie der Abstand zwischen der ersten Ringscheibe 152 und der zweiten Ringscheibe 154 der ersten kapazitiven Einrichtung 144. Zwischen den Ringscheiben 158, 160 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 liegt ein Luftspalt 162, welcher bezogen auf die Symmetrieachse 155 die glei- che Höhe aufweist wie der Luftspalt 156.

Die erste Ringscheibe 158 und die zweite Ringscheibe 160 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 weisen die gleiche Höhe auf wie die erste Ringscheibe 152 und die zweite Ringscheibe 154 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 (das heißt sie weisen die gleiche Dicke in Richtung der Symmetrieachse 155 auf).

Ferner sind die erste Ringscheibe 152 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 und die erste Ringscheibe 158 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 jeweils bezüglich einer Oberseite und einer Unterseite fluchtend angeordnet.

Weiterhin sind die zweite Ringscheibe 154 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 und die zweite Ringscheibe 160 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 jeweils bezüglich einer Oberseite und einer Unterseite fluchtend angeordnet.

Die erste Ringscheibe 152 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 umgibt die erste Ringscheibe 158 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 vollständig, das heißt in einem Ringraum der ersten Ringscheibe 152 ist die erste Ringscheibe 158 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 beabstandet zu der ersten Ring- Scheibe 152 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 angeordnet.

Auf die gleiche Weise umgibt die zweite Ringscheibe 144 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 die zweite Ringscheibe 160 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 vollständig.

Die Symmetrieachse 155 bildet eine Sender-Symmetrieachse, welche mit einer entsprechenden Empfänger-Symmetrieachse zusammenfällt. Die Ringscheiben 152, 154, 158, 160 bilden Kondensatorplatten.

Bei einer kapazitiven Kopplung kann die Ringscheibe 152 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 als erster Sender angesehen werden. Die erste Ring- Scheibe 158 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 kann als zweiter Sender angesehen werden. Die zweite Ringscheibe 154 kann als erster Empfänger angesehen werden. Die zweite Ringscheibe 160 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 kann als zweiter Empfänger angesehen werden.

Die Symmetrieachsen des ersten Senders und des zweiten Senders fallen zusammen. Diese zusammenfallende Symmetrieachse bildet ferner die Empfänger-Symmetrieachse. (In einer alternativen Betrachtungsweise kann die Kombination aus erster Ringscheibe 152 und zweiter Ringscheibe 154 der ersten kapazitiven Einrichtung 144 als erster Sender und als erster Empfänger angesehen werden und die Kombination der ersten Ringscheibe 158 und der zweiten Ringscheibe 160 der zweiten kapazitiven Einrichtung 146 kann als zweiter Sender und zweiter Empfänger angesehen werden.)

Bezugszeichenliste

Ersatzschaltbild Energieübertragungsvorrichtung

Erster Übertragungskreis

Zweiter Übertragungskreis

Erste Quelle

Erster Wandler

Erste Spule

Erster Sender

Erster Schalter

Zweiter Schalter

Zweiter Sender

Zweite Quelle

Zweiter Wandler

Zweite Spule

Sendereinrichtung

Empfängereinrichtung

Erster Empfänger

Erste Spule

Erster Wandler

Verbraucher

Zweiter Empfänger

Zweite Spule

Zweiter Wandler

Verbraucher

, 56' Sendereinrichtung

, 58' Erster Kern

a, 60a' Erster Sender

b, 60b' Zweiter Sender

c, 60c' Dritter Sender

a Erste Spule

b Zweite Spule c Dritte Spule

Wicklungsachse, 66' Luftspalt

, 68' Empfängereinrichtung, 70' Zweiter Kerna, 72a' Erster Empfängerb, 72b' Zweiter Empfängerc, 72c' Dritter Empfängera Spule

b Spule

c Spule

Wicklungsachse

Rotationsachse

Innenraum

Wandung

Wicklungsachse

Wicklungsachse

Sendereinrichtung

Topfkern

Hub

Wandunga Erste Spule

b Zweite Spulec Dritte Spulea Erster Senderb Zweiter Senderc Dritter Sender0 Ferritring

2 Wicklungsachse4 Empfängereinrichtung6a Erster Empfänger6b Zweiter Empfänger6c Dritter Empfänger 108 Luftspalt

110 Wicklungsachse

112 Sendereinrichtung

114 Empfängereinrichtung

116 Luftspalt

118a Spule

118b Spule

118c Spule

120a Spule

120b Spule

120c Spule

122 Kern

124 Kern

126 Sender-Symmetrieachse

128 Empfänger-Symmetrieachse

130 Ersatzschaltbild

132 Sendereinrichtung

134 Empfängereinrichtung

136 Erster Sender

138 Zweiter Sender

140 Erster Empfänger

142 Zweiter Empfänger

144 Erste kapazitive Einrichtung

146 Zweite kapazitive Einrichtung

150 Kondensatoreinrichtung

152 Erste Ringscheibe

154 Zweite Ringscheibe

155 Symmetrieachse

156 Luftspalt

158 Erste Ringscheibe

160 Zweite Ringscheibe

162 Luftspalt