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Title:
RECEIVING UNIT, TRANSMISSION UNIT, POWER TRANSMISSION SYSTEM AND METHOD FOR WIRELESS POWER TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/211414
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates firstly to a receiving unit (200) configured to interact with a transmission unit (100), separate from the receiving unit, for the purpose of wireless power transmission, which transmission unit (100) has a primary coil (L1) suppliable with a supply voltage (Uv), wherein the receiving unit (200) has a secondary coil (L2) to which a DC link capacitor (Cz) and an energy store (220) are connected via a power converter (210). According to the invention, the receiving unit (200) contains a device (240) for actuating the power converter (210) when a voltage is applied to the DC link capacitor (Cz) to provide an AC current (I) flowing through the secondary coil (L2) by actuating the power converter (210) so as thereby to generate an energy pulse (Ep). Secondly, the invention relates to a transmission unit (100) configured to interact with a receiving unit (200), separate from the transmission unit, for the purpose of wireless power transmission, wherein the transmission unit (100) has a primary coil (L1) suppliable with a supply voltage (Uv). There is in the transmission unit a device (140) for detecting a voltage (UI) induced in the primary coil when the supply voltage is disconnected from the primary coil (L1).

Inventors:
VASCONCELOS ARAUJO, Samuel (Katharinenstrasse 4, Esslingen, 73728, DE)
JIPTNER, Michael (Rieslingweg 5, Besigheim, 74354, DE)
Application Number:
EP2019/061320
Publication Date:
November 07, 2019
Filing Date:
May 02, 2019
Export Citation:
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Assignee:
KARDION GMBH (Quellenstraße 7, Stuttgart, 70376, DE)
International Classes:
H02J50/10; H02J7/02; H02J50/90; H04B5/00; H04B5/02
Domestic Patent References:
WO2010042054A12010-04-15
WO2009023905A12009-02-26
Foreign References:
EP2454799A22012-05-23
US20180078329A12018-03-22
US20150028805A12015-01-29
CN103942511A2014-07-23
CN106776441A2017-05-31
US6212430B12001-04-03
Attorney, Agent or Firm:
GAUSS, Nikolai et al. (Tübinger Str. 26, Stuttgart, 70178, DE)
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Claims:
p - re

- 19 -

Patentansprüche

1. Empfangseinheit (200), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Ener gieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sende- einheit (100) zusammenzuwirken, welche Sendeinheit (100) eine primä re Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) ver sorgbar ist, wobei die Empfangseinheit (200) eine sekundäre Spule (L2) aufweist, an die über einen Stromrichter (210) ein Zwischenkreiskon densator (Cz) und ein Energiespeicher (220) angebunden sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (240), die dazu ausgelegt ist, den Stromrichter (210) bei einer durch den Energiespeicher (220) an den Zwischenkreiskon- densator (Cz) angelegten Spannung so anzusteuern, dass ein die se kundäre Spule (L2) durchströmender Strom (I) bereitgestellt wird, der einen Energiepuls (Ep) erzeugt.

2. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter (210) als ein aktiver Gleichrichter ausgebildet ist.

3. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (240) dazu ausgelegt ist, den Stromrich ter (210) bei der durch den Energiespeicher (220) an den Zwischen- kreiskondensator (Cz) angelegten Spannung wiederholt so anzusteu ern, dass ein die sekundäre Spule (L2) durchströmender Wechselstrom (I) bereitgestellt wird, der einen Energiepuls (Ep) erzeugt.

4. Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (240) dazu ausgelegt ist, den

Stromrichter (210) bei der durch den Energiespeicher (220) an den Zwischenkreiskondensator (Cz) angelegten Spannung in vorgegebenen zeitlichen Abständen so anzusteuern, dass als Strom ein die sekundäre Spule (L2) durchströmender Wechselstrom (I) bereitgestellt wird, der ei nen Energiepuls (Ep) erzeugt.

5. Empfangseinheit (200) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (240) dazu ausgelegt ist, durch Ansteu ern des Stromrichters (210) den Energiepuls (Ep) solange wiederholt zu erzeugen, bis ein von der Sendeeinheit (100) ausgeführter Ladevor gang des Energiespeichers (220) erkannt wird.

6. Empfangseinheit (200) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu ausgebildet ist, unterhalb einer Haut (310) in einem menschlichen oder tierischen Körper angeordnet zu werden.

7. Sendeeinheit (100), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energie übertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangsein heit (200) zusammenzuwirken, wobei die Sendeeinheit (100) eine primäre Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) versorgbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (140) für das Erfassen einer in der primären Spule in duzierten Spannung (Ui) bei von der primären Spule (Li) getrennter Versorgungsspannung.

8. Sendeeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (140) für das Ausführen einer vorgegebenen Funktion auf grund der in der primären Spule (Li) erfassten induzierten Spannung (Ui) bei getrennter Versorgungsspannung dient.

9. Sendeeinheit (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine vorgegebene Funktion umfasst, an die primäre Spule (Li) die Versorgungsspannung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern.

10. Sendeeinheit (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (140) dazu dient, durch das Ansteuern eines Wechselrichters (1 10) an die primäre Spule (Li) die Versorgungsspan nung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Ener gieübertragung anzusteuern, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) oder eine davon abgeleitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.

1 1. Sendeeinheit (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (140) dazu dient, die primäre Spule (Li) nicht zur draht losen Energieübertragung anzusteuern, wenn der Wert der in der pri mären Spule induzierten Spannung (Ui) oder die davon abgeleitete Größe den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet oder nicht unterschreitet.

12. Sendeeinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , die dazu aus gebildet ist, auf einer Haut (310) außerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers angeordnet zu werden.

13. Energieübertragungssystem (300) zur drahtlosen Energieübertragung mit einer Sendeeinheit (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 und einer davon getrennten Empfangseinheit (200) nach einem der Ansprü che 1 bis 6.

14. Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines Energie übertragungssystems (300) nach Anspruch 13, wobei eine Energie übertragung automatisch gestartet wird, wenn ein mittels der Emp fangseinheit (200) erzeugter Energiepuls (Ep) in der primären Spule (Li) der Sendeinheit (100) eine Spannung induziert, und wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) oder eine davon abge leitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder un terschreitet.

Description:
Empfangseinheit, Sendeeinheit, Energieübertragungssystem und Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Empfangseinheit, eine Sendeeinheit, ein Energieübertragungssystem mit einer solchen Empfangseinheit und einer solchen Sendeeinheit, sowie ein Verfahren zur drahtlosen Energieübertra gung.

Zur Energieversorgung von Verbrauchern und insbesondere zum Laden von Energiespeichern kann eine drahtlose, insbesondere induktive Energieüber tragung verwendet werden. Bei dieser Art der Energieübertragung kann in einer Sendeeinheit mit einer primären Spule ein magnetisches Feld erzeugt werden, das in einer Empfangseinheit mit einer sekundären Spule eine Spannung und damit einen Stromfluss induziert.

Ein entscheidender Punkt für eine möglichst optimale und effiziente Energie übertragung bei einem solchen Energieübertragungssystem ist in der Regel, dass die Sendeeinheit und die Empfangseinheit möglichst optimal relativ zu einander positioniert werden. Dies betrifft insbesondere die darin vorhande nen Spulen. Bei zu unzureichend genauer Positionierung ist die Energieüber tragung aufgrund zu geringer, induzierter Spannung in der sekundären Spule in der Regel wenig effizient. Aufgrund gesetzlich vorgegebener Grenzwerte und Vorschriften für elektromagnetische Felder muss sichergestellt werden, dass die Sendeeinheit nur dann mit der Energieübertragung beginnt und ein Wechselfeld erzeugt, wenn sie auf einer Empfangseinheit platziert, d. h. rich tig positioniert ist.

Aus der CN 103 942 51 1 A ist beispielsweise ein solches Energieübertra gungssystem zur drahtlosen Energieübertragung bekannt, bei dem Infrarot oder Funktechnik zur besseren Positionierung vorgeschlagen werden. In der WO 2009/023905 A1 wird beispielsweise die Verwendung von Magneten vorgeschlagen, um die Sendeinheit relativ zur Empfangseinheit besser posi tionieren zu können. Aus der CN 106 776 441 A ist es bekannt, zu diesem Zweck sog. NFC-Chips (NFC steht dabei für engl.„Near Field Communicati- on“) zu verwenden. In der US 6 212 430 B1 wird eine freie Positionierung durch eine Spulen-Anordnung vorgeschlagen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einer Empfangseinheit, die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sendeeinheit zusammenzuwirken, die Funktion einer Positionier hilfe zu verleihen.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, das richtige Positionieren einer Sendeeinheit für das induktive Übertragen von elektrischer Energie zu einer in dem Körper einer Person angeordneten Empfangseinheit zu verein fachen.

Diese Aufgabe wird durch eine Empfangseinheit mit den Merkmalen des An spruchs 1 und eine Sendeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ge löst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine Idee der Erfindung ist es, dass der Sendeeinheit mitgeteilt wird, zu wel chem Zeitpunkt sie korrekt platziert bzw. positioniert ist und mit der Energie übertragung begonnen werden kann und zu welchem Zeitpunkt eine Aus sendung von Feldern nicht erlaubt ist.

Ein Problem mit der Identifikation der Sendeeinheit stellt sich insbesondere bei der sog. transkutanen Energieübertragung, bei der die Empfangseinheit unter der Haut in einem menschlichen Körper angeordnet bzw. implantiert ist. Eine solche transkutane Energieübertragung ist beispielsweise bei Kreislauf oder Herzunterstützungssystemen (sog. VAD-Systemen, von engl.„Ventricu- lar Assist Device“) vorteilhaft, da dann keine dauerhafte Wunde in der Haut vorhanden ist, durch welche ein Kabel geführt ist. Durch die Implantierung der Empfangseinheit unter der Haut ist diese nicht sichtbar und meist auch nicht oder nur schwierig erkennbar, was die optimale Positionierung der Sendeeinheit erschwert.

Auch besteht die Möglichkeit, dass die extrakorporale Sendeeinheit kurzeitig entfernt wird. In einem solchen Zeitraum sollte die extrakorporale Sendeein heit keine elektromagnetischen Felder aussenden, da sich sonst metallische Objekte im direkten Umfeld unzulässig erhitzen könnten. Die Sendeeinheit benötigt also eine Information über ihre aktuelle räumliche Positionierung.

Die Erfindung geht aus von einem Energieübertragungssystem zur drahtlo sen Energieübertragung mit einer Sendeeinheit und einer von der Sendein heit getrennten Empfangseinheit bzw. von einer solchen Sendeeinheit und einer solchen Empfangseinheit. Insbesondere ist die Empfangseinheit also dazu eingerichtet, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Emp fangseinheit getrennten Sendeeinheit zusammenzuwirken. Die Sendeinheit weist dabei eine primäre Spule auf, die mit einer vorgegebenen Versor gungsspannung versorgbar ist. Hierzu ist in der Regel auch ein Wechselrich ter, beispielsweise mit geeigneten Halbleiterschaltern, vorgesehen, um mit einer als Gleichspannung vorliegenden Versorgungsspannung eine Oszillati on der Spannung in der primären Spule zu erzeugen. Damit kann mittels der Sendeeinheit ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden.

Die Empfangseinheit weist entsprechend eine sekundäre Spule auf, an die über einen als Gleich- und Wechselrichter betreibbaren Stromrichter ein Zwi schenkreiskondensator bzw. allgemein eine Zwischenkreiskapazität ange bunden ist. Bei dem Stromrichter kann es sich insbesondere um einen akti ven Gleichrichter mit beispielsweise geeigneten Halbleiterschaltern handeln. Der Zwischenkreiskondensator, der im Falle der Energieübertragung geladen wird, dient insbesondere zum Glätten der in der sekundären Spule induzier- ten und dann gleichgerichteten Wechselspannung. Bei dieser Art der draht losen Energieübertragung handelt es sich damit, wie eingangs schon er wähnt, um eine induktive Energieübertragung.

An den Stromrichter ist dann ein Energiespeicher, beispielsweise ein Akku mulator bzw. eine aufladbare Batterie, angebunden, der - mittels der drahtlo sen bzw. induktiven Energieübertragung - geladen werden kann oder soll. Zusätzlich kann an den Stromrichter auch ein Verbraucher angebunden sein, der - mit der in dem Zwischenkreis bzw. an dem Zwischenkreiskondensator anliegenden Zwischenkreisspannung - mit Spannung und damit mit Energie versorgt wird.

Erfindungsgemäß ist die Empfangseinheit dazu eingerichtet, bei durch den Energiespeicher an den Zwischenkreiskondensator angelegter Spannung den Stromrichter derart anzusteuern, dass mittels der sekundären Spule ein Energiepuls erzeugt wird.

Der erzeugte Energiepuls kann auch als ein Energieimpuls verstanden wer den. Der Energiepuls entsteht dadurch, dass durch die sekundäre Spule ein Strompuls bzw. Stromimpuls geleitet wird, der zu einem sich zeitlich ändern den Spulenmagnetfeld führt.

Außerdem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sendeeinheit dazu eingerichtet ist, bei von der Versorgungsspannung getrennter primärer Spule eine in der primären Spule induzierte Spannung - dies kann durch den in der sekundären Spule der Empfangseinheit erzeugten Energiepuls erfolgen - zu erfassen und basierend darauf wenigstens eine vorgegebene Funktion aus zuführen. Die wenigstens eine vorgegebene Funktion umfasst dabei insbe sondere, an die primäre Spule die Versorgungsspannung anzulegen und die primäre Spule zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, und damit insbesondere, einen Ladevorgang des Energiespeichers zu starten, und zwar vorzugsweise automatisiert. Die Wirksamkeit oder Effektivität der Energieübertragung von der Sendeein heit auf die Empfangseinheit wird über den sog. Kopplungsfaktor bestimmt. Der Kopplungsfaktor ist ein Maß für die magnetische Wechselwirkung zwi- sehen der primären Spule und der sekundären Spule, welche insbesondere auch von der Positionierung der beiden Spulen zueinander abhängt. Je hö her der Kopplungsfaktor ist, desto besser bzw. effizienter ist die Energieüber tragung. Die Erfindung macht sich nun zunutze, dass die Richtung der Energieüber tragung bei einem Energieübertragungssystem mit Sendeinheit und Emp fangseinheit nicht nur von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit, sondern auch umgekehrt von der Empfangseinheit zur Sendeeinheit erfolgen kann. Hierzu ist dann eine ausreichende Spannungsversorgung in der Empfangs- einheit nötig, was durch den Energiespeicher sichergestellt werden kann. Ebenso muss der Stromrichter entsprechend - d. h. im Sinne eines Wechsel richters - angesteuert werden, sodass in der sekundären Spule zumindest kurzzeitig ein magnetisches Wechselfeld und damit ein Energiepuls erzeugt werden kann.

Dieser Energiepuls kann dann in der Sendeeinheit bzw. mittels der primären Spule erfasst bzw. identifiziert werden. Hierzu sollte an der primären Spule keine Versorgungsspannung anliegen, damit ein etwaiger Kondensator nicht geladen ist. Der Wechselrichter wird dabei dann als Gleichrichter verwendet bzw. angesteuert.

Auf diese Weise kann also ermittelt werden, ob die Sendeeinheit hinreichend genau relativ zur Empfangseinheit positioniert ist, da andernfalls der Ener giepuls nicht erfasst werden könnte oder zumindest nicht hinreichend gut. In diesem Zusammenhang ist es auch besonders zweckmäßig, wenn die Sen deeinheit dazu eingerichtet ist, an die primäre Spule die Versorgungsspan nung anzulegen und die primäre Spule zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung oder eine davon abgeleitete Größe, beispielsweise der erwähnte Kopplungs faktor, einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet (je nachdem, wie die die Größe bzw. der Schwellwert definiert sind).

Auf diese Weise kann also der Ladevorgang gestartet werden, insbesondere automatisch bzw. automatisiert, wenn die Sendeeinheit hinreichend genau relativ zur Empfangseinheit positioniert ist. Zweckmäßig ist es in diesem Zu sammenhang auch, wenn ein Signal, beispielsweise ein akustisches Signal ausgegeben wird, wenn der Schwellwert noch nicht überschritten ist, aber beispielsweise schon ein geringer Energiepuls erfasst wurde. Damit kann beispielsweise einem Benutzer zu erkennen gegeben werden, dass die Sen deeinheit erneut positioniert werden soll.

Vorzugsweise ist die Empfangseinheit dazu eingerichtet, dass der Energie puls wiederholt, insbesondere in vorgegebenen zeitlichen Abständen, er zeugt wird. Insbesondere kann der Energiepuls solange wiederholt erzeugt werden, bis ein von der Sendeeinheit ausgeführter Ladevorgang des Ener giespeichers erkannt wird.

Damit ist es beispielsweise möglich, eine erneute Positionierung der Sende einheit an der Empfangseinheit zu ermöglichen, wenn die Sendeeinheit zeit weise weiter von der Empfangseinheit entfernt wurde, wie dies im Fall eines Energieübertragungssystems zur transkutanen Energieübertragung bei spielsweise beim Duschen der Fall sei kann. Außerdem kann damit insbe sondere sichergestellt werden, dass die Sendeeinheit erst dann mit der Energieübertragung beginnt, wenn sie einen Energiepuls detektiert und damit korrekt auf der Empfangseinheit platziert bzw. positioniert ist, und nicht im unplatzierten Zustand unkontrolliert Felder aussendet. Mit anderen Worten ist die Sendeinheit also dazu eingerichtet, die primäre Spule nicht (bzw. noch nicht) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn (oder solange) der Wert der in der primären Spule induzierten Spannung oder die davon abgeleitete Größe den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet oder nicht unterschreitet (je nach Definition von Größe und Schwellwert).

Wenngleich die vorgestellte Sendeinheit sowie die vorgestellte Empfangs einheit für beliebige Arten der drahtlosen bzw. induktiven Energieübertragung vorteilhaft sind, ist es dennoch besonders zweckmäßig, wenn die Empfangs einheit dazu ausgebildet ist, unterhalb einer Haut in einem menschlichen o- der tierischen Körper angeordnet, insbesondere implantiert, zu werden, und/oder wenn die Sendeeinheit dazu ausgebildet ist, auf einer Haut außer halb eines menschlichen oder tierischen Körpers angeordnet zu werden. Damit dient das Energieübertragungssystem der eingangs erwähnten trans kutanen Energieübertragung. Hier kommen die erwähnten Vorteile beson ders deutlich zur Geltung, da - wie erwähnt - eine Positionierung bei unter der Haut angeordneter Empfangseinheit besonders schwierig ist.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Energieübertragungssystem zur drahtlosen Energieübertragung mit einer erfindungsgemäßen Sendeeinheit und einer davon getrennten erfindungsgemäßen Empfangseinheit.

Hinsichtlich der Vorteile sowie weiterer bevorzugter Ausgestaltungen des Energieübertragungssystems sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zur Sendeeinheit und zur Empfangseinheit verwiesen, die hier entsprechend gelten.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur drahtlosen Ener gieübertragung mittels eines erfindungsgemäßen Energieübertragungssys tems. Dabei wird, nachdem die Sendeeinheit initial relativ zu der Empfangs einheit positioniert wurde, eine Energieübertragung gestartet, wenn ein mit tels der Empfangseinheit erzeugter Energiepuls in der primären Spule der Sendeinheit eine Spannung induziert und wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung oder eine davon abgeleitete Größe, beispiels weise der erwähnte Kopplungsfaktor, einen vorgegebenen Schwellwert über- schreitet oder unterschreitet. Hierzu sei angemerkt, dass bei Umkehr des Leistungsflusses eine inverse Übertragungsfunktion gilt, d. h. die Spannung am Zwischenkreiskondensator ist umgekehrt proportional zum Kopplungsfak tor und proportional zur Eingangsspannung. Bei kleiner detektierter Ein gangsspannung liegt also ein großer Kopplungsfaktor und damit eine gute Platzierung bzw. Positionierung vor.

Insbesondere ermöglicht dies dem Benutzer des Energieübertragungssys tems, dass er, wenn der Wert der in der primären Spule der Sendeinheit in duzierten Spannung oder der davon abgeleiteten Größe den Schwellwert nicht überschreitet oder unterschreitet, die Sendeeinheit solange wiederholt neu positioniert, bis der Wert der in der der primären Spule der Sendeinheit induzierten Spannung oder der davon abgeleiteten Größe den Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.

Dies stellt eine besonders einfache und schnelle Möglichkeit für einen Benut zer des Energieübertragungssystems dar, die Sendeeinheit relativ zur Emp fangseinheit zu positionieren, sodass die Energieübertragung gestartet wer den kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit in ei nem Energieübertragungssystem; und Fig. 2 schematisch Spannungs- und Stromverläufe bei einem Betrieb des Energieübertragungssystems.

In Fig.1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Energieübertragungssystem 300 zur drahtlosen Energieübertragung in einer bevorzugten Ausführungs form dargestellt. Das Energieübertragungssystem weist hierbei eine Sende einheit 100 und eine davon getrennte Empfangseinheit 200 auf, jeweils ge mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Sendeeinheit 100 weist eine primäre Spule Li auf, an die über einen Wechselrichter 110, der vier mit Si bis S4 bezeichnete Halbleiterschalter, beispielsweise MOSFETs oder Bipolartransistoren, aufweist, eine Versor gungsspannung Uv anlegbar ist. Zudem sind ein Vorfilter 120 sowie eine Kompensationskapazität mit nicht näher bezeichneten Komponenten zwi schen den Wechselrichter 1 10 und die primäre Spule Li geschaltet. Die Kompensationskapazität dient bei resonanter Ansteuerung (Ansteuerung mit der Auslegungsfrequenz) als Blindleistungskompensation.

Bei angelegter Versorgungsspannung Uv und geeigneter Ansteuerung des Wechselrichters kann also mittels der Spule Li ein magnetisches Wechsel feld erzeugt werden.

Die Empfangseinheit 200 weist eine sekundäre Spule l_2 mit Kompensations kapazität auf, an die über einen Stromrichter 210 ein Zwischenkreiskonden sator Cz angebunden ist. An den Zwischenkreiskondensator Cz wiederum ist mittels zweier Halbleitschalter Ss und Se, die beispielsweise als MOSFETs oder Bipolartransistoren ausgebildet sein können und zusammen mit einer Induktivität und einer Kapazität insbesondere als Tiefsetzsteller dienen, eine Energiespeichereinheit 220 angebunden. Ein Verbraucher kann beispiels weise über die angedeuteten Anschlüsse angebunden sein. An der Energie speichereinheit kann beispielsweise - unter der Verwendung des erwähnten Tiefsetzstellers - eine Ausgangsspannung Uout mit einem Ausgangsstrom l out eingestellt werden.

Der Stromrichter 210 ist als aktiver Gleichrichter mit vier mit Si bis S4 be- zeichneten Halbleiterschaltern, beispielsweise MOSFETs oder Bipolartran sistoren, ausgebildet. Bei der Energiespeichereinheit 220 kann es sich ins besondere um einen Akkumulator bzw. eine aufladbare Batterie handeln.

Die Empfangseinheit 200 kann nun insbesondere dazu ausgebildet sein, un ter einer Haut, die hier mit 310 angedeutet ist, angeordnet bzw. implantiert zu sein, und beispielsweise für ein Kreislauf- oder Herzunterstützungssystem verwendet werden. Insbesondere kann die Energiespeichereinheit 220 zur Energieversorgung eines solchen Kreislauf- oder Herzunterstützungssystems verwendet werden.

Bei entsprechend außerhalb bzw. auf der Haut 310 positionierter Sendeein heit 100 wird - bei entsprechender Positionierung - eine Kopplung zwischen der primären Spule Li der Sendeeinheit 100 und der sekundären Spule l_2 der Empfangseinheit 200 erreicht.

Wird nun die Sendeinheit derart angesteuert bzw. betrieben, dass mittels der primären Spule Li ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird, wird durch die Kopplung eine Spannung bzw. ein Stromfluss in der sekundären Spule l_2 induziert. Dies wiederum führt dazu, dass der Zwischenkreiskondensator Cz geladen wird.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nun die Empfangseinheit 200 da zu eingerichtet, bei durch den Energiespeicher 220 an dem Zwischenkreis kondensator angelegter Spannung Uz den als aktiven Gleichrichter ausgebil deten Stromrichter 210 derart anzusteuern, dass mittels der sekundären Spule l_2 ein Energiepuls erzeugt wird, der hier mit Ep schematisch angedeu tet ist. Der als aktiver Gleichrichter ausgebildete Stromrichter 210 wird hierzu also insbesondere im Sinne eines Wechselrichters angesteuert. Denkbar ist jedoch auch, durch Ansteuern des als aktiver Gleichrichter ausgebildeten Stromrichters 210 an die sekundäre Spule l_2 nur einen kurzen Spannungs puls mit ansteigender Flanke anzulegen, um so ein ansteigendes magneti sches Feld zu erzeugen.

Für dieses Ansteuern des als aktiver Gleichrichter ausgebildeten Stromrich ters 210 kann beispielsweise eine in der Empfangseinheit 200 integrierte Re cheneinheit 240 verwendet werden. Die Recheneinheit 240 bildet dann eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Stromrichter 210 bei einer durch den Energiespeicher 220 an den Zwischenkreiskondensator Cz angelegten Spannung so anzusteuern, dass ein die sekundäre Spule l_2 durchströmen der Wechselstrom I bereitgestellt wird, der einen Energiepuls Ep erzeugt.

Die Sendeeinheit 100 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dazu einge richtet, bei von der Versorgungsspannung Uv getrennter primärer Spule Li eine in der primären Spule induzierte Spannung Ui zu erfassen. Diese indu zierte Spannung Ui wird hier beispielhaft über einem Widerstand abgegriffen. Hierzu kann auch eine geeignete Spannungsmesseinrichtung verwendet werden, die beispielsweise in der gezeigten und in der Sendeinheit 100 inte grierten Recheneinheit 140 vorgesehen sein kann.

Denkbar ist jedoch auch, dass die induzierte Spannung nicht, wie dargestellt, nach der Gleichrichtung des in der primären Spule Li induzierten Span- nungs- bzw. Energiepulses, sondern davor abgegriffen bzw. erfasst wird. Auch hierzu kann auch eine geeignete Spannungsmesseinrichtung verwen det werden, die beispielsweise in der gezeigten und in der Sendeinheit 100 integrierten Recheneinheit 140 vorgesehen sein kann.

Die Rechnereinheit 140 bildet so eine Einrichtung für das Erfassen einer in der primären Spule induzierten Spannung Ui bei von der primären Spule Li getrennter Versorgungsspannung. Wenn dann der Wert der induzierten Spannung Ui unterhalb eines vorgege benen Schwellwertes liegt, kann davon ausgegangen werden, dass die bei den Spulen Li und L2 hinreichend genau zueinander positioniert sind und es kann der Ladevorgang des Energiespeichers 220 gestartet werden. Hierzu kann dann zunächst die Versorgungsspannung Uv wieder an die primäre Spule Li angelegt werden und in der Empfangseinheit 200 kann der aktive Gleichrichter 210 wieder als Gleichrichter betrieben werden. Die in die Sendeeinheit 100 integrierte Recheneinheit 140 bewirkt, dass auf grund der in der primären Spule Li erfassten induzierten Spannung Ui bei getrennter Versorgungsspannung eine vorgegebene Funktion ausgeführt wird, die darin besteht, dass an die primäre Spule Li die Versorgungsspan nung Uv angelegt und die primäre Spule Li zur drahtlosen Energieübertra- gung angesteuert wird.

Der Wechselrichter 1 10 wird dann mittels der Recheneinheit 140 so ange steuert, dass an die primäre Spule Li die Versorgungsspannung Uv angelegt und in der primären Spule Li ein Stromfluss zur drahtlosen Energieübertra- gung bewirkt wird, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung Ui oder eine davon abgeleitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.

Die Recheneinheit 140 ist damit eine Einrichtung, die für das Ausführen einer vorgegebenen Funktion aufgrund der in der primären Spule Li erfassten in duzierten Spannung Ui bei getrennter Versorgungsspannung dient.

In Fig. 2 sind schematisch Spannungs- und Stromverläufe bei Verwendung eines Energieübertragungssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung dargestellt. Hierzu sind im oberen Diagramm die in der Sendeeinheit induzierte Spannung Ui in V, im mittleren Diagramm ein Strom I in A in dem Schwingkreis, der in der Empfangseinheit mit der sekundären Spule L2 gebildet wird, und im unteren Diagramm die diesem Strom I ent sprechende, an dem Schwingkreis anliegende zugehörige Spannung U in V, jeweils über der Zeit t in s aufgetragen.

Hier ist zu sehen, dass durch eine geeignete Ansteuerung der Empfangsein heit 200 bzw. der sekundären Spule l_2 und den damit erzeugten Energiepuls Ep eine Spannung in der primären Spule in der Sendeinheit induziert werden kann, mit der beispielsweise ein mit der primären Spule verbundener Kon densator (der beispielsweise parallel zur Versorgungsspannung geschaltet sein kann) geladen wird.

Ein solcher Energiepuls kann dann beispielsweise in vorgegebenen zeitli chen Abständen von beispielsweise 30 s wiederholt erzeugt werden und, sobald in der Sendeeinheit ein hinreichender Wert der induzierten Spannung gemessen wird, kann die Sendeeinheit in den regulären Betriebsmodus zur Energieübertragung übergehen.

Die Dauer eines solchen Energiepulses kann sehr kurz gewählt werden, bei spielsweise höchstens eine Sekunde, sodass sichergestellt werden kann, dass keine unerwünschte Erwärmung in der Nähe befindlicher metallischer Gegenstände auftritt.

Denkbar ist beispielsweise, dass die Sendeeinheit solange relativ zur Emp fangseinheit neu positioniert wird, bis die induzierte Spannung den vorgege benen Schwellwert erreicht und/oder bis der Ladevorgang automatisch bzw. automatisiert startet. Des Weiteren kann festgestellt werden, dass ein Positi onierungsversuch erfolgt ist und es kann alternativ ein anderes Positionie rungsverfahren angewendet werden. In diesem Fall dient der Leistungspuls lediglich als Startsignal für die Sendeeinheit.

Zudem wird damit ermöglicht, dass der Ladevorgang alleine durch Positionie rung der Sendeeinheit automatisch bzw. automatisiert und insbesondere oh- ne weiteres Zutun starten kann, da der Sendeeinheit über den Energiepuls ein Startsignal erteilt wird.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten:

Die Erfindung betrifft zum einen eine Empfangseinheit 200, die dazu einge richtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Empfangs einheit getrennten Sendeeinheit 100 zusammenzuwirken, welche Sendein heit 100 eine primäre Spule Li aufweist, die mit einer Versorgungsspannung Uv versorgbar ist, wobei die Empfangseinheit 200 eine sekundäre Spule l_2 aufweist, an die über einen Stromrichter 210 ein Zwischenkreiskondensator Cz und ein Energiespeicher 220 angebunden sind. Die Empfangseinheit 200 enthält eine Einrichtung 240 zum Ansteuern des Stromrichters 210 bei einer an den Zwischenkreiskondensator Cz angelegter Spannung für das Bereit stellen eines die sekundäre Spule l_2 durchströmenden Wechselstroms I durch Ansteuern des Stromrichters 210 um damit einen Energiepuls Ep zu erzeugen.

Zum anderen betrifft die Erfindung eine Sendeeinheit 100, die dazu einge richtet ist, zur drahtlosen Energieübertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangseinheit 200 zusammenzuwirken, wobei die Sendeein heit 100 eine primäre Spule Li aufweist, die mit einer Versorgungsspannung Uv versorgbar ist. In der Sendeeinheit gibt es eine Einrichtung 140 für das Erfassen einer in der primären Spule induzierten Spannung Ui bei von der primären Spule Li getrennter Versorgungsspannung.

Insbesondere betrifft die Erfindung die in den folgenden Klauseln angegebe nen Aspekte:

1. Empfangseinheit (200), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Ener gieübertragung mit einer von der Empfangseinheit getrennten Sende- einheit (100) zusammenzuwirken, welche Sendeinheit (100) eine primä re Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) ver sorgbar ist, wobei die Empfangseinheit (200) eine sekundäre Spule (L2) aufweist, an die über einen Stromrichter (210) ein Zwischenkreiskon densator (Cz) und ein Energiespeicher (220) angebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (200) dazu eingerichtet ist, bei durch den Energie speicher (220) an dem Zwischenkreiskondensator (Cz) angelegter Spannung den Stromrichter (210) derart anzusteuern, dass mittels der sekundären Spule (L2) ein Energiepuls (Ep) erzeugt wird.

Empfangseinheit (200) nach Klausel 1 , wobei der Stromrichter (210) als aktiver Gleichrichter ausgebildet ist.

Empfangseinheit (200) nach Klausel 1 oder 2, die dazu eingerichtet ist, dass der Energiepuls (Ep) wiederholt, insbesondere in vorgegebenen zeitlichen Abständen, erzeugt wird.

Empfangseinheit (200) nach Klausel 3, die dazu eingerichtet ist, dass der Energiepuls (Ep) solange wiederholt erzeugt wird, bis ein von der Sendeeinheit (100) ausgeführter Ladevorgang des Energiespeichers (220) erkannt wird.

Empfangseinheit (200) nach einem der vorstehenden Klauseln, die da zu ausgebildet ist, unterhalb einer Haut (310) in einem menschlichen oder tierischen Körper angeordnet zu werden.

Sendeeinheit (100), die dazu eingerichtet ist, zur drahtlosen Energie übertragung mit einer von der Sendeeinheit getrennten Empfangsein heit (200) zusammenzuwirken, wobei die Sendeeinheit (100) eine primäre Spule (Li) aufweist, die mit einer Versorgungsspannung (Uv) versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (100) dazu eingerichtet ist, bei von der Versorgungs spannung getrennter primärer Spule (Li) eine in der primären Spule in duzierte Spannung (Ui) zu erfassen und basierend darauf wenigstens eine vorgegebene Funktion auszuführen. Sendeeinheit (100) nach Klausel 6, wobei die wenigstens eine vorge gebene Funktion umfasst, an die primäre Spule (Li) die Versorgungs spannung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern. Sendeeinheit (100) nach Klausel 6 oder 7, die dazu eingerichtet ist, an die primäre Spule (Li) die Versorgungsspannung (Uv) anzulegen und die primäre Spule (Li) zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) o- der eine davon abgeleitete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet. Sendeeinheit (100) nach Klausel 8, die dazu eingerichtet ist, die primä re Spule (Li) nicht zur drahtlosen Energieübertragung anzusteuern, wenn der Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) o- der die davon abgeleitete Größe den vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet oder nicht unterschreitet. Sendeeinheit (100) nach einer der Klauseln 6 bis 9, die dazu ausgebil det ist, auf einer Flaut (310) außerhalb eines menschlichen oder tieri schen Körpers angeordnet zu werden. Energieübertragungssystem (300) zur drahtlosen Energieübertragung mit einer Sendeeinheit (100) nach einer der Klauseln 6 bis 10 und einer davon getrennten Empfangseinheit (200) nach einer der Klauseln 1 bis 5. Verfahren zur drahtlosen Energieübertragung mittels eines Energie übertragungssystems (300) nach Klausel 1 1 , wobei eine Energieüber tragung automatisch gestartet wird, wenn ein mittels der Empfangsein heit (200) erzeugter Energiepuls (Ep) in der primären Spule (Li) der Sendeinheit (100) eine Spannung induziert, und wenn ein Wert der in der primären Spule induzierten Spannung (Ui) oder eine davon abgelei tete Größe einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unter schreitet.

Bezuqszeichenliste

100 Sendeeinheit

1 10 Wechselrichter

120 Vorfilter

140 Recheneinheit

200 Empfangseinheit

210 Stromrichter / Gleichrichter

220 Energiespeichereinheit / Energiespeicher 240 Recheneinheit

300 Energieübertragungssystem

310 Haut

Cz Zwischenkreiskondensator

Ep Energiepuls

I Strom

lout Ausgangsstrom

Li primäre Spule

l_2 sekundäre Spule

Si bis S6 Halbleiterschalter

t Zeit

U Spannung

Uout Ausgangsspannung

Ui induzierte Spannung

Uv Versorgungsspannung

Uz Spannung