Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Leistung und Information.

Aus der DE 103 49 242 B3 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Leistung und Information bekannt.

Die US 6,091 ,782 A offenbart ein Verfahren bei dem die digitalen Amplituden-Werte eines mehrfach gesendeten mehrstufigen Signals in zu einer Sendung korrespondierenden Stellen eines Speichers gespeichert werden. Gleichzeitig wird ein Satz von Amplituden-Werten aus den Stellen des Speichers ausgelesen und mit Entscheidungs-Grenzwert-Bändern, welche entsprechende Datensymbole darstellen, verglichen. Eine Entscheidung fällt zu Gunsten des Datensymbols einer korrespondierenden Entscheidungs-Grenzwert-Bandes, wenn die Mehrzahl des Satzes der Amplituden-Werte in dem Entscheidungs-Grenzwert-Band liegen, oder zu Gunsten des Datensymbols desjenigen Entscheidungs-Grenzwert-Bandes, in welchem ein Amplituden-Wert liegt oder zu welchem ein Amplituden-Wert am nächsten liegt, wenn kein anderer Amplituden-Wert näher an einem anderen Entscheidungs-Grenzwert- Band liegt.

Die US 4,577,332 A betrifft ein gattungsgemäßes Verfahren, bei welchem digitale Signale zweimal gesendet werden. Eine Empfangsvorrichtung entschlüsselt die beiden Signale und bestimmt einen Wert und eine Abweichung jedes Signals von einem vorgegeben Niveau. Eine Wichtung, welche umgekehrt proportional zur Abweichung ist, wird jedem Signal zugeordnet. Der Wert desjenigen Signals mit der größeren Wichtung wird als korrekt angenommen.

Ein Verfahren, um eine 3/5 Mehrheitsentscheidung für TACS/AMPS Mobiltelefonsysteme auszuführen, wird in der US 6,412,094 B1 offenbart. Jedes Wort eines Datenrahmens wird fünf Mal wiederholt und jedem Bit eines Wortes wird ein Wert gegeben, in dem eine Mehrheitsentscheidung über die fünf Wiederholungen getroffen wird.

BESTATIGUNGSKOPIE Die US 4, 128,809 A offenbart einen Diversity-Empfänger, um wiederholt empfangene Signal- Bits unter Beachtung eines maximalen Niveaus und/oder eines bevorzugt empfangenen Signal-Bits zu verarbeiten.

Aus der US 4,264,955 A ist ein Entscheidungsschaltkreis bekannt, welcher ein richtiges Ausgangssignal bereitstellt, welches aus den zwei nächstliegenden Signalniveaus von drei Eingangssignalen hergeleitet ist, wobei die drei Eingangssignale alle die Messung desselben Phänomens betreffen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur berührungslosen Übertragung von elektrischer Leistung und Information weiterzubilden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 bei der Empfangseinheit nach Anspruch 11 und bei der Vorrichtung nach Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zur Entstörung eines aus Symbolen aufgebauten Signals sind, dass jedes Symbol zweifach als erstes Symbol und zweites Symbol zeitlich hintereinander gesendet wird, so dass ein Abschnitt eines Symbols einem Abschnitt des ersten Symbols und einem Abschnitt des zweiten Symbols entspricht, wobei ein Detektor die Störungen im ersten und/oder zweiten Symbol erkennt und einen Wert an einen Entscheider übermittelt, wobei der Entscheider ein entstörtes Symbol aus dem ersten und zweiten Symbol auf Grundlage des Wertes nach folgendem Entscheidungsmuster erzeugt: in einem Abschnitt erster Art erkennt der Detektor eine Störung im ersten Symbol und eine Störungsfreiheit im zweiten Symbol, worauf der Entscheider das entstörte Symbol für diesen Abschnitt erster Art gleich dem zweiten Symbol setzt, in einem Abschnitt zweiter Art erkennt der Detektor eine Störung im zweiten Symbol und eine Störungsfreiheit im ersten Symbol, worauf der Entscheider das entstörte

Symbol für den Abschnitt zweiter Art gleich dem ersten Symbol setzt, in einem Abschnitt dritter Art erkennt der Detektor eine Störung im ersten Symbol und im zweiten Symbol, worauf der Entscheider das entstörte Symbol für den Abschnitt dritter Art gleich einem Mittelwert aus dem ersten und zweiten Symbol setzt, in einem Abschnitt vierter Art erkennt der Detektor eine Störungsfreiheit im ersten Symbol und im zweiten Symbol, worauf der Entscheider das entstörte Symbol für den Abschnitt dritter Art gleich einem Mittelwert aus dem ersten und zweiten Symbol setzt. Von Vorteil ist dabei, dass zeitlich begrenzte Störungen bei guter Ausnutzung der Bandbreite sicher eliminiert werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erkennt der Detektor die Störungen, wenn das Signal einen Schwellwert überschreitet. Von Vorteil ist dabei, dass eine Störung sicher detektiert wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung detektiert der Detektor die Störungen mittels Mustererkennung, insbesondere Korrelation oder Autokorrelation. Von Vorteil ist dabei, dass auch komplizierte Störungen erkannt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das dem Detektor zugeführte Signal hochpassgefiltert. Von Vorteil ist dabei, dass das Signal vom Detektor fern gehalten wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden das erste Symbol und das zweite Symbol durch ein Speicher-Element, insbesondere eine FIFO-Element, zeitlich übereinander gelegt. Von Vorteil ist dabei, dass die Symbole zeitgleich verarbeitet werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden ein Störwert des Detektors der dem ersten Symbol entspricht mit einem Störwert des zweiten Symbols zeitlich durch ein weiteres Speicher-Element überlagert und somit wird aus zwei n-bitigen Störwerten der Wert als zwei mal-n-bitig gebildet, insbesondere wobei n gleich eins ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Informationen über die Störungen in dem ersten und zweiten Symbol zeitgleich vorliegen und verarbeitet werden können.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung entspricht der Wert einer Gewichtung einer Stärke der Störung, welche der Detektor ermittelt und in dem dritten Abschnitt bei gleichzeitigem Vorliegen einer Störung im ersten und zweiten Symbol der Entscheider das entstörte Symbol entsprechend der Gewichtung der Störungen aus dem ersten und zweiten Symbol berechnet. Von Vorteil ist dabei, dass auch bei Vorliegen einer Störung für den gleichen Informationsabschnitt im ersten und zweiten Symbol eine effektive Entstörung des Signals möglich ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung treten die Störungen zumindest teilweise periodisch auf und das erste Symbol und das zweite Symbol sind in einer Periode angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass die Störung nie im ersten und zweiten Symbol auftreten kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ein OFDM-Verfahren zur Signalübertragung verwendet wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein OFDM-Verfahren

Störungen im Frequenzbereich gut vermeiden kann und somit eine optimale Entstörung im Frequenzbereich und im Zeitbereich gegeben ist.

Wichtige Merkmale bei der elektronischen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sind, dass das Verfahren durchführbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine elektronische Anordnung flexibel und günstig herstellbar ist.

Wichtige Merkmale bei der Empfangseinheit für ein Signal, welches aus OFDM-Symbolen aufgebaut ist, sind, dass die Empfangseinheit einen Analog-Digital-Wandler und einen daran anschließenden digitalen OFDM-Decoder aufweist, wobei zwischen dem Analog-Digital- Wandler und dem digitalen OFDM-Decoder eine elektronische Anordnung angeordnet ist, welche ein oben beschriebenes Verfahren ausführt. Von Vorteil ist dabei, dass das Verfahren einfach in ein OFDM-Verfahren integrierbar ist.

Wichtige Merkmale bei der Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Leistung und Information von einem ersten Teil auf ein relativ zum ersten Teil bewegliches zweites Teil, sind, dass eine Wechselspannungs- oder Wechselstromquelle eine Spannung oder einen Strom, welche eine erste Frequenz aufweist, in einen Primärleiter des ersten Teils einprägt, wobei das zweite Teil eine Sekundärwicklung umfasst, die an den Primärleiter elektromagnetisch gekoppelt ist, wobei auf den Primärleiter zusätzliche Datensignale mit einer Trägerfrequenz, welche höher ist als die erste Frequenz aufgekoppelt oder aufmoduliert sind, wobei das Datensignal mit einem oben beschriebenen Verfahren entstört wird. Von Vorteil ist dabei, dass Daten sicher und mit hoher Ausbeute der Bandbreite berührungslos übertragbar sind. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das zweite Teil die Empfangseinheit auf. Von Vorteil ist dabei, dass das Datensignal sicher und mit geringer Fehlerrate übertragbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das erste Teil einen Einspeisesteller auf, welcher aus einer Netzspannung eine dreistufige Rechteckspannung, welche die erste Frequenz aufweist, wandelt und vorzugsweise über eine spannungsgesteuerte Stromquelle in den Primärleiter einprägt. Von Vorteil ist dabei, dass eine periodische Störung auftritt, welcher einfach und zuverlässig mit dem oben beschriebenen Verfahren herausgefiltert werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sekundärwicklung an den Primärleiter induktiv gekoppelt, wobei der Sekundärwicklung eine Kapazität in Reihe oder parallel zugeschaltet ist, wobei die zugehörige Resonanzfrequenz der ersten Frequenz im Wesentlichen entspricht. Von Vorteil ist dabei, dass Energie und das Datensignal mit hoher effizient übertragbar sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Bezugszeicheniiste

I Einspeisevorrichtung 5 2 bewegliches Teil

3 induktive Kopplung

10 Signal

I I ein Symbol

12 erstes Symbol des Symbols

10 14 zweites Symbol des Symbols

15 ein weiteres Symbol

16 erstes Symbol des weiteren Symbols 18 zweites Symbol des weiteren Symbols 20 erste Störung

15 22 zweite Störung

24 dritte Störung

26 vierte Störung

30 entstörtes Symbol des Symbols

32 weiteres entstörtes Symbol des weitern Symbols

20 36 Signaleingang

38 Signalausgang

40 Detektor

42 Entscheider

44 Speicherelement

25 46 weiteres Speicherelement

48 erster Vervielfacher

50 Addierelement

52 zweiter Vervielfacher

54 Analog-Digital-Wandler

30 60 Einspeisesteiler

62 Gleichrichter

64 Zwischenkreiskondensator

66 Wechselrichter Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen rein schematisch:

Fig. 1 ein Signal aus Symbolen mit Störungen; Fig. 2 entstörtes Signal, welches aus dem Signal in Figur 1 gebildet wird;

Fig. 3 Prinzipskizze einer Signalverarbeitung für ein erfindungsgemäßes Verfahren;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energie- und Signalübertragung; und

Fig. 5 eine Spannungsquelle.

Figur 1 zeigt ein aus Symbolen 11 , 15 aufgebautes Signal 10. Jedes Symbol 11 , 15 wird zweifach als erstes Symbol 12, 16 und zweites Symbol 14, 18 zeitlich hintereinander gesendet. Die in Figur 1 gezeigte dreieckige Darstellung der Symbole 12, 14, 16, 18 ist rein schematisch. Ein Abschnitt eines Symbols 11 , 15 entspricht einem Abschnitt des ersten Symbols 12, 16 und einem Abschnitt des zweiten Symbols 14, 18.

Während des Signals 10 treten Störungen 20, 22, 24, 26 auf. Die Störungen 20, 22, 24, 26 sind zeitlich begrenzt und treten zeitlich periodisch oder aperiodisch auf. Bei einer periodischen Störung ist die Periode größer als die Zeit in welcher das erste Symbol 12, 16 und das zweite Symbol 14, 18 gesendet werden, so dass nur eines der beiden Symbole des ersten und zweiten Symbols 12, 16, 14, 18 durch die periodische Störung gestört werden.

Zum Beispiel liegt eine erste Störung 20 in einem Anfangsbereich des ersten Symbols 12 und stört so einen ersten Abschnitt des ersten Symbols 12 des Symbols 11 , welcher einem ersten Abschnitt des Symbols 11 entspricht. Der erste Abschnitt des zweiten Symbols 14 des Symbols 11 ist ungestört, das heißt es tritt keine Störung auf. Dadurch ist der erste Abschnitt des Symbols 11 durch das zweite Symbol 14 des Symbols 11 ohne Störung übertragen.

Eine zweite Störung 22 tritt im zweiten Symbol 14 des Symbols 11 auf, eine dritte Störung 24 im ersten Symbol 16 des weiteren Symbols 15 und eine vierte Störung 26 im zweiten Symbol 18 des weiteren Symbols 15. In diesem Beispiel ist jeder zeitliche Abschnitt des Symbols 11 oder des weitern Symbols 15 wenigstens durch eines der ersten Symbole 12, 16 oder der zweiten Symbole 14, 18 ohne Störung. Es ist auch denkbar, dass bei einem gesendeten Symbol zufällig eine beliebige Störung im ersten Symbol und im zweiten Symbol des gesendeten Symbols so aufritt, dass ein Abschnitt des gesendeten Symbols im ersten und zweiten Symbol eine Störung aufweist. Aber selbst in diesem Fall verbessert das erfindungsgemäße Verfahren die Signalübertragung.

Figur 2 zeigt ein aus dem Symbol 11 bzw. dem weiteren Symbol 15 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengesetztes entstörtes Symbol 30 bzw. ein weiteres entstörtes Symbol 32.

Das entstörte Symbol 30 ist aus dem ersten Symbol 12 und dem zweiten Symbol 14 des Symbols 11 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammengesetzt. Dabei lassen sich in diesem Fall drei Arten von unterschiedlichen zeitlichen Abschnitten des Symbols 11 unterscheiden. Da das erste Symbol 12 und das zweite Symbol 14 dieselbe Information übertragen, lassen sie sich zeitlich übereinanderlegen und die geeigneten Störungsfreien Abschnitte verwenden.

Dies geschieht nach folgendem Entscheidungsmuster. In einem Abschnitt erster Art liegt eine Störung, in dem Beispiel aus Figur 1 die erste Störung 20 und die dritte Störung 24 im ersten Symbol 12, 16 und eine Störungsfreiheit im zweiten Symbol 14, 18 vor. Somit ist das entstörte Symbol 30 bzw. das weitere entstörte Symbol 32 für diesen Abschnitt erster Art gleich dem zweiten Symbol 14, 18.

In einem Abschnitt zweiter Art liegt eine Störung, in dem Beispiel aus Figur 1 die zweite Störung 22 und die vierte Störung 26 im zweiten Symbol 14, 18 und eine Störungsfreiheit im ersten Symbol 12, 16 vor. In diesem Fall wird das entstörte Symbol 30, bzw. das weitere entstörte Symbol 32 gleich dem ersten Symbol 12, 16 gesetzt.

In einem Abschnitt dritter Art, welche im Beispiel in Figur 1 nicht dargestellt ist, liegt eine Störung im ersten Symbol und im zweiten Symbol vor. Das entstörte Symbol für den Abschnitt dritter Art wird aus einem Mittelwert aus dem ersten und zweiten Symbol gebildet.

In einem Abschnitt vierter Art liegt eine Störungsfreiheit im ersten Symbol und im zweiten Symbol vor. Dies entspricht dem größten Teil und mehreren zeitlichen Abschnitten des in Figur 1 dargestellten Symbols 11 und des weiteren Symbols 15. Das entsprechend entstörte Symbol 30 bzw. weitere entstörte Symbol 32 ist für diesen Abschnitt vierter Art gleich einem Mittelwert aus dem ersten und zweiten Symbol.

Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. ein 5 Blockschaltbild für eine elektronische Schaltung auf welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführbar ist oder ein Computerprogrammablauf für das erfindungsgemäße Verfahren. Zum Beispiel lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf einem FPGA realisieren.

10 Bei einer Realisierung zur Entstörung eines OFDM-Signals wird das Verfahren in einer Empfangseinheit für das OFDM-Verfahren implementiert. Ein Signaleingang 36 leitet das empfangene Signal, wie zum Beispiel in Figur 1 gezeigt, auf einen Analog-Digital-Wandler 54. Der Analog-Digital-Wandler 54 weist eine digitale zeitliche Auflösung und ein digitale Tiefe, d.h. eine Amplitudendiskretisierung, auf

15

Das Analog-Digital gewandelte Signal wird einem Detektor 40 einem Speicherelement 44, einem Addierelement 50 und einem zweiten Vervielfacher 52 zugeführt. Das Speicherelement 44 dient als Verzögerungslinie, zum Beispiel als FIFO-Element, zur zeitlichen Überlagerung des ersten Symbols 12, 16 mit dem entsprechenden zweiten Symbol

20 14, 18. Dafür weist das FIFO-Element eine Speicherkapazität auf, welche der zeitlichen Länge eines ersten oder zweiten Symbols entspricht. Der Ausgang des Speicherelementes liegt an einem ersten Vervielfacher und dem Addierelement an.

Der Detektor 40 erkennt eine Störung im Signal. In dem Beispiel aus Figur 1 erkennt der 25 Detektor die erste, zweite, dritte und vierte Störung 20, 22, 24, 26. Bei betragsmäßig großen Störungen lassen sich diese mittels eines Schwellwertes erkennen. Es gibt aber auch weitere Verfahren wie Mustererkennung, Korrelationsverfahren etc. zur Erkennung von unterschiedlichen Störungen.

30 Der Detektor 40 gibt einen Störwert mit der digitalen Auflösung des Analog-Digital-Wandlers 54 aus. Der Störwert unterscheidet zwischen dem Vorliegen einer Störung oder einer Störungsfreiheit im Signal mit einer digitalen Tiefe von 1, d.h. der Störwert ist 1 -bitig. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Störwert auch eine Stärke der Störung widerspiegeln. Der Störwert wird über ein weiteres Speicherelement 46 einem Entscheider

35 42 zugeführt. Das weitere Speicherelement 46 dient als Verzögerungslinie für den Störwert, so dass am Entscheider 42 ein Wert vorliegt, der dem Störwert für das erste Symbol und für das zweite Symbol entspricht. Somit liegt ein 2-bitiger Wert vor, welcher die Information enthält, ob im ersten und/oder zweiten Symbol eine Störung für diesen diskreten Zeitpunkt eine Störung vorliegt.

Der Entscheider 42 ist zum Beispiel als Multiplexer ausgeführt, welcher, getaktet mit der digitalen Auflösung, Ausgänge des ersten und zweiten Vervielfachers und des Addierers auf einen Signalausgang 38 schaltet. Auf Grundlage des Wertes setzt der Entscheider 42 ein Ausgangssignal entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zusammen, wie zum Beispiel das in Figur 2 gezeigte entstörte Signal aus dem in Figur 1 gezeigten Signal 10.

Der erste und zweite Vervielfacher 48, 52 multiplizieren das entsprechend bei ihnen eingegangene digitale Signal vorzugsweise mit dem Faktor zwei. Es ist auch möglich bei einer weiteren, nicht gezeigten Ausführungsform den ersten und zweiten Vervielfacher 48, 52 wegzulassen und zwischen den Addierer 50 und den Entscheider 42 einen Dividierer einzufügen, welcher das Addierte Signal wieder halbiert.

Der Signalausgang 38 ist dann an die weiteren Elemente einer Empfangseinheit, wie zum Beispiel, Multiplexer, FFT-Einheit, Demodulator etc. angeschlossen.

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Signal und Energieübertragung. Die Vorrichtung weist eine Einspeisevorrichtung 1 und bewegliche Teile 2 auf. Die beweglichen Teil 2 sind über je eine induktive Kopplung 3 mit einem Primärleiter 4 gekoppelt. Die Vorrichtung ist näher in der DE 103 49 242 B3 beschrieben.

Über den Primärleiter 4 wird Energie aus der Einspeisevorrichtung zu den beweglichen Teilen 2 übertragen. Zusätzlich wird über den Primärleiter 4 auch ein Signal zur Datenübertragung zwischen der Einspeisevorrichtung 1 und den beweglichen Teilen 2 und/oder unter den beweglichen Teilen 2 übertragen. Dazu weisen die beweglichen Teile 2erfindungsgemäße Empfangseinheiten auf, auf welchen das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird.

Die Einspeisevorrichtung 1 weist zum Beispiel einen in Figur 5 gezeigten Einspeisesteller 60 auf. Der Einspeisesteller 60 formt aus einer am Gleichrichter 62 angeschlossenen Netzspannung über einen Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator 64 eine Wechselspannung U _A . Ein Wechselrichter 66 des Einspeisestellers 60 weist dazu mindestens zwei Schalter S, und S ₂ auf. Das Schalten der Schalter verursacht Impulsstörungen, welche das Signal zur Datenübertragung auf dem Primärleiter stören. Dieses Signal kann vorteilhafterweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beziehungsweise der erfindungsgemäßen Empfangseinheit entstört werden.