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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Induktive energieübertragung


Autor: tom (Gast)
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Hallo Leute
Für ein neues Projekt ist angedacht eine berührungslose induktive 
Energieversorgung für die Elektronik + Motor zu realisieren.
Folgende Randbedingungen habe ich:
Versorgung Primär: 7,5...11VDC
Sekundär: 6V/0,3A
Luftspalt: ca. 3mm (müsste zu schaffen sein)
Durchmesser des primären Spulenträgers: ca. 60mm
Der Spulenkörper des Primärteils ist fest, der Sekundärteil ist drehbar.
Weiss irgenjemand wie man sowas berechnet bzw. wie man dies mal grob 
abschätzten könnte. Spannung sekundär zu primär über 
Übersetzungsverhältnis? Wie rechne ich mir die primäre Leistung aus, 
bzw. die Verluste?

Kann ich die Primärseite mit einer getakteten DC-Spannung ansteuern.

Ich hab mich auch schon durch die bisherigen Forenbeiträge gelesen und 
gegoogelt, aber so richtig schlau bin ich daraus noch nicht geworden. 
Ich hoffe es kann mir jemand halfen.

gruß tom

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Sekundär: 6V/0,3A
> Luftspalt: ca. 3mm
Huah, das ist sportlich...
Ich bin auf die EMV-Messungen gespannt :-/

Ein Tipp:
Brech mal deine elektronische Zahnbürste auf, da wird die Energie auch 
berührungslos über 2 Spulen übertragen.

Autor: tom (Gast)
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Die Idee mit der elektr. Zahnbürste hatte ich auch. Neben mir liegt 
schon eine zerlegt. Da ist in dem Sockelteil ein Ferrit drinnen. Wenn 
die Zahnbürste in den Sockel gesteckt ist ist die Primärspule unten und 
die sekundäre oben. In der mitte der beiden Spulen steckt dann der 
Ferrit. Dadurch erreicht man sicherlich nen ganz vernünftigen 
Wirkungsgrad. Nur geht das leider bei meiner Anwendung nicht, oder wir 
viel zu teuer. In meiner angedachten Anwendung wäre das ein reiner 
Luftransformator (ohne Eisen).

tom

Autor: Klaus2 (Gast)
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"Dadurch erreicht man sicherlich nen ganz vernünftigen
Wirkungsgrad." -> Nöööt!

Aber du kannst dich mal bei den RotoClocks inspirieren lassen, da 
übertragen auch einige Projekte "durch die Luft".

Klaus.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  tom (Gast)

>Versorgung Primär: 7,5...11VDC
>Sekundär: 6V/0,3A
>Luftspalt: ca. 3mm (müsste zu schaffen sein)
>Durchmesser des primären Spulenträgers: ca. 60mm

Sieht ganz OK aus. 2W Ausgangsleistung ist machbar.

>Weiss irgenjemand wie man sowas berechnet bzw. wie man dies mal grob
>abschätzten könnte. Spannung sekundär zu primär über
>Übersetzungsverhältnis?

Mal Kopplungsfaktor. Den kann man aber nuch gaaaanz grob abschätzen, 
genauer müsste man simulieren. Pi Mal Daumen würde ich mit 50..70% 
Kopplungsfaktor rechnen.

> Wie rechne ich mir die primäre Leistung aus,
>bzw. die Verluste?

Komplexe Angelegenheit.

>Kann ich die Primärseite mit einer getakteten DC-Spannung ansteuern.

Naja, bei so einem Lufttrafo will/muss man auf relativ hohe Frequenzen 
gehen, 100kHz++. Aus EMV aber auch Leistungsgründen sollte man was auf 
Resonanzbasis machen. Stichwort Royer Converter. Hab ich vor einiger 
Zeit gemacht, wenn gleich mit etwas anderer Geometrie. 25mm 
Spulenaussendurchmesser, 19mm Innendurchmesser, Luftspalt 7mm. Sekundär 
waren dann ~20V@15mA verfügbar (mehr wurde nicht gebraucht).

http://www.serious-technology.de/ernsthafter_wandler.htm

Nur etwas kleiner dimensionieren, dann passt das ;-)

MfG
Falk

Autor: lightninglord (Gast)
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Ein Tipp:

Mach die Empfängerseite als Schwingkreis, also mit nem C, den du dann in 
seiner Resonanzfrequenz durch die Prim anregst, damit kannste die 
schlechte magnetische Kopplung einigermaßen kompensieren. Also im 
prinzip eine kleine Teslaspule ;-) nur hald mit ohne viel Spannung ;-)

Autor: tom (Gast)
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Ich habs mal ausprobiert. Ich hab auf zwei vorhandene Kunsstoffkörper 
die ineinander passen auf 4cm Breite mit Kupferlackdraht bewickelt. Zur 
Ansteuerung der Primärseite habe ich einen DC mit nem Mosfet zerhackt. 
Funktioniert auch, allerdings liegt mein Wirkungsgrad bei ca. 12%. Die 
optimale Frequenz lag bei ca. 20kHz.

@Falk: Was hast du für einen Wirkungsgrad erziehlt mit deiner Anordnung. 
Oder hattest du nen Ferritkern?

@lightninglord: Verstehe ich nicht ganz! Wie kann ich auf der 
Sekundärseite durch nen Schwingkreis (Parallel oder Serien???) die 
magnetische Kopplung kompensieren?

gruß tom

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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tom schrieb:
> Zur
> Ansteuerung der Primärseite habe ich einen DC mit nem Mosfet zerhackt.

Das ist vom Wirkungsgrad her ungünstig, denn die ungenutzte Energie der 
sehr großen Streuinduktivität wird hier nahezu komplett verheizt 
(vermutlich großteils im Mosfet der durch die Spannungsspitze beim 
Abschalten in den Avalanche Durchbruch kommt.
Besser ist eine Gegentaktansteuerung bzw. irgendeine Resonanzschaltung 
die die Energie der Streuinduktivität wieder zurückgewinnt.

> Wie kann ich auf der
> Sekundärseite durch nen Schwingkreis (Parallel oder Serien???) die
> magnetische Kopplung kompensieren?

Auf der Sekundärseite sieht die Last quasi die Spannungsquelle mit einer 
sehr großen Induktivität in Reihe. Um diese zu beseitigen, kann man 
diese durch einen passenden Kondensator kompensieren.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  tom (Gast)

>Ansteuerung der Primärseite habe ich einen DC mit nem Mosfet zerhackt.

Schaltung?

>Funktioniert auch, allerdings liegt mein Wirkungsgrad bei ca. 12%. Die
>optimale Frequenz lag bei ca. 20kHz.

>@Falk: Was hast du für einen Wirkungsgrad erziehlt

Um die 15%. Die Leerlaufverluste im Schwingkreis sind relativ hoch, 
~800mW.

>Oder hattest du nen Ferritkern?

Jain. Auf der Rückseite der Spulen klebt ein dünnes (0,8mm) 
Ferritplättchen.
Zwischen den Spulen ist Vergussmasse für Hochspannungsisolation.

>Sekundärseite durch nen Schwingkreis (Parallel oder Serien???)

Parallel.

MfG
Falk

Autor: tom (Gast)
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Vielen Dank für eure Hilfe. Ich weiss jetzt so ungefähr wie ich bei 
diesem Thema ansetzen kann.

@Falk
Meine Schaltung mit dem ich den DC der Primärseite zerhackt habe, ist 
einfach ein dicker Mosfet mit nem Source-Widerstand (3.3Ohm) zur 
Strombegrenzung. Das Gate des Mosfet hab ich über einen Gate-Widerstand 
an einen Frequenzgenerator (Rechteck) angeschlossen.

Kann ich bei einem Gegentaktwandler die beiden Primärwicklungen 
übereinander wickeln oder macht mir der unterschiedliche Abstand zu 
Sekundärseite Probleme.

gruß tom

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  tom (Gast)

>Meine Schaltung mit dem ich den DC der Primärseite zerhackt habe, ist
>einfach ein dicker Mosfet mit nem Source-Widerstand (3.3Ohm) zur
>Strombegrenzung.

Ziemlicher Unsinn. Wenn man in den Leistungskreis einer Schaltung 
Widerstände zur Strombegrenzung einbaut ist was faul.

> Das Gate des Mosfet hab ich über einen Gate-Widerstand
>an einen Frequenzgenerator (Rechteck) angeschlossen.

Ein DC/DC Wandler, erst Recht mit bei diesem etwas speziellen Aufbau, 
funktioniert ein "wenig" anders. Warum hab ich eiegentlich ein paar 
Links gepostet? Hmmm.

>Kann ich bei einem Gegentaktwandler die beiden Primärwicklungen
>übereinander wickeln

Ja.

> oder macht mir der unterschiedliche Abstand zu
>Sekundärseite Probleme.

Nein.

MfG
Falk

Autor: ... (Gast)
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schau dir doch mal RFIDs an. In meiner alten Firma hat man RFIDs dazu 
benutzt, um eben nicht nur die Information zu übertragen, sondern auch 
die Energie. In deinem Fall brauchst du nur die Enerigübertragung. Schau 
dir das mal an:

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/51115F.pdf

und zwar die ASK-Modulation. Da findest du auch einen kompletten 
Schaltplan, für dich ist aber nur die Gegentaktstufe mit Schwingkreis 
von Interesse.

http://www.discovercircuits.com/R/rfid.htm

Hier findest du Stand-Alone Oszillatoren.



Das wäre quasi der "Energiesender", dein "Energieempfänger" muss halt 
wie ein passives RFID-Device aufgebaut werden.

Autor: Falk Brunner (falk)
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So, hier der brandneue Artikel Royer Converter, jetzt auch mit 
praktischem Beispiel und realen Messergebnissen.

MFG
Falk

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