CN102648326A - 用于将电功率从壁转移到铰接固定在该壁上的翼扇上的系统 - Google Patents

Abstract

用于将电功率从固定的壁转移到围绕铰接轴线铰接安装在所述壁上的翼扇上的系统，该系统包含：能被固定在壁上的壁部分；能被固定在翼扇上的翼扇部分；设置在所述壁部分上的初级线圈；和设置在翼扇部分上的次级线圈；初级电子元件，该初级电子元件将供给电压转变成用于对初级线圈加载的初级电压，其适合于通过感应耦合在次级线圈中形成次级电压；以及次级电子元件，该次级电子元件将次级电压转换成对于电蓄能器和/或对于电负载合适的工作电压。

Description

用于将电功率从壁转移到铰接固定在该壁上的翼扇上的系统

技术领域

本发明涉及一种用于将电功率从壁转移到围绕铰接轴线铰接固定在所述壁上的翼扇上的系统。

背景技术

用于将翼扇铰接连接在壁上的铰链很久就已知，例如由DE 9302652U1已知。这种铰链已经以多种不同的技术设计证明了并且应用在用于建筑物例如民宅、商业房屋或也用于逃生门中。

这种类型的门越来越多地具有改善安全性或舒适性的装置，这种装置借助于电能运行。

为了供电，这样的装置经由柔性的电缆与外部的电源连接。

这种电缆连接显著损害外观并且可能被卡在翼扇和壁之间，这可能导致对电缆的损伤或甚至损坏。

由DE 102004017341A1已知一种铰链，其具有装入的、用于无接触的能量传递的变压器。这种铰链具有一个设置在框架铰链件中的初级线圈和一个设置在翼扇铰链件中的次级线圈。一个穿过这两个线圈的铰链销用于将次级线圈磁性耦合到初级线圈上，这两个线圈沿着铰接轴线的方向彼此隔开距离。

虽然原则上，从固定的框架向可偏转地设置在框架上的翼扇无接触地传递能量是期望的以避免上述的缺点，然而试验证明，利用由DE102004017341A1已知的方法从初级侧向次级侧仅仅能够传递非常小的电功率，因为在传递时的损失功率是非常高的。

发明内容

本发明的目的在于提供用于将电功率从壁转移到围绕铰接轴线铰接固定在所述壁上的翼扇上的系统，以便以这样的功率实现一种无接触的电能传递，该功率至少满足给电蓄能器充电和/或用于电负载。

上述目的通过在权利要求1中给出的系统实现。

本发明的用于用于将电功率从壁转移到围绕铰接轴线铰接安装在所述壁上的翼扇上的系统包含：初级电子元件，该初级电子元件将供给电压转变成用于对初级线圈加载的初级电压，其适合于通过感应耦合在次级线圈中形成次级电压；以及次级电子元件，该次级电子元件将次级电压转换成对于电蓄能器和/或对于电负载合适的工作电压。电蓄能器可以例如是蓄电池或电容器、特别是电解电容器，其可以缓冲电负载的功率峰值和暂时的次级电压中断并且平滑次级电压。供给电压可以是电网电压。然而也可以使用直流电，其例如由防破坏的、应急电源缓冲的电网部分提供。当电网电压用作供给电压时，初级电子元件的空间尺寸可以例如与常见的暗线插座的内部容积相适配，从该暗线插座出发借助于被穿过空管的电缆可以实现初级电子装置的输出端与初级线圈的连接。次级电子元件具有这样的空间尺寸，其使得次级电子元件适合于安装在例如翼扇的空心型材中，从而在翼扇方面也不能看见电子构件。此外如果壁部分和翼扇部分的外观与用于铰链连接翼扇的铰链的框架及翼扇铰链部分相对应，那么根据本发明的系统仅仅作为一个另外的铰链出现，并且不能发现在翼扇中存在需要电功率的元件。

特别优选所述初级电压的初级频率至少为20kHz。由此避免了，通过由初级线圈产生的电磁场将其它的构件置于可听范围的机械振动中。

非常特别优选的是，所述初级频率在50kHz和140kHz之间。该初级频率远远位于可听范围之上并且仍未位于这样高的频率范围内，在该范围内必须考虑到通过输入管线的无线电波的发射可能干扰在长波范围内的无线电广播。

对初级线圈作用的初级电压优选最大为48V。由于该限定，一方面借助于根据本发明的系统可以传递最小功率500mW，从而初级线圈无需具有对于使用目的而言不利的尺寸，另外一方面可以放弃这样的安全措施，其在较高的初级电压时对于保护人员防止电击是必要的，因为上述电压直至所述的最大值对于人员也是无危害的。

非常特别优选的是，初级电压在3.5V和15V之间。一个设计用于该电压范围的线圈具有还要更小的尺寸，从而它更好地适合安装在在同时用于在翼扇和壁之间传递机械力的铰链中或更好地适合安装在一个装置中，其外观与传统的铰链的外观相对应。此外大多设置在翼扇中的负载在该电压范围内工作，从而对于初级线圈和次级线圈而言可以使用相同的构件并且尽管如此仍然不需要任何在次级线圈之后设置的变压器。在这种情况下仅仅需要的是在次级线圈中感应的交流电压的整流，因为这样的交流电压不适合于对电蓄能器进行充电。

为了在壁方面产生具有所需要的初级频率的初级电压，优选将现有的电网电压转换成初级电压或将由例如一个电网部分提供的直流电压相应地转换成初级电压。

为了改善次级线圈向初级线圈的感应耦合，初级线圈优选包含一个初级线圈绕组和一个由铁磁性的或亚铁磁性材料构成的线圈体，初级线圈体可以在面向翼扇部分的端侧上至少几乎覆盖该线圈绕组并且可以在对置的端侧上是敞开的，并且次级线圈包含一个次级线圈绕组和一个由铁磁性的或亚铁磁性材料构成的次级线圈体，并且次级线圈体可以在面向壁部分的端侧上至少几乎覆盖线圈绕组并且在对置的端侧上是敞开的。

为了改善所述耦合并且也为了线圈的可轻易卷绕性，特别优选使用这样的初级线圈体和/或次级线圈体，其具有内部的圆柱形的罩壳面，初级线圈绕组和/或次级线圈绕组围绕所述罩壳面卷绕。

此外为了再一次地改善次级线圈在初级线圈上的感应耦合并且也为了使得线圈对于外部的影响变得耐抗的，特别有利的是，初级线圈体和/或次级线圈体具有与所述内部的罩壳面同心设置的外部的罩壳面。线圈绕组而后受保护地被内部的和外部的罩壳面以及封闭的端侧包围。

基于初级线圈所优选具有的频率范围，初级线圈绕组和次级线圈绕组优选由高频绞合线制成。

根据本发明的系统优选如此构成，使得它仅仅用于将电功率从壁转移到围绕铰接轴线铰接安装在所述壁上的翼扇上并且不用于传递机械力。翼扇在壁上的实际固定在这种情况下仅仅借助于至少两个其它的传统的铰链实现。从内部的罩壳面径向向内看，初级线圈体和次级线圈体可以设计成实心的。

然而特别优选本发明的系统的一个设计，其中初级线圈体和/或次级线圈体分别具有一个大致与所述内部的罩壳壁部同心地沿着铰接轴线方向延伸的开口，定义铰接轴线的销能够穿过该开口被插入。该装置而后除了功率传递之外也用于在翼扇和壁之间传递机械力并且因此它同时承担传统的铰链功能。

为了使得销也如同借助于初级线圈和次级线圈构成的变压器的共同的芯体一样作用，以进一步改善感应耦合，销在被初级线圈和次级线圈覆盖的长度上具有一个具有铁磁性的或亚铁磁性的特性的套筒，其例如由铁磁性的或亚铁磁性的材料构成。其长度优选尽可能精确地与由初级线圈和次级线圈覆盖的长度相适配，以便避免损失。

套筒可以被推套到销上。然而优选的是，套筒设置在一个与销的纵向轴线同心延伸的凹部中。而后套筒特别优选由含有铁颗粒的塑料材料制成，因为这样的带有套筒的销的单元是可特别容易制造的。

为了确保在初级线圈和次级线圈之间的良好的感应耦合，初级线圈和次级线圈其中至少一个如此支承在壁部分或者说翼扇部分中，使得能够被弹簧力朝向相应另外的线圈加载地沿着铰接轴线的方向移动。由于该措施确保了，两个线圈的彼此面对的端侧始终处于直接接触。这在此是特别重要的，因为令人意想不到地证明了：在存在带有套筒的销的情况下即使小的间隙尺寸也会导致显著恶化从初级线圈向次级线圈的功率传递。

此外特别优选，线圈的长度小于其线圈壳体的外直径。特别是当根据本发明的系统也应当用于传递机械力时，销可以在较大的长度上被机械支承，以便获得尽可能小的单位机械载荷。

如果同样优选初级线圈和/或次级线圈设计成相同的，那么可以降低用于制造和存储线圈的费用。

试验证明，当初级线圈和/或次级线圈的电感优选为大致30μH时，在5V的初级电压和大约120kHz的初级频率时可以获得至少为500毫瓦特的功率传递。

为了阻止在线圈短路时装置的部分被加载初级线圈电压，特别优选的是：初级线圈和/或次级线圈、特别是它们彼此面对的端侧被电绝缘的材料以材料锁合的方式包围。

附图说明

本发明现在要借助于附图进行进一步阐述。附图示出：

图1根据本发明的系统的用于传递电功率的装置的一个实施例的分解视图，该装置同时具有传统的铰链的功能；

图2根据本发明的系统在壁部件和翼扇部件部分撕开的情况下的透视图，具有示意示出的初级和次级电子元件；

图3示出上部的壁部分和翼扇部分的被部分撕开的透视图；

图4线圈体的敞开的端侧的视图；

图5图2的沿着铰接轴线剖开的局部视图；

图6根据本发明的系统的用于传递电功率的装置的另外一个实施方式的分解视图，其仅仅用于将电功率从壁传递至翼扇中。

具体实施方式

在图1至5中整体上利用100表示的装置构成为所谓的三部分的铰链。该装置具有一个上部的壁部分1和一个下部的壁部分2。两个部分1、2沿着铰接轴线S的方向彼此隔开。

在上部的和下部的壁部分1、2之间设置一个翼扇部分3。

上部的和下部的壁部分1、2分别包含一个壁铰链部分4、4′和一个壁固定部分5、5′。相应地，翼扇铰链件包含一个翼扇铰链部分6和一个翼扇固定部分7。

铰接轴线S通过一个穿过壁铰链部分4、4′的销容纳部8、8′和翼扇铰链部分6的销容纳部9的销10定义。由塑料材料（例如基于POM的带有修改滑动支承的添加物的塑料材料）构成的支承套11、11′和12用于销10在销容纳部8、8′、9中的支承，这种塑料材料业已证明适合于在铰链中用作支承套。支承套11、11′和12具有平行于铰接轴线S延伸的径向突起13。将各个径向突起13彼此连接的圆的直径与销容纳部8、8′、9的内直径如此相适配，使得支承套11、11′和12无间隙地嵌入到相应的销容纳部中。在下部的壁铰链部分2的支承套的向上定向的端部上、在上部的壁铰链部分1的支承套11的上端部上和在翼扇部分3的支承套12的下端部上一体成型环形的端部区域14，所述端部区域在径向上稍微突出于径向突起13。所述端部区域贴靠在相应的销容纳部8、8′、9的相应设计尺寸的径向扩宽部15中并且因此将销容纳部朝外封闭防止污物的渗入。此外，下部的壁部分2的支承套11′的和翼扇部分3的支承套12的端部区域14构成支座，沿着铰接轴线方向作用的力经由该支座从翼扇部分3导入到下部的壁部分2中。此外，支承套11、11′和12具有内部的钻孔16，其直径这样与销10的直径相适配，使得销被可旋转地、然而至少基本上无间隙地被支承套11、11′和12接纳。

一个支承盘17构成下部的壁部分2的下部封闭件，该支承盘的尺寸对应于端部区域14并且该支承盘被嵌入到下部的壁部分的径向扩宽部15中。

支承套11′的长度几乎等于下部的壁部分2的销容纳部8′的长度，而支承套11、12仅仅设计成大约等于上部的壁部分1的销容纳部8或者说翼扇部分3的销容纳部9的一半长度。在销容纳部8、9的剩余自由空间中安装初级线圈19和次级线圈20。在初级线圈19和支承套11之间以及在次级线圈20和支承套12之间分别存在一个压缩弹簧18、18′。该压缩弹簧确保两个线圈即初级线圈19和次级线圈20以它们的端侧21、22彼此贴靠，如特别是由图2和图5可以看到。

初级线圈19和次级线圈20设计成相同的，然而关于铰接轴线S而言在相反方向上安装。它们包含一个初级线圈体23和一个次级线圈体24，其包含铁磁性的或亚铁磁性的材料。线圈体23、24在它们彼此面对的侧面上分别具有一个闭合的端壁25、26，它们分别被一个中心的贯通孔48、48′（其用于铰链销的穿过）穿透。从端壁25、26分别同心于铰接轴线S地在相反的方向上分别延伸一个内部的罩壳壁27、28以及分别延伸一个外部的罩壳壁29、30。在与端壁25、26对置的一侧上，线圈体23、24是敞开的。

在线圈体23、24内部存在次级线圈绕组和次级线圈绕组31、32，其围绕内部的罩壳壁27、28卷绕。高频绞合线用于线圈绕组。

线圈体23、24被不导电的塑料材料以材料锁合的方式注塑包封。

如特别是由1和3可见，在上部的壁部分1和翼扇部分3上设置通道34、35，其从销容纳部8、9延伸到框架固定件5或翼扇固定部分7中。它们用于初级线圈或次级线圈19、20的连接导线36、37的穿过。

在图2中示出装置100与初级电子元件38和次级电子元件39，它们形成一个根据本发明的系统以用于将电能从壁传递至固定在该壁上的翼扇。该系统200的初级电子元件38的输入端40与一个电网电压41连接。初级电子元件将电网电压转换成一个在输出端提供的、最大为48V的且频率在20至140kHz之间的电压。该输出端与初级线圈19连接。然而同样可能的是，在初级电子元件38中设置逆整流器并且连接在直流电源上。

因为初级线圈19和次级线圈20设计成相同的，所以在次级电子元件39的与次级线圈20连接的输入端43上存在与在输出端42上大致相同的电压。在次级电子元件39中该电压被转换成这样的电压，其适合于用于运行被连接在次级电子元件39的输出端44上的电负载或电蓄能器45。

为了改善在初级线圈19和次级线圈20之间的感应耦合，销10具有一个同心于铰接轴线S延伸的凹部46。在该凹部中存在一个由塑料材料制成的套筒47，在该塑料材料中嵌入铁颗粒。套筒47的长度的如此设计，使得它至少几乎与由初级线圈19和次级线圈20构成的线圈叠的长度精确相同。

根据本发明的系统利用下面的试验结构进行测试：使用具有50匝高频绞合线（直径为0.05mm）的线圈绕组。线圈的电感为大致30μH。利用初级电子元件提供的有效初级电压为大致5V，其具有120kHZ的初级频率。次级电子元件如此设计，使得它在输出端提供大致为5V的直流电压。也可以在次级侧提供直至750mW的功率。

用于应用在根据本发明的系统中的装置300的另外一个实施例在图6中示出。对于功能相同的元件而言与在装置100中使用相同的附图标记。为了避免重复，引用上述的说明。

装置300仅仅用于将电功率从壁部分1传递到翼扇部分3中。它因此始终在壁/翼扇系统中附加于传统的铰链使用。

在该装置300中因此缺少销100。相应地，支承套11、12不设有钻孔。它们如此与容纳部8、9相适配，使得它们能够在形成力锁合的同时被压入容纳部中，从而在彼此面对的端侧上可以支承压缩弹簧18、18′。

初级线圈19和次级线圈20因此具有这样的线圈体，其与装置100中使用的线圈体不同，不具有任何中心的用于销穿过的贯通孔，而是在那儿设计成由铁磁性材料制成的实心体。

如果该装置安装在墙壁/门系统上，其包含传统的铰链，那么如此实现，即铰链部分4、6以它们的彼此面对的端侧不是彼此贴靠，而是保留一个间隙，该间隙被初级线圈和次级线圈桥接，该初级线圈和次级线圈在弹簧力作用下在端侧被彼此压靠。因为这些线圈在缺少穿过它们的销的情况下也可以横向于铰接轴线S移动，所以可以在所有三个空间方向上实现翼扇在壁部段中的校准，而无需装置为此进行特别的适配。

附图标记清单

100、300 装置

200   系统

1 上部的壁部分

2 下部的壁部分

3 翼扇部分

4、4′壁铰链部分

5、5′壁固定部分

6     翼扇铰链部分

7     翼扇固定部分

8、8′销容纳部

9     销容纳部

10    销

11、11′支承套

12    支承套

13    突起

14    端部区域

15    扩宽部

16    钻孔

17    支承盘

18、18′压缩弹簧

19    初级线圈

20    次级线圈

21    端侧

22    端侧

23    初级线圈体

24    次级线圈体

25    端壁

26    端壁

27    内部的罩壳壁

28    内部的罩壳壁

29    外部的罩壳壁

30    外部的罩壳壁

31    初级线圈绕组

32    次级线圈绕组

33    塑料材料

34    通道

35    通道

36    连接导线

37    连接导线

38    初级电子元件

39    次级电子元件

40    输入端

41    电网电压

42    输出端

43    输入端

44    输出端

45    负载/蓄能器

46    凹部

47    套筒

48、48′贯通孔

Claims (20)

1.用于将电功率从固定的壁转移到围绕铰接轴线铰接安装在所述壁上的翼扇上的系统，该系统包含：

能被固定在壁上的壁部分；

能被固定在翼扇上的翼扇部分；

设置在所述壁部分上的初级线圈；和设置在翼扇部分上的次级线圈；

初级电子元件，该初级电子元件将供给电压转变成用于对初级线圈加载的初级电压，其适合于通过感应耦合在次级线圈中形成次级电压；以及

次级电子元件，该次级电子元件将次级电压转换成对于电蓄能器和/或对于电负载合适的工作电压。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，初级电子元件包含变频器，利用该变频器产生频率在20至140kHz之间的初级电压，其有效值≤48V。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，初级电压的有效值在3.5V和15V之间。

4.如上述权利要求1至3之一项所述的系统，其特征在于，次级电子元件包含至少一个整流器电路。

5.如权利要求1至4之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈包含一个初级线圈绕组和一个具有铁磁性或亚铁磁性材料的初级线圈体，并且次级线圈包含一个次级线圈绕组和一个具有铁磁性或亚铁磁性材料的次级线圈体。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，初级线圈体在面向翼扇部分的端侧上至少几乎覆盖线圈绕组并且在对置的端侧上是敞开的，并且次级线圈体在面向铰链框架部分的端侧上至少几乎覆盖线圈绕组并且在对置的端侧上是敞开的。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，初级线圈体和/或次级线圈体具有内部的圆柱形的罩壳壁部，初级线圈绕组和/或次级线圈绕组围绕所述罩壳壁部卷绕。

8.如上述权利要求5至7之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈体和/或次级线圈体具有与所述内部的罩壳壁部同心设置的外部的罩壳壁部。

9.如上述权利要求1至8之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈绕组和次级线圈绕组由高频绞合线制成。

10.如上述权利要求1至9之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈体和/或次级线圈体分别具有一个大致与所述内部的罩壳壁部同心地沿着铰接轴线方向延伸的开口，定义铰接轴线的销能够穿过该开口插入。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，销在被初级线圈和次级线圈覆盖的长度上具有一个具有铁磁性特性的套筒。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，套筒设置在一个与销的纵向轴线同心延伸的凹部中。

13.如权利要求11或12所述的系统，其特征在于，套筒由含有铁颗粒的塑料材料制成。

14.如上述权利要求1至13之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈和次级线圈其中至少一个如此支承在壁部分或者说翼扇部分中，使得能够被弹簧力朝向相应另外的线圈加载地沿着铰接轴线的方向移动。

15.如上述权利要求1至14之一项所述的系统，其特征在于，线圈沿着铰接轴线方向的长度小于线圈壳体的外直径。

16.如上述权利要求1至15之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈和/或次级线圈设计成相同的。

17.如上述权利要求1至16之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈和/或次级线圈的电感在1μH和100μH之间。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，初级线圈和/或次级线圈的电感为大致30μH。

19.如上述权利要求1至18之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈和/或次级线圈适合于最大48V的有效电压。

20.如上述权利要求1至19之一项所述的系统，其特征在于，初级线圈和/或次级线圈、特别是它们彼此面对的端侧被电绝缘的材料以材料锁合的方式包围。

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