CN103562481B - 用于在墙和固定在该墙上的扇页之间无接触传输电能的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在墙和能绕铰链轴(S)铰链铰接地固定在墙上的扇页之间无接触地传输电能的装置，具有能固定在墙上的初级线圈(1、10)、能固定在扇页上的次级线圈(2、9)，以及用作初级线圈(1、10)和次级线圈(2、9)之间的磁通量导体的铰链销(3、103)，其中，铰链销(3)包括至少一个构造成预制的构件的磁通元件和至少一个支承件(8、8ˊ；108、108ˊ)，磁通元件具有端侧(18、19；18ˊ、19ˊ；118、119；118ˊ、119ˊ)，支承件具有配合端侧(17、17ˊ；20、20ˊ；117、117ˊ；120、120ˊ)，磁通元件的至少一个端侧(18、19；18ˊ、19ˊ；118、119；118ˊ、119ˊ)压紧到支承件(8、8ˊ；108、108ˊ)的配合端侧(17、17ˊ；20、20ˊ；117、117ˊ；120、120ˊ)上。

Description

用于在墙和固定在该墙上的扇页之间无接触传输电能的装置

技术领域

本发明涉及一种用于在墙和绕铰链轴铰链铰接地固定在该墙上的扇页之间无接触传输电能的装置，其中设有固定在墙上的初级线圈和固定在扇页上的次级线圈，所述初级线圈和次级线圈借助于铰链销处于感应的作用连接。

背景技术

特别是用于如房屋、商店或生产车间的物体的门的扇页越来越多地具有用于改善安全性或舒适性的装置，这些装置的相应当前的运行状态和其操作通过设置在门之外的监控或操作装置来监控或操作，并且这些装置将运行状态变化或可能由传感器接收到的信号发送给监控或操作装置。

作为例子这里可以举出安装在建筑物中的危险报警设备，所述危险报警设备与设置在门上的用于监控打开、破门、闭锁、破坏或电机锁的装置进行通信。

为了在监控装置和位于门上的装置之间传输相应的信号和电功率，在现有技术中使用多种电缆，这些电缆在扇页和框架之间柔性地布设并且通常由柔性的金属软管包围，以提供保护。

这种电缆交接部对视觉上的外观产生明显的不利影响并且可能在关闭扇页时被夹紧，这会导致电缆的损坏或者甚至是破坏。此外，电缆交接部对于可能篡改还构成弱点，因此为了实现破坏保护还在电缆交接部中实现了传感器或触点的所谓Z形布线。

由DE102004017341A1已知一种铰链，所述铰链具有植入的用于无接触的能量传输的变压器。所述铰链包括设置在框架铰链部件中的初级线圈和设置在扇页铰链部件中的次级线圈。穿过两个线圈之一的铁芯用于实现沿铰链轴的方向相互隔开间距的次级线圈与初级线圈的磁耦合，所述铁芯同时构成铰链销。

但原则上希望从固定的框架到可摆动地设置在框架中的扇页进行无接触的能量传输，以便避免上述缺点。但试验已经表明，利用由相关类型的DE102004017341A1已知的铰链仅能从初级线圈向次级线圈传输很小的电功率，因为在传输时损失功率非常高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种所述类型的装置，所述装置具有在初级线圈和次级线圈的感应式的作用连接方面得到改善的铰链销。

所述目的通过具有以下特征的用于在墙和绕铰链轴铰接地固定在墙上的扇页之间无接触地传输电能的装置来实现，即：所述装置具有能固定在墙上的初级线圈、能固定在扇页上的次级线圈，以及用作初级线圈和次级线圈之间的磁通量导体的铰链销，其中，铰链销包括至少一个构造成预制的构件的磁通元件和至少一个支承件，磁通元件具有端侧，支承件具有配合端侧，磁通元件的至少一个端侧压紧到支承件的配合端侧上，铰链销具有两个通过中间件相互隔开间距的磁通元件，所述中间件包括相互背向的配合端侧。

根据本发明的装置的铰链销构造成多部分式的。所述铰链销包括至少一个构造成预制构件的磁通元件。这里该构件是指，所述构件单独地或主要在次级线圈和初级线圈之间传导磁通量。所述磁通元件是预制的。这是指，所述磁通元件不必首先浇铸、注塑或以其他方式模制在铰链销的其他现有构件上。相反，所述磁通元件在与铰链销的至少一个其他部件组装之前已经至少接近于以其最终形式存在。

此外，根据本发明的铰链销还包括至少一个支承件。所述支承件仅用于或主要用于向铰链销中导入机械力或通过铰链销施加机械力，即最终用于在扇页和墙之间传递机械力。

通过所述多部分式的结构，磁通元件和支承件可以优化到不同的特性，如对于磁通元件小的磁阻，或对于支承件高的机械承载能力，并将其设置在特别需要所述特性的位置。预制的磁通元件可以由对于所述装置的相应的应用目的特别适合的材料制成。例如，如果所述装置应用于传输约50Hz的交流电，则磁通元件例如由电机钢板(Dynamoblech)制成或包括电机钢板。如果交流电具有较高的频率，例如具有在千赫兹范围内的频率，则磁通元件例如由无定型或纳米晶体的带或也可以由铁氧体制成，或者包括所述带或铁氧体。

由于磁通元件的制造可以与铰链销的其他部件分开地进行，所述制造特别简单且经济。也可以对于不同的应用目的连同铰链销的其他部件一起以模块系统的形式临时提供优化的磁通元件。

磁通元件包括端侧，这些端侧中的至少一个压紧在支承件的一个配合端侧上。由此支承件和磁通元件可靠地相互固定。

磁通元件优选是旋转对称的。由此，有利于实现特别小的磁阻的是，磁通元件可以具有尽可能大的横截面。此外，避免出现磁通元件的干扰性的、沿轴向在铰链销的表面上延伸的棱边，如例如在由半壳构成的磁通元件中可想像的棱边。

为了实现压紧，在磁通元件的优选的第一变型方案中，设有至少一个穿过磁通元件的中央孔的拉力元件，所述拉力元件与至少一个支承件相连。这里，拉力元件的直径和磁通元件的孔的直径保持尽可能小，由此，磁通元件具有尽可能大的横截面，以使磁阻最小化。因此，对于所述拉力元件优选采用这样的材料，所述材料用于实现对于相应的应用场合必需的压紧强度具有足够的抗拉强度。

拉力元件优选与所述至少一个支承件螺纹连接，因为这种连接在机械技术上可以简单地实现和松开。此外，希望的拉应力可以通过用于实现螺纹连接的固定的转矩实现。

根据本发明的装置也可以包括两个相互隔开间距的线圈对，这两个线圈对分别由一个初级线圈和一个次级线圈组成。例如当一个线圈对用于在铰链和扇页之间传输电功率，而另一个线圈对用于传输电信号时，就是这种情况。铰链销此时优选包括两个相隔通过中间件隔开间距的磁通元件，所述中间件包括相互背向的配合端侧。磁通元件可以通过不同的尺寸设计和材料选择与要借助于相应的线圈对传输的功率、频率、信号形式等相适配。

为了例如降低一个磁通元件向另一个磁通元件传递的冲击或振动，中间件可以构造成使得所述中间件具有缓冲特性。为此，中间件例如可以由具有缓冲特性的材料、例如合适的塑料材料构成。

中间件优选具有通孔，拉力元件穿过所述通孔，所述拉力元件与支承件螺纹连接，所述支承件构成铰链销的端部段，即两个端部区域，这两个端部区域主要承担支承功能并用于传递机械力。

在根据本发明的装置的第二实施例中，在所述至少一个磁通元件上在端侧设有螺纹突起或螺纹孔，并且在支承件的相向的配合端侧上设有互补的螺纹孔或螺纹突起，从而所述至少一个磁通元件能够与支承件螺纹连接。这个实施例与上面所述的第一实施例的区别因此在于，没有设置单独的拉力元件，而是通过将螺纹突起旋拧到螺纹孔中而实现端侧和配合端侧相互的压紧。使端侧和配合端侧相互贴靠的这种压紧的强度或压力的数值也可以通过预先规定实现旋拧过程的转矩来确定。

对于所述铰链销应适用于具有两个线圈对的装置的情况，所述铰链销也包括两个通过中间件相互间隔开的磁通元件。所述中间件具有相互背向的配合端侧，其中在所述配合端侧上设有与磁通元件的螺纹突起或螺纹孔互补的螺纹孔或螺纹突起，从而磁通元件能够与中间件螺纹连接。中间件也可以构造成使得该中间件具有缓冲特性。

在这两个实施形式中有利的是，所述至少一个支承件具有对中面，而所述至少一个磁通元件具有配合对中面，从而支承件和磁通元件在允许的公差范围内可靠地相互定位，而为此不需要简单的组装以外的措施。

对于铰链销包括两个通过中间件相互隔开间距的磁通元件的情况，所述中间件优选也具有用于磁通元件的相应对中面的配合对中面。

为了避免初级线圈与次级线圈的感应耦合受到不必要的杂散损失(Streuverlust)的影响，中间件特别优选地由具有小的导磁率的材料组成。由于这个措施，还降低了对于可能作用到支承件上的外部磁场的易受干扰性。

优选的是，如果存在中间件，所述中间件也由具有较小导磁率的材料制成，以便降低两个磁通元件的不希望的磁耦合。

本发明还涉及一种用于按上述类型的装置的铰链销本身。用于各个部件的材料优选不涉及由不同的材料组成的构件，如用高导磁率的材料包围注塑的金属芯。相反，每个部件都优选由单一的市场上常见的材料或单一的市场上常见的材料组合组成。

附图说明

现在应根据在附图中示出的实施例来详细说明本发明。其中

图1以部分的纵向剖视图示意性示出根据本发明的装置；

图2示出根据本发明的装置的铰链销的第一实施例的透视图；

图3示出与图2类似的分解视图；

图4示出图2中的铰链销的侧视图；

图5示出图2中的铰链销的正视图；

图6示出图4中的铰链销的剖视图；

图7示出图6中的细节的放大视图；

图8示出根据本发明的装置的铰链销的第二实施例的透视图；

图9示出与图8类似的分解视图；

图10示出图8中的铰链销的侧视图；

图11示出图10中的铰链销的正视图；

图12示出图10中的铰链销的剖视图；以及

图13示出图12中的细节的放大视图。

具体实施方式

图1示意性示出的并且整体用100表示的装置包括两对初级线圈和次级线圈，即初级功率线圈1和次级功率线圈2以及信号传输线圈9和与该信号传输线圈处于感应耦合的信号传输线圈10。所有线圈由同一个铰链销3和103穿过。与装置的其余部分不同，所述铰链销没有用纵向剖视图示出。

铰链销3、103能绕铰链轴S摆动地连接铰链部件14、15、16。所述装置100与三部分式的铰链类似地构成。所述装置可以附加于承受扇页载荷的、已知结构类型的铰链设置在扇页与框架之间或者替代这种铰链。装置100因此也可以承受机械力，特别是在墙和扇页之间传递的力。

铰链销3构造成多部分式的。所述铰链销包括两个相互隔开间距的磁通元件4、104；4'、104'，这些磁通元件通过中间件7、107相互隔开间距。磁通元件4、104；4'、104'的尺寸设计成，使得磁通元件基本上完全填满由线圈1、2；9、10包围的空间，但没有从该空间伸出。

此外，铰链销还包括从两个磁通元件4、104；4'、104'向外延伸的支承件8、108；8'、108'，所述支承件用于在铰链部件14、16中支承铰链销并用于传递机械力。中间件7、107用于在铰链部件15中支承铰链销。

如下面根据图2至13详细说明的那样，铰链销3、103完全由各单件构成。磁通元件4、104；4'、104'由软磁性的材料组成，例如由铁氧体组成。为了使磁通元件4、104；4'、104'磁脱耦，中间件7、107以及还有支承件8、108；8'、108'由具有较小的导磁率的材料制成。

为了使铰链销3、103具有至少降低磁通元件4、104；4'、104'之间的例如振动的传递的缓冲特性，中间件7、107可以由缓冲材料、例如由塑料组成。为了沿铰链轴S的方向固定，中间件具有收缩部13，在图中没有示出的螺柱嵌入所述收缩部中。

根据图2至7，现在应详细说明铰链销3的优选的第一实施例。该实施例包括拉力元件6，所述拉力元件构造成杆状的并在两个端部上设有螺纹6'。所述拉力元件6也可以构造成整体的螺杆。如图6所示，螺纹6'、6'接合到支承件8、8'的与该螺纹互补的内螺纹6”中。就是说，拉力元件6与支承件8、8'螺纹连接。利用所述拉力元件向支承件8、8'上施加拉力，从而支承件以配合端侧17、17'贴靠在磁通元件4、4'的端侧18、18'上(见图3)，就是说磁通元件4、4'的端侧18、18'压紧到支承件8、8'的配合端侧17、17'上。

拉力元件6此外还使得，设置在另外的磁通元件4、4'上的端侧19、19'压紧到中间件7的配合端侧20、20'上。

通过拉力锚固件实现的拉应力的大小可以通过用以旋紧支承件8、8'的转矩来控制。为了放置合适的旋转工具，支承件包括扳手面8a、8a'。

内螺纹6”可以构造成自攻的(selbstfurchend)，从而仅需要在支承件8、8'中设置圆柱孔。拉力元件6由适于承受高的拉力载荷的材料构成，例如铁合金。如图5所示，由此拉力元件的直径可以相对较小，例如小于铰链销的直径的一半。在所示的实施例中，拉力元件的直径略大于铰链销3的直径的三分之一。由于较小的直径，磁通元件4、4'可以占据较大的横截面。由此实现了磁通元件4、4'特别小的磁阻和尽可能高的固有稳定性。

如果支承件8、8'仅固定地旋拧在拉力元件6上，使得拉力元件不会由于拉应力被拉长到其极限、特别是弹性可变形性的极限，则铰链销3、特别是与中间件7的缓冲设计相配合的铰链销总体上具有缓冲撞击的作用。因为通常固定在扇页上的中间的铰链部件15在外力作用下可能在变形的范围内相对于通常固定在墙上的铰链部件14、16移位。

特别是如图6和7所示，磁通元件4、4'在其两个端侧上18、19；18'、19'上设有大致截锥形的倒棱11，所述倒棱与设置在中间件7或设置在支承件8、8'上的、互补的倒棱12自对中地共同作用并因此构成用于支承件8、8'、磁通元件4、4'和中间件7的对中面和配合对中面。

铰链销3在制造时以及对于将其安装到装置100中的加工人员是易于安装的。没有铁氧体的半壳并且也不存在通常薄弱(kritisch)的粘结。铰链销的构造简单并且由于中间件7和拉力元件6的弹性特性在构件组长度上具有自动的公差补偿特性。由于自对中的构件，铰链销始终对中地装配并因此能够容易地装配到铰链或装置上。所述铰链销也可以非常容易地与其他尺寸条件或线圈条件相适配(模块系统)。通过磁通元件4、4'的小的磁阻优化了感应式的耦合。通过可能包括塑料部件的中间件7的撞击缓冲作用，降低了磁通元件4、4'之间不希望的振动传递或撞击传递并改进了铰链销3的韧性。拉力元件较小的直径使得可以更为有效地使用具有撞击缓冲作用的中间件。由于拉力元件6与支承件8、8'的螺纹连接，铰链销3的结构较为灵活，因为磁通元件4、4'以及中间件7都是可以容易地更换的。

图8至12示出整体用103表示的、能够作为第一实施例3的备选方案使用的铰链销的第二实施例。第二实施例的在其功能上相同的构件具有相同的附图标记加上100。

与第一实施例不同，铰链销103不具有拉力元件。相反，设有两个磁通元件104、104'，这两个磁通元件在其两个端侧上分别具有螺纹突起104a、104a'。所述螺纹突起104a、104a'嵌接到设置在支承件108、108'和中间件107(图9)中的互补的螺纹孔105、105'中。支承件108、108'具有扳手面108a、108a'。如图12所示，磁通元件104、104'也没有相互顶靠，而是在它们之间设有气隙121，以便改进两个磁通元件104、104'之间的脱耦并为了撞击缓冲的目的允许两个磁通元件104、104'以及由此允许支承件108、108'之间进行小的相对移位。为此中间件107也具有撞击缓冲特性并具有小的导磁率。磁通元件104、104'由软磁性材料，例如铁氧体组成。

铰链销103的所有部件104、104'、107、108、108'相互螺纹连接。在该实施例中也设有倒棱111、112，所述倒棱使得在螺纹连接到一起时各构件自动对中。

可以理解，螺纹突起可选地也可以在支承件和中间件上实现，相应地，互补的螺纹孔可以在磁通元件中实现。

在根据本发明的装置的组装状态下，铰链销限定铰链轴S，就是说，其纵向中轴线A与铰链轴S重合。

附图标记列表

100装置

1初级功率线圈

2次级功率线圈

3、103铰链销

4、4'；104、104'磁通元件

104a、104a'螺纹突起

6拉力元件

6'螺纹

6”内螺纹

7、107中间件

8、8'；108、108'支承件

8a、8a'；108a、108a'扳手面

9信号传输线圈

10信号传输线圈

11、111倒棱

12、112倒棱

13收缩部

14铰链部件

15铰链部件

16铰链部件

17、17'；117、117'配合端面

18、18'；118、118'端面

19、19'；119、119'端面

20、20'；120、120'配合端面

105螺纹孔

121气隙

A铰链销的纵向中轴线

S铰链轴

Claims (13)

1.一种用于在墙和绕铰链轴(S)铰接地固定在墙上的扇页之间无接触地传输电能的装置，具有能固定在墙上的初级线圈(1、10)、能固定在扇页上的次级线圈(2、9)，以及用作初级线圈(1、10)和次级线圈(2、9)之间的磁通量导体的铰链销(3)，其中，铰链销(3)包括至少一个构造成预制的构件的磁通元件和至少一个支承件，磁通元件具有端侧(18、19；18'、19'；118、119；118'、119')，支承件具有配合端侧(17、17'；20、20'；117、117'；120、120')，磁通元件的至少一个端侧(18、19；18'、19'；118、119；118'、119')压紧到支承件的配合端侧(17、17'；20、20'；117、117'；120、120')上，其特征在于，铰链销(3)具有两个通过中间件相互隔开间距的磁通元件，所述中间件包括相互背向的配合端侧(20、20')。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设有穿过所述至少一个磁通元件的拉力元件(6)，所述拉力元件与至少一个支承件连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，拉力元件(6)与所述至少一个支承件螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，中间件具有缓冲特性。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，拉力元件(6)与构成端部段的支承件螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述至少一个磁通元件上在端侧设有螺纹突起(104a、104a')或螺纹孔，并且在支承件的相向的配合端侧(117、117')上设有互补的螺纹孔或螺纹突起，从而所述至少一个磁通元件能够与支承件螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述铰链销包括两个通过中间件相互间隔开的磁通元件，所述中间件具有相互背向的配合端侧(120、120')，其中中间件在其配合端侧(120、120')上包括与磁通元件的螺纹突起(104a、104a')或螺纹孔互补的螺纹孔或螺纹突起，从而磁通元件能够与中间件螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，中间件具有缓冲特性。

9.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，支承件具有用于安放旋转工具的扳手面(8a、8a'；108a、108a')。

10.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述至少一个支承件具有对中面，而所述至少一个磁通元件具有配合对中面。

11.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，中间件包括分别用于磁通元件的各对中面的配合对中面。

12.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，支承件由具有小的导磁率的材料制成。

13.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，中间件由具有小的导磁率的材料制成。