DE102006017801A1 - Energieversorgungseinheit - Google Patents

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Eberhard Drechsler
Thomas Komma
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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinheit, umfassend eine Primärenergieübertragungseinheit (28) mit einem Übertragungsbereich (32), welche in drahtlosem Zusammenwirken mit einer im Übertragungsbereich (32) und vom Übertragungsbereich (32) trennbaren Sekundärenergieempfangseinheit (34) zur Versorgung eines Energieverbrauchers (10) mit Energie vorgesehen ist. Um insbesondere eine hohe Bediensicherheit zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit eine Erkennungseinheit (38) aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Vorhandensein eines von der Sekundärenergieempfangseinheit (34) unterschiedlichen Gegenstands (36) in den Übertragungsbereich (32) zu erkennen.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist eine Energieversorgungseinheit bekannt, die zur schnurlosen Versorgung von Elektrogeräten mit elektrischer Energie dient. Diese kann beispielsweise im Küchenbereich unterhalb einer Arbeitsplatte integriert werden und mittels eines induktiven Übertragens ein auf der Arbeitsplatte aufgelegtes Elektrogerät versorgen. Hierzu weist die Energieversorgungseinheit eine Primärwicklung auf, mittels der eine Spannung in einer geräteseitigen Sekundärwicklung induziert wird. Diese Spannung wird als Betriebsspannung des Geräts genutzt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die gattungsgemäßen Energieversorgungseinheiten weiterzuentwickeln, und zwar insbesondere hinsichtlich einer hohen Bediensicherheit.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
  • Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinheit umfassend eine Primärenergieübertragungseinheit mit einem Übertragungsbereich, welche in drahtlosem Zusammenwirken mit einer im Übertragungsbereich angeordneten und vom Übertragungsbereich trennbaren Sekundärenergieempfangseinheit zur Versorgung eines Energieverbrauchers mit Energie vorgesehen ist.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Energieversorgungseinheit eine Erkennungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, ein Vorhandensein eines von der Sekundärenergieempfangseinheit unterschiedlichen Gegenstands im Übertragungsbereich zu erkennen. Dadurch kann eine hohe Sicherheit erreicht werden. Wird ein Gegenstand in den Übertragungsbereich während eines Betriebs der Primärenergieübertragungseinheit eingeführt und ist dieser Gegenstand zu einem Abführen der übertragenen Energie zu einem Energieverbraucher ungeeignet, kann durch die Erkennungseinheit eine gefährliche Erhitzung des Gegenstands vermieden werden, indem z.B. der Betrieb der Primärenergieübertragungseinheit gestoppt wird. Insbesondere sind metallische Gegenstände betroffen, z.B. Metallteile wie Metallbesteck, die keine Energieabfuhr zu einem weiteren Energieverbraucher aufweisen und einen überwiegenden Teil der empfangenen Energie in Wärme umwandeln. Unter einem "Übertragungsbereich" der Primärenergieübertragungseinheit kann eine Reichweite der von der Primärenergieübertragungseinheit getriebenen Energieübertragung verstanden werden. Insbesondere kann darunter ein Bereich verstanden werden, innerhalb dessen die Sekundärenergieempfangseinheit vorzugsweise mindestens 70%, vorteilhaft wenigstens 90% und besonders vorteilhaft zumindest 95% der durch die Primärenergieübertragungseinheit zur Verfügung gestellten Energie empfangen kann.
  • Vorzugsweise ist die Energieversorgungseinheit zur Versorgung eines als elektrischer Verbraucher ausgebildeten Energieverbrauchers vorgesehen. Beispielsweise ist der Energieverbraucher als Elektrogerät, insbesondere im Haushaltsbereich, ausgeführt. Die Sekundärenergieempfangseinheit kann im Energieverbraucher integriert oder von diesem getrennt ausgeführt sein. Die Energieversorgungseinheit kann vorzugsweise unterhalb einer Fläche montiert werden, wie z.B. unterhalb einer Arbeitsplatte im Küchenbereich oder einer Arbeitsfläche in einem Werk, wobei die Sekundärenergieübertragungseinheit zu einem Betrieb mit der Primärenergieübertragungseinheit an die Fläche angeordnet werden kann. Der elektrische Verbraucher kann außerdem als Ladegerät ausgebildet sein. Ferner kann die Energieversorgungseinheit z.B. zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgebildet sein.
  • Vorteilhafterweise ist die Primärenergieübertragungseinheit zum induktiven Übertragen der Energie an die Sekundärenergieempfangseinheit vorgesehen. Dadurch kann ein bestehendes, gängiges induktives Übertragungsmittel, z.B. eine Spule, zur Energieübertragung eingesetzt werden. Dieses Übertragungsmittel kann im Betrieb eine Spannung in einem induktiven Empfangsmittel der Sekundärenergieempfangseinheit induzieren. Diese Spannung kann als Betriebsspannung für einen elektrischen Antrieb des Energieverbrauchers, z.B. eines Elektromotors, eines Heizwiderstands usw., genutzt werden. Das Übertragungsmittel der Primärenergieübertragungseinheit und das Empfangsmittel der Sekundärenergieempfangseinheit bilden dabei vorteilhafterweise einen trennbaren Transforma tor. Es kann bei der Übertragung eine Spannung der Primärenergieübertragungseinheit in eine Spannung der Sekundärenergieempfangseinheit unterschiedlichen Werts transformiert werden, wodurch ein zusätzlicher Transformator für den elektrischen Verbraucher eingespart werden kann. Alternativ kann eine Spannung der Primärenergieübertragungseinheit ohne Transformation in der Sekundärenergieempfangseinheit induziert werden. Dabei kann diese Spannung eine Netzspannung (z.B. 220 V oder 230 V) sein.
  • Es wird außerdem vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit zumindest einen Schaltkreisabschnitt aufweist, der ein umgebungskoppelndes Funktionsbauteil umfasst. Es kann dadurch eine vorteilhafte Empfindlichkeit der Erkennungseinheit auf eine Änderung in ihrer Umgebung, wie z.B. durch Einführen eines Gegenstands, erreicht werden. Unter einem "umgebungskoppelnden Funktionsbauteil" eines Schaltkreisabschnitts soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Funktionsbauteil verstanden werden, dessen Funktion im Schaltkreisabschnitt durch einen Wert eines Funktionsparameters, z.B. einer Induktivität, einer Kapazität, eines Widerstands, einer Frequenz usw., charakterisiert ist, welcher von einer Kopplung des Funktionsbauteils mit einem in seiner Umgebung angeordneten Körper abhängt. Dabei kann unter "Umgebung" eine Reichweite der Kopplung verstanden werden. Durch die Kopplung weicht der Funktionsparameter vorzugsweise von einem intrinsischen Wert ab, welcher das Funktionsbauteil in Abwesenheit des Körpers charakterisiert. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang unter "Umgebung" ein Bereich um das Funktionsbauteil verstanden werden, wobei ein Einführen des Körpers in den Bereich eine Abweichung des Funktionsparameters von mindestens 5%, vorteilhaft zumindest von 10% und bevorzugt von wenigstens 30% des intrinsischen Werts induziert. Vorteilhafterweise ist die Umgebung des Funktionsbauteils zumindest vom Übertragungsbereich der Primärenergieübertragungseinheit gebildet. Die Kopplung kann z.B. induktiver oder kapazitiver Art sein. Ist das Funktionsbauteil z.B. als Spule ausgebildet, kann sich die von anderen Funktionsbauteilen des Schaltkreisabschnitts wahrgenommene Induktivität der Spule durch eine Kopplung mit einem metallischen, insbesondere ferromagnetischen Körper ergeben, der in der Umgebung der Spule angeordnet ist. Eine Änderung eines Funktionsparameters des umgebungskoppelnden Funktionsbauteils durch ein Einführen eines Körpers in seine Umgebung kann z.B. einfach durch eine Erfassung einer elektrischen Größe, wie eines Stroms, eines Spannungsabfalls, einer Frequenz usw. des Schaltkreisabschnitts erfasst werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Erkennungseinheit in der Primärenergieübertragungseinheit angeordnet, wodurch eine kompakte Energieversorgungseinheit erreicht werden kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Primärenergieübertragungseinheit ein Übertragungsmittel zum Übertragen der Energie auf, welches Bestandteil des Schaltkreisabschnitts ist. Dadurch kann eine besonders hohe Empfindlichkeit der Erkennungseinheit einfach erreicht werden.
  • Diese Empfindlichkeit kann weiter erhöht werden und es können Bauteile eingespart werden, wenn das umgebungskoppelnde Funktionsbauteil vom Übertragungsmittel gebildet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Primärenergieübertragungseinheit zur induktiven Energieübertragung vorgesehen ist und das Übertragungsmittel als Induktivität ausgebildet ist. Dabei kann eine durch ein Vorhandensein eines metallischen Gegenstands in der Umgebung des Übertragungsmittels induzierte Streuinduktivität besonders effektiv zur Erkennung ausgewertet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schaltkreisabschnitt als Resonanzkreis ausgebildet. Dadurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung des Schaltkreisabschnitts erreicht werden. Ein Vorhandensein eines Objekts in der Umgebung des Resonanzkreises kann ein Verstellen einer Resonanzfrequenz induzieren, wodurch Spannungs- und/oder Stromerhöhungen im Resonanzkreis zur Erkennung des Vorhandenseins des Objekts im Übertragungsbereich vorteilhaft ausgewertet werden können. Weist die Primärenergieübertragungseinheit ein induktives Übertragungsmittel auf, ist das Übertragungsmittel vorzugsweise Bestandteil des Resonanzkreises, wodurch Bauteile eingespart werden können.
  • Eine besonders einfache Ausbildung des Resonanzkreises kann erreicht werden, wenn der Resonanzkreis als Parallelschwingkreis ausgebildet ist. Es kann beim Eintritt einer Resonanz ein hoher Strom im Schwingkreis erzeugt werden, wodurch eine effektive Erkennung erreicht werden kann.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Erkennungseinheit ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer elektrischen Größe aufweist, das im Schaltkreisabschnitt geschaltet ist. Es kann eine Änderung einer elektrischen Größe des Schaltkreisabschnitts direkt erfasst werden, wodurch ein Vorhandensein eines Gegenstands im Übertragungsbereich schnell und effektiv erkannt werden kann.
  • Vorteilhafterweise ist das Erfassungsmittel mit einer Steuereinheit verbunden, die anhand eines Erfassungssignals des Erfassungsmittels zum Steuern eines Betriebs der Primärenergieübertragungseinheit vorgesehen ist. Dadurch kann eine Sicherheitsmaßnahme, z.B. ein Halten des Betriebs der Energieversorgungseinheit, schnell und einfach getroffen werden.
  • Ist das Erfassungsmittel als Strommesser ausgebildet, können kostengünstige und gängige Erfassungsmittel eingesetzt werden. Beispielsweise ist der Strommesser als Stromwandler ausgebildet.
  • Vorteilhafterweise weist die Energieversorgungseinheit ein zweites Erfassungsmittel zur Erfassung einer elektrischen Größe auf, das in einer Zufuhrleitung zum Versorgen des Schaltkreisabschnitts mit elektrischem Strom angeordnet ist. Dadurch kann eine hohe Flexibilität erreicht werden. Es kann z.B. durch das zweite Übertragungsmittel eine vorteilhafte Leistungsregelung der Energieversorgungseinheit erreicht werden, insbesondere wenn ein Übertragungsmittel der Primärenergieübertragungseinheit im Schaltkreisabschnitt geschaltet ist. Das zweite Erfassungsmittel ist vorzugsweise als Strommesser, z.B. als Stromwandler, ausgebildet.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Primärenergieübertragungseinheit zur Übertragung der Energie mittels einer Übertragungsschwingung vorgesehen ist und eine Schwingungserzeugungseinheit zur Erzeugung der Übertragungsschwingung aufweist, wobei der Schaltkreisabschnitt in der Schwingungserzeugungseinheit geschaltet ist. Dadurch kann eine besonders kompakte Bauform der Energieversorgungseinheit erreicht werden. Vorzugsweise ist die Schwingungserzeugungseinheit zum Erzeugen eines Wechselstroms vorgesehen. Dabei kann die Schwingungserzeugungseinheit z.B. als Wechselrichter ausgebildet sein.
  • In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, dass die Schwingungsübertragungseinheit eine Schaltung mit einer Brückentopologie aufweist und der Schaltkreisabschnitt in einem Brückenzweig geschaltet ist. Dadurch kann die Erkennungseinheit mit geringem Aufwand durch eine Anpassung einer bestehenden, gängigen Topologie der Schwingungserzeugungseinheit besonders einfach hergestellt werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Es zeigen:
  • 1 einen als elektrischen Topf ausgebildeten Energieverbraucher auf einer Arbeitsplatte im Übertragungsbereich einer in der Arbeitsplatte integrierten Energieversorgungseinheit und ein Messer,
  • 2 eine interne Schaltung der Energieversorgungseinheit mit einem trennbaren Transformator und einer Erkennungseinheit,
  • 3 einen Zeitverlauf eines durch die Primärhälfte des trennbaren Transformators fließenden Stroms,
  • 4 ein Ersatzschaltbild der Erkennungseinheit und
  • 5 u. 6 Zeitverläufe eines durch die Primärhälfte des Transformators fließenden Stroms bei einem im Übertragungsbereich liegenden Messer.
  • 1 zeigt einen als elektrischen Topf ausgebildeten Energieverbraucher 10. Dieser weist einen Grundkörper 12 mit einem Deckel und Griffen sowie eine Antriebseinheit 14 mit einem Bedienelement 16 zur Einstellung einer Heiztemperatur auf. Der Energieverbraucher 10 ist auf einer Arbeitsfläche 18 einer Arbeitsplatte 20 angeordnet. Unterhalb der Arbeitsfläche 18 ist eine Energieversorgungseinheit 22 in der Arbeitsplatte 20 montiert. Diese weist ein Gehäuse 24 mit einem Betätigungselement 26 zum Ein- und Ausschalten der Energieversorgungseinheit 22 auf. Ferner umfasst die Energieversorgungseinheit 22 eine Primärenergieübertragungseinheit 28, welche ein als Primärspule ausgebildetes Übertragungsmittel 30 und weitere, in 2 dargestellte Komponenten aufweist. Im Betrieb der Energieversorgungseinheit 22 überträgt das Übertragungsmittel 30 mittels Induktion Energie an eine in einem auf der Arbeitsfläche 18 gezeichneten Übertragungs bereich 32 angeordnete Sekundärenergieempfangseinheit 34. Der Übertragungsbereich 32 ist mittels einer Linie 33 auf der Arbeitsfläche 18 gezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Sekundärenergieempfangseinheit 34 von einer Sekundärspule ausgebildet, welche in der Antriebseinheit 14 des als elektrischer Topf ausgebildeten Energieverbrauchers 10 angeordnet ist. In der als Sekundärspule ausgebildeten Sekundärenergieempfangseinheit 34 wird eine Spannung induziert, die als Betriebsspannung für einen Betrieb des Energieverbrauchers 10 genutzt wird. Der Energieverbraucher 10 kann nach einer Anwendung vom Übertragungsbereich 32 entfernt und abgestellt werden, wodurch die Sekundärenergieempfangseinheit 34 vom Übertragungsbereich 32 getrennt wird. In den Übertragungsbereich 32 können dann weitere als elektrische Verbraucher ausgebildete Energieverbraucher gebracht werden, wie z.B. eine Kaffeemaschine, ein Mixer, ein Ladegerät, eine Friteuse, ein Toaster, ein Wasserkocher usw., die jeweils mit einer Sekundärenergieempfangseinheit versehen sind, welche in drahtlosem Zusammenwirken mit der Primärenergieübertragungseinheit 28 zum Versorgen des jeweiligen Energieverbrauchers geeignet ist.
  • Neben dem Energieverbraucher 10 ist in der Figur ein als Messer ausgebildeter Gegenstand 36 dargestellt. Wenn der Gegenstand 36 beim Betrieb des Energieverbrauchers 10 oder nach Entfernung des Energieverbrauchers 10 in den Übertragungsbereich 32 gelangt, könnte ohne Sicherheitsmaßnahmen der Gegenstand 36 erhitzt werden, was eine Verbrennungsgefahr für einen Bediener darstellen würde. Das Vorhandensein des Gegenstands 36 kann durch die Energieversorgungseinheit 22 erkannt werden, so dass ein Betrieb der Primärenergieübertragungseinheit 28 gehalten werden kann. Hierzu weist die Energieversorgungseinheit 22 eine in 2 dargestellte Erkennungseinheit 38 auf, die dazu vorgesehen ist, ein Vorhandensein eines von der Sekundärenergieempfangseinheit 34 oder eines von einer Sekundärenergieempfangseinheit eines weiteren Energieverbrauchers unterschiedlichen Gegenstands im Übertragungsbereich 32 zu erkennen.
  • In 2 ist eine interne Schaltung der Primärenergieübertragungseinheit 28 und eine schematische Darstellung des Energieverbrauchers 10 dargestellt. Es ist das als Primärspule ausgebildete Übertragungsmittel 30 zu erkennen, welches im Betrieb eine Spannung in der als Sekundärspule ausgebildeten Sekundärenergieempfangseinheit 34 induziert. Der Übertragungsbereich 32 des Übertragungsmittels 30 ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Das Übertragungsmittel 30 der Primärenergieübertragungseinheit 28 und die Sekundärenergieempfangseinheit 34 bilden jeweils eine Transformatorhälfte eines schematisch dargestellten trennbaren Transformators 40. Die in der Sekundärenergieempfangseinheit 34 induzierte Spannung wird zum Antreiben einer Last 42 genutzt, welche in diesem Ausführungsbeispiel als Heizkörper zum Heizen einer im elektrischen Topf angeordneten Speise ausgebildet ist. Der Energieverbraucher 10 ist von der Primärenergieübertragungseinheit 28 trennbar, was durch einen Pfeil 43 angedeutet ist. Zur Übertragung der Energie an die Sekundärenergieempfangseinheit 34 wird im Betrieb das Übertragungsmittel 30 mit einem Wechselstrom 44 (3) eingespeist. Der Wechselstrom 44 schwingt mit einer Frequenz, die als Übertragungsschwingung f bezeichnet wird. Zur Erzeugung des Wechselstroms 44 mit der Übertragungsschwingung f ist die Primärenergieübertragungseinheit 28 mit einer Schwingungserzeugungseinheit 46 versehen, die in diesem Ausführungsbeispiel als Wechselrichter ausgebildet ist. Die Schwingungserzeugungseinheit 46 weist zwei Leitungen 48 auf, zwischen welchen eine Gleichspannung V angelegt ist. Diese Gleichspannung V kann z.B. mittels eines an eine Netzstromversorgung angeschlossenen Gleichrichters (in der Figur nicht gezeigt) erzeugt werden. Ferner ist die Schwingungserzeugungseinheit 46 in Form einer Brückenschaltung mit zwei Brückenseiten 50, 52 und einem Brückenzweig 54 geschaltet. In diesem Beispiel weist die Brückenschaltung eine Halbbrückentopologie auf. In der Brückenseite 50 sind zwei Schaltmittel 56 angeordnet. Diese weisen jeweils einen FET-Transistor (Feldeffekttransistor) 58 und eine Freilaufdiode 60 auf. Alternativ können IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) eingesetzt werden. Parallel zu den FET-Transistoren 58 ist jeweils eine der Freilaufdioden 60 geschaltet. In der zweiten Brückenseite 52 sind Kondensatoren 62 angeordnet, die als Stabilisierungskondensatoren zur Stabilisierung der Gleichspannung V dienen. Eine Ausführung der Brückenschaltung mit einer Vollbrückentopologie, bei der die Brückenseite 52 ebenfalls mit Schaltmitteln versehen ist, ist denkbar. Die Übertragungsschwingung f wird durch Schaltvorgänge der Schaltmittel 56 erzeugt, welche mittels einer Steuereinheit 63 gesteuert werden. Das Funktionsprinzip eines Wechselrichters zum Erzeugen eines Wechselstroms ist bekannt und wird im Rahmen dieser Beschreibung nicht näher beschrieben. Im Brückenzweig 54 ist ein Schaltkreisabschnitt 64 geschaltet, welcher einen Kondensator 66, das Übertragungsmittel 30 und ein als Stromwandler ausgebildetes Erfassungsmittel 68 aufweist. Ferner sind im Brückenzweig 54 eine Induktivität 70 und ein als Stromwandler ausgeführtes Erfassungsmittel 72 angeordnet. Das Erfassungsmittel 72 ist mit der Steuereinheit 63 verbunden. Durch eine Stromerfassung im Brückenzweig 54, welcher als Zufuhrleitung zum Versorgen des Schaltkreisabschnitts 64 mit Strom dient, kann die vom Übertragungsmittel 30 abgeleistete Energie geregelt wer den. Das Erfassungsmittel 68 ist über einen Schwellenwertdetektor 74 ebenfalls mit der Steuereinheit 63 verbunden.
  • Der im Brückenzweig 54 geschaltete Schaltkreisabschnitt 64 der Primärenergieübertragungseinheit 28 bildet in diesem Ausführungsbeispiel die Erkennungseinheit 38. Der Schaltkreisabschnitt 64 ist in Form eines Parallelschwingkreises mit dem Kondensator 66 und dem Übertragungsmittel 30, welche parallel geschaltet sind, als Resonanzkreis ausgebildet. Die Resonanzfrequenz des Schaltkreisabschnitts 64 ist durch die Kapazität des Kondensators 66 und die Induktivität des Übertragungsmittels 30 gegeben. Wenn die Sekundärenergieempfangseinheit 34 des Energieverbrauchers 10 im Übertragungsbereich 32 angeordnet ist, bildet die Sekundärenergieempfangseinheit 34 mit dem Übertragungsmittel 30 den Transformator 40. Im Betrieb des Energieverbrauchers 10 wird das Übertragungsmittel 30 mit dem von der Schwingungserzeugungseinheit 46 erzeugten Wechselstrom 44, welcher die Übertragungsschwingung f aufweist, gespeist. Dabei ist die Übertragungsschwingung f größer als die Resonanzfrequenz des als Parallelschwingkreis ausgebildeten Schaltkreisabschnitts 64, so dass der Schaltkreisabschnitt 64 außer Resonanz ist. In 3 ist ein Verlauf dieses Wechselstroms 44 als Funktion der Zeit t über eine Zeitperiode dargestellt, wobei der Wechselstrom 44 vom Erfassungsmittel 68 während des Betriebs des Energieverbrauchers 10 erfasst wird. Auf der y-Achse ist der Stromwert I in Ampere dargestellt. Bei diesem Betrieb beträgt in diesem Beispiel der Maximalwert des Wechselstroms 44 fünfzehn A.
  • Es wird jetzt angenommen, dass der als Messer ausgebildete Gegenstand 36 auf die Arbeitsfläche 18 im Übertragungsbereich 32 gelegt wird. Das Vorhandensein des Gegenstands 36 im Übertragungsbereich 32 kann insbesondere dadurch erkannt werden, dass der als Resonanzkreis ausgebildete Schaltkreisabschnitt 64 eine umgebungsempfindliche Resonanzfrequenz aufweist. Dies kommt dadurch zustande, dass das Übertragungsmittel 30 ein umgebungskoppelndes Funktionsbauteil ist. Durch eine Kopplung des Übertragungsmittels 30 mit dem Gegenstand 36, wobei der Gegenstand 36 insbesondere einen Verlauf der Magnetfeldlinien in der Umgebung des Übertragungsmittels 30 verändert, ergibt sich eine Änderung der Induktivität des Übertragungsmittels 30, die von den weiteren Funktionsbauteilen des Schaltkreisabschnitts 64 wahrgenommen wird. Diese von den anderen Funktionsbauteilen wahrgenommene Induktivität wird als Streuinduktivität LS bezeichnet. Der Schaltkreisabschnitt 64 kann also beim im Übertragungsbereich 32 angeordneten Gegenstand 36 durch einen Ersatzschaltkreis 76 gedanklich ersetzt werden, welcher in 4 gezeigt ist. In diesem Ersatzschaltkreis 76 sind der Kondensator 66 und das Erfassungsmittel 68 zu erkennen. Parallel zum Kondensator 66 sind die Streuinduktivität LS und ein Widerstand 78 geschaltet, welcher den ohmschen Widerstand des Gegenstands 36 darstellt. Die Resonanzfrequenz des Schaltkreisabschnitts 64 wird durch das Vorhandensein des Gegenstands 36 im Übertragungsbereich 32 verstellt. Die Streuinduktivität LS ist kleiner als die intrinsische Induktivität des Übertragungsmittels 30, so dass die Resonanzfrequenz durch das Vorhandensein des Gegenstands zunimmt und größer als die Übertragungsschwingung f wird. Folglich kann eine Oberschwingung der Übertragungsschwingung f eine Resonanz des Schaltkreisabschnitts 64 anregen, wodurch eine Erhöhung eines im Übertragungsmittel 30 fließenden Wechselstroms 80 eintreten kann. Dies kann durch das Erfassungsmittel 68 erfasst werden. In den 5 und 6 ist jeweils ein Verlauf dieses Wechselstroms 80 als Funktion der Zeit t dargestellt, wenn der Gegenstand 36 im Übertragungsbereich 32 angeordnet ist. In 5 ist der Wechselstrom 80 mit einer Überlagerung seiner 5. Harmonischen zu sehen, während 6 den Wechselstrom 80 mit einer Überlagerung seiner 3. Harmonischen zeigt. Wie den Figuren zu entnehmen ist, treten Stromspitzen über 50 A auf, die aufgrund einer Anregung der Resonanz des Schaltkreisabschnitts 64 durch die 3. und die 5. Harmonische der Übertragungsschwingung f erzeugt werden.
  • Die durch das Erfassungsmittel 68 erfasste Stromkenngröße wird in den Schwellenwertdetektor 74 eingespeist und mit einem Referenzwert verglichen. Wird dieser Referenzwert, z.B. 50 A, überschritten, wird vom Schwellenwertdetektor 74 ein Steuersignal an die Steuereinheit 63 gesendet, die den Betrieb der Primärenergieübertragungseinheit 28 dementsprechend anpasst. In diesem Beispiel wird der Betrieb zur Verhinderung einer Verbrennungsgefahr durch eine Erhitzung des Gegenstands 36 gestoppt.
    • 10
    Energieverbraucher
    12
    Grundkörper
    14
    Antriebseinheit
    16
    Bedienelement
    18
    Arbeitsfläche
    20
    Arbeitsplatte
    22
    Energieversorgungseinheit
    24
    Gehäuse
    26
    Betätigungselement
    28
    Primärenergieübertragungseinheit
    30
    Übertragungsmittel
    32
    Übertragungsbereich
    33
    Linie
    34
    Sekundärenergieempfangseinheit
    36
    Gegenstand
    38
    Erkennungseinheit
    40
    Transformator
    42
    Last
    43
    Pfeil
    44
    Wechselstrom
    46
    Schwingungserzeugungseinheit
    48
    Leitung
    50
    Brückenseite
    52
    Brückenseite
    54
    Brückenzweig
    56
    Schaltmittel
    58
    FET-Transistor
    60
    Freilaufdiode
    62
    Kondensator
    63
    Steuereinheit
    64
    Schaltkreisabschnitt
    66
    Kondensator
    68
    Erfassungsmittel
    70
    Induktivität
    72
    Erfassungsmittel
    74
    Schwellenwertdetektor
    76
    Ersatzschaltkreis
    78
    Widerstand
    80
    Wechselstrom
    f
    Übertragungsschwingung
    V
    Gleichspannung
    t
    Zeit
    LS
    Streuinduktivität
    I
    Stromwert

Claims (12)

  1. Energieversorgungseinheit umfassend eine Primärenergieübertragungseinheit (28) mit einem Übertragungsbereich (32), welche in drahtlosem Zusammenwirken mit einer im Übertragungsbereich (32) angeordneten und vom Übertragungsbereich (32) trennbaren Sekundärenergieempfangseinheit (34) zur Versorgung eines Energieverbrauchers (10) mit Energie vorgesehen ist, gekennzeichnet durch eine Erkennungseinheit (38), die dazu vorgesehen ist, ein Vorhandensein eines von der Sekundärenergieempfangseinheit (34) unterschiedlichen Gegenstands (36) im Übertragungsbereich (32) zu erkennen.
  2. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärenergieübertragungseinheit (28) zum induktiven Übertragen der Energie an die Sekundärenergieempfangseinheit (34) vorgesehen ist.
  3. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (38) zumindest einen Schaltkreisabschnitt (64) aufweist, der ein umgebungskoppelndes Funktionsbauteil umfasst.
  4. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärenergieübertragungseinheit (28) ein Übertragungsmittel (30) zum Übertragen der Energie aufweist, welches Bestandteil des Schaltkreisabschnitts (64) ist.
  5. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das umgebungskoppelnde Funktionsbauteil vom Übertragungsmittel (30) gebildet ist.
  6. Energieversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreisabschnitt (64) als Resonanzkreis ausgebildet ist.
  7. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis als Parallelschwingkreis ausgebildet ist.
  8. Energieversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennungseinheit (38) ein Erfassungsmittel (68) zur Erfassung einer elektrischen Größe aufweist, das im Schaltkreisabschnitt (64) geschaltet ist.
  9. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsmittel (68) als Strommesser ausgebildet ist.
  10. Energieversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein zweites Erfassungsmittel (72) zur Erfassung einer elektrischen Größe, das in einer Zufuhrleitung zum Versorgen des Schaltkreisabschnitts (64) mit elektrischem Strom angeordnet ist.
  11. Energieversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärenergieübertragungseinheit (28) zur Übertragung von Energie mittels einer Übertragungsschwingung (f) vorgesehen ist und eine Schwingungserzeugungseinheit (46) zur Erzeugung der Übertragungsschwingung (f) aufweist, wobei der Schaltkreisabschnitt (64) in der Schwingungserzeugungseinheit (46) geschaltet ist.
  12. Energieversorgungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsübertragungseinheit (46) eine Schaltung mit einer Brückentopologie aufweist und der Schaltkreisabschnitt (64) in einen Brückenzweig (54) geschaltet ist.
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