DE102006017801A1 - Power supply unit for supplying electricity to electrical appliance, has detection unit detecting presence of objects, which is different from secondary energy reception unit within transmission area - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einer Energieversorgungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a power supply unit after the Preamble of claim 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.It is a power supply unit known to be cordless Supply of electrical appliances serves with electrical energy. This can, for example, in the kitchen area be integrated below a worktop and by means of a inductive transmission supply an electrical appliance placed on the worktop. For this purpose, the Power supply unit on a primary winding, by means of a tension in a device-side secondary winding is induced. This voltage is used as the operating voltage of the device.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die gattungsgemäßen Energieversorgungseinheiten weiterzuentwickeln, und zwar insbesondere hinsichtlich einer hohen Bediensicherheit.The The object of the invention is, in particular, the generic power supply units continue to develop, in particular with regard to a high level of Operational safety.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.The The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved while advantageous embodiments and further developments of the invention can be taken from the subclaims.
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.The The invention is based on a power supply unit a primary energy transfer unit with a transmission range, which in wireless interaction with one in the transmission area arranged and from the transmission area separable secondary energy receiving unit to supply an energy consumer with energy is.
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.It It is proposed that the power supply unit is a detection unit which is intended to detect a presence of one of the Secondary power receiving unit different item in the transmission area to recognize. As a result, high security can be achieved. Becomes an object in the transmission area while an operation of the primary power transmission unit introduced and this item is for discharging the transmitted energy to one Energy consumer unsuitable, can through the detection unit a dangerous heating of the article, e.g. the operation of the primary energy transmission unit is stopped. In particular, metallic objects are affected, e.g. Metal parts like metal cutlery, which does not dissipate energy to another Consumers and a majority of the received Energy in heat convert. Below a "transmission range" of the primary energy transmission unit may have a range of those driven by the primary energy transfer unit power transmission be understood. In particular, this can be understood as an area within which the secondary energy receiving unit preferably at least 70%, advantageously at least 90% and particularly advantageous at least 95% of the primary energy transmission unit to disposal can receive adjusted energy.
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.Preferably is the power supply unit for supplying one as electrical Consumers trained energy consumers provided. For example the energy consumer is designed as an electrical appliance, in particular in the household sector. The Secondary energy receiving unit can be integrated in the energy consumer or run separately from this. The power supply unit may preferably below a area be mounted, such. below a worktop in the kitchen area or a work surface in a factory, the secondary energy transfer unit for operation with the primary energy transfer unit to the surface can be arranged. The electrical consumer can also as charger be educated. Further, the power supply unit may be e.g. be designed for use in a motor vehicle.
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.advantageously, is the primary energy transfer unit for inductive transmission the energy to the secondary energy receiving unit intended. This allows an existing, common inductive transmission means, e.g. a coil, for energy transfer be used. This transfer agent In operation, a voltage in an inductive receiving means the secondary energy receiving unit induce. This voltage can be used as operating voltage for a electric drive of the energy consumer, e.g. an electric motor, a heating resistor, etc., are used. The transmission means of the primary energy transmission unit and form the receiving means of the secondary energy receiving unit while advantageously a separable transformer gate. It can in the transmission a voltage of the primary energy transfer unit in a voltage of the secondary energy receiving unit be transformed to different value, creating an additional transformer for the electrical consumers can be saved. Alternatively, you can a voltage of the primary energy transfer unit induced without transformation in the secondary energy receiving unit become. In this case, this voltage can be a mains voltage (e.g., 220V or 230 V).
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.It is also proposed that the detection unit has at least one circuit section which comprises a functionally-coupled functional component. It can thereby provide an advantageous sensitivity of the detection unit a change in their environment, such as by inserting an object, can be achieved. A "environment-coupling functional component" of a circuit section should be understood in this context to be a functional component whose function in the circuit section is characterized by a value of a functional parameter, eg an inductance, a capacitance, a resistance, a frequency, etc., which is a coupling of the functional component with a body arranged in its environment depends. In this case, "environment" means a range of the coupling. By virtue of the coupling, the functional parameter preferably deviates from an intrinsic value which characterizes the functional component in the absence of the body. In this context, "area" may in particular be understood as an area around the functional component, wherein introduction of the body into the area induces a deviation of the functional parameter of at least 5%, advantageously at least 10% and preferably at least 30% of the intrinsic value. Advantageously, the environment of the functional component is formed at least by the transmission range of the primary energy transmission unit. The coupling can be, for example, inductive or capacitive type. If the functional component is embodied, for example, as a coil, the inductance of the coil perceived by other functional components of the circuit section can result from a coupling with a metallic, in particular ferromagnetic, body which is arranged in the vicinity of the coil. For example, a change of a functional parameter of the environmental coupling functional member by introducing a body into its environment may be detected simply by detecting an electrical quantity such as a current, a voltage drop, a frequency, etc. of the circuit portion.
Vorteilhafterweise ist die Erkennungseinheit in der Primärenergieübertragungseinheit angeordnet, wodurch eine kompakte Energieversorgungseinheit erreicht werden kann.advantageously, if the detection unit is arranged in the primary energy transmission unit, whereby a compact power supply unit can be achieved can.
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.In A further embodiment of the invention, the primary energy transfer unit a means of transmission to transfer the power on which is part of the circuit section. Thereby Can be a particularly high sensitivity of the detection unit easy be achieved.
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.These Sensitivity can be further increased and it can Components are saved when the environment-coupling functional component of the transmission means is formed. This is particularly advantageous when the primary energy transfer unit for inductive energy transfer is provided and the transmission means as inductance is trained. In this case, a by a presence of a metallic Object in the vicinity of the transmission means induced stray inductance be evaluated particularly effectively for detection.
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.In a preferred embodiment According to the invention, the circuit section is designed as a resonant circuit. This allows a particularly simple embodiment of the circuit section be achieved. A presence of an object in the environment the resonant circuit can induce an adjustment of a resonant frequency, whereby voltage and / or current increases in the resonant circuit to Detecting the presence of the object in the transmission area advantageous can be evaluated. Indicates the primary energy transfer unit an inductive transmission means, is the transmission medium preferably part of the resonant circuit, thereby saving components can be.
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.A Particularly simple training of the resonant circuit can be achieved be when the resonant circuit is designed as a parallel resonant circuit. There may be a high current in the resonant circuit when a resonance occurs be generated, whereby an effective detection can be achieved can.
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.Further It is proposed that the detection unit be a detection means for detecting an electrical quantity in the circuit section is switched. It can be a change an electrical size of the circuit section be detected directly, creating a presence of an object in the transmission area can be detected quickly and effectively.
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.advantageously, the detection means is connected to a control unit which based on a detection signal of the detection means for controlling an operation of the primary power transmission unit is provided. Thereby a security measure, e.g. a hold of the Operating the power unit, hit quickly and easily become.
Ist das Erfassungsmittel als Strommesser ausgebildet, können kostengünstige und gängige Erfassungsmittel eingesetzt werden. Beispielsweise ist der Strommesser als Stromwandler ausgebildet.is the detection means designed as an ammeter, can cost-effective and common Detection means are used. For example, the ammeter is designed as a current transformer.
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.Advantageously, the power supply unit has a second electrical quantity detection means arranged in a supply line for supplying electric power to the circuit section. This allows a high degree of flexibility can be achieved. It can be achieved, for example, by the second transmission means an advantageous power control of the power supply unit, especially if a Übertra is switched means of the primary power transmission unit in the circuit section. The second detection means is preferably designed as an ammeter, for example as a current transformer.
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.Further It is proposed that the primary energy transfer unit for transmission the energy by means of a transmission oscillation is provided and a vibration generating unit for generating the transmission oscillation wherein the circuit section is in the vibration generating unit is switched. This allows a particularly compact design of Energy supply unit can be achieved. Preferably, the Vibration generating unit provided for generating an alternating current. In this case, the vibration generating unit may be e.g. as an inverter be educated.
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.In In this connection, it is proposed that the vibration transmission unit a circuit with a bridge topology and the circuit section in a bridge branch is switched. This allows the detection unit with little effort by adapting an existing, common topology of the vibration generating unit be made very easy.
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.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing are exemplary embodiments represented the invention. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The specialist will the features also expediently individually consider and summarize to meaningful further combinations.
Es zeigen:It demonstrate:
Neben
dem Energieverbraucher
In
Der
im Brückenzweig
Es
wird jetzt angenommen, dass der als Messer ausgebildete Gegenstand
Die
durch das Erfassungsmittel
- 1010
- Energieverbraucherenergy consumers
- 1212
- Grundkörperbody
- 1414
- Antriebseinheitdrive unit
- 1616
- Bedienelementoperating element
- 1818
- Arbeitsflächeworking surface
- 2020
- Arbeitsplattecountertop
- 2222
- EnergieversorgungseinheitPower supply unit
- 2424
- Gehäusecasing
- 2626
- Betätigungselementactuator
- 2828
- PrimärenergieübertragungseinheitPrimary energy transmission unit
- 3030
- Übertragungsmitteltransmission means
- 3232
- ÜbertragungsbereichFrequency response
- 3333
- Linieline
- 3434
- SekundärenergieempfangseinheitSecondary power receiving unit
- 3636
- Gegenstandobject
- 3838
- Erkennungseinheitrecognizer
- 4040
- Transformatortransformer
- 4242
- Lastload
- 4343
- Pfeilarrow
- 4444
- Wechselstromalternating current
- 4646
- SchwingungserzeugungseinheitVibration generating unit
- 4848
- Leitungmanagement
- 5050
- Brückenseitebridge page
- 5252
- Brückenseitebridge page
- 5454
- Brückenzweigbridge branch
- 5656
- Schaltmittelswitching means
- 5858
- FET-TransistorFET transistor
- 6060
- FreilaufdiodeFreewheeling diode
- 6262
- Kondensatorcapacitor
- 6363
- Steuereinheitcontrol unit
- 6464
- SchaltkreisabschnittCircuit section
- 6666
- Kondensatorcapacitor
- 6868
- Erfassungsmitteldetection means
- 7070
- Induktivitätinductance
- 7272
- Erfassungsmitteldetection means
- 7474
- SchwellenwertdetektorThreshold detector
- 7676
- ErsatzschaltkreisEquivalent circuit
- 7878
- Widerstandresistance
- 8080
- Wechselstromalternating current
- ff
- Übertragungsschwingungtransmission vibration
- VV
- GleichspannungDC
- tt
- ZeitTime
- LS L S
- Streuinduktivitätleakage inductance
- II
- Stromwertcurrent value
Claims (12)
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---|---|---|---|
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ID=38579739
Family Applications (1)
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