DE102017004607A1 - Fridge and / or freezer - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einer Quelle für Energie und/oder Daten und mit wenigstens einem Empfänger von Energie und/oder Daten, wobei die Quelle wenigstens einen Primärkreis mit wenigstens einer Primärspule und der Empfänger wenigstens einen Sekundärkreis mit wenigstens einer Sekundärspule aufweist, die nicht unmittelbar miteinander in Kontakt stehen, wobei die Impedanzen des Primärkreises und des Sekundärkreis zueinander derart abgestimmt sind, dass die Übertragung der Energie und/oder der Daten durch resonant induktive Kopplung erfolgt.The present invention relates to a refrigerator and / or freezer with at least one source of energy and / or data and at least one receiver of energy and / or data, the source having at least one primary circuit with at least one primary coil and the receiver at least one secondary circuit has at least one secondary coil, which are not directly in contact with each other, wherein the impedances of the primary circuit and the secondary circuit to each other are tuned such that the transmission of energy and / or data is carried out by resonant inductive coupling.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit wenigstens einer Quelle für Energie und/oder Daten und mit wenigstens einem Empfänger von Energie und/oder Daten, wobei die Energie und/oder die Daten berührungslos übertragen werden.The present invention relates to a refrigerator and / or freezer with at least one source of energy and / or data and at least one receiver of energy and / or data, wherein the energy and / or the data are transmitted without contact.
Aus dem Stand der Technik gemäß der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühl- und/oder Gefriergerät dahingehend weiterzubilden, bei dem bei der berührungslosen Energie- oder Datenübertragung nicht zwingend der Einsatz eines ferromagnetischen Elementes, wie z.B. eines Eisen- oder Ferritkerns notwendig ist und bei dem eine Energie- und/oder Datenübertragung auch bei einer räumlichen losen Anordnung der beiden Kreise möglich ist.The object of the present invention is to develop a refrigerator and / or freezer in which the non-contact energy or data transmission does not necessarily require the use of a ferromagnetic element, e.g. an iron or ferrite core is necessary and in which an energy and / or data transmission is possible even in a spatial loose arrangement of the two circles.
Diese Aufgabe wird durch ein Kühl- und/oder Gefriergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a refrigerator and / or freezer with the features of
Danach ist vorgesehen, dass die Quelle wenigstens einen Primärkreis mit wenigstens einer Primärspule und der Empfänger wenigstens einen Sekundärkreis mit wenigstens einer Sekundärspule aufweist, die nicht unmittelbar miteinander in Kontakt stehen, wobei die Impedanzen des Primärkreises und des Sekundärkreises zueinander derart abgestimmt sind, dass die Übertragung der Energie und/oder der Daten durch resonant induktive Kopplung erfolgt. Dabei ist die Resonanzfrequenz auf die Übertragungsfrequenz abgeglichen. Die Resonanz zwischen den Schwingkreisen, d.h. zwischen Primärkreis und Sekundärkreis führt zu einer verbesserten magnetischen Kopplung zwischen Sende- und Empfangsspule bei der Übertragungsfrequenz.Thereafter, it is provided that the source has at least one primary circuit with at least one primary coil and the receiver at least one secondary circuit with at least one secondary coil, which are not directly in contact with each other, wherein the impedances of the primary circuit and the secondary circuit are tuned to each other such that the transmission the energy and / or the data is done by resonant inductive coupling. The resonance frequency is adjusted to the transmission frequency. The resonance between the resonant circuits, i. between the primary circuit and secondary circuit leads to an improved magnetic coupling between transmitting and receiving coil at the transmission frequency.
In einer denkbaren und bevorzugten Ausführungsform ist weder der Primärkreis noch der Sekundärkreis mit einem ferromagnetischen Element versehen, wenngleich dessen Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Primärkreis und/oder im Sekundärkreis auch nicht ausgeschlossen ist.In a conceivable and preferred embodiment, neither the primary circuit nor the secondary circuit is provided with a ferromagnetic element, although its use in the context of the present invention in the primary circuit and / or in the secondary circuit is also not excluded.
Der Primärkreis kann fest im Gerät verbaut sein und/oder der Sekundärkreis kann beweglich im oder am Gerät angeordnet sein, wie beispielsweise an einem Ablageboden etc. Grundsätzlich ist aber auch bewegliche Anordnung des Primärkreises und/oder eine unbewegliche Anordnung des Sekundärkreises, z.B. an einer fest im gekühlten Innenraum befindlichen Beleuchtungseinheit denkbar und von der Erfindung umfasst.The primary circuit may be permanently installed in the device and / or the secondary circuit may be arranged movably in or on the device, such as a storage tray, etc. Basically, however, movable arrangement of the primary circuit and / or a stationary arrangement of the secondary circuit, e.g. conceivable on a fixed in the cooled interior lighting unit and includes the invention.
Die Informationsübertragung kann beispielsweise mittels der induktiven Kopplung erfolgen. So können beispielsweise Daten zur Anzeige gebracht werden, z. B. die in dem gekühlten Innenraum vorliegende Temperatur, die z.B. auf einer Glasplatte im gekühlten Innenraum angezeigt werden kann.The information transmission can be done for example by means of inductive coupling. For example, data can be displayed, eg. For example, the temperature present in the cooled interior, e.g. can be displayed on a glass plate in the cooled interior.
Dementsprechend kann der Sekundärkreis mit wenigstens einem Anzeigemittel zur Anzeige einer oder mehrerer Informationen ausgeführt sein oder mit diesem kommunizieren. Die Anzeigemittel können beispielweise als LEDs, als Display, Projektor etc. ausgebildet sein.Accordingly, the secondary circuit may be implemented with at least one display means for displaying one or more information or communicate with it. The display means may be designed, for example, as LEDs, as display, projector, etc.
Bei dem Anzeigemittel oder bei der Fläche, auf der eine Anzeige generiert wird, kann es sich um einen Ablageboden, insbesondere um eine Glasplatte, oder um ein Display, insbesondere um ein Display in dem Verschlusselement, mittels dessen der gekühlte Innenraum verschließbar ist, handeln.In the display means or at the area on which a display is generated, it may be a shelf, in particular a glass plate, or a display, in particular a display in the closure element, by means of which the cooled interior is closed, act.
Bei den Informationen kann es sich um beliebige Werte, Text, Logos etc. handeln. Diese können das Gerät selbst, wie beispielsweise Parameter einer oder mehrerer Komponenten des Gerätes (z.B. Verdampfertemperatur, Kompressordrehzahl etc.) und/oder Betriebsparameter des Gerätes (z.B. Temperaturistwerte) betreffen oder auch andere Parameter, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur etc.The information can be any values, text, logos, etc. These may relate to the device itself, such as parameters of one or more components of the device (e.g., evaporator temperature, compressor speed, etc.) and / or operating parameters of the device (e.g., actual temperatures), or other parameters such as ambient temperature, etc.
In einer denkbaren Ausgestaltung der Erfindung sind der Primär- und der Sekundärkreis räumlich lose gekoppelt, wobei sowohl im Primär- als auch im Sekundärkreis wenigstens eine Kapazität angeordnet ist. Hintergrund dafür ist, dass bei einer räumlich losen Kopplung der Kreise der Kopplungsfaktor ggf. so stark absinkt, dass die Effizienz und Stabilität der induzierten Spannung zu gering ist bzw. schnell abnimmt.In a conceivable embodiment of the invention, the primary and the secondary circuit are spatially loosely coupled, wherein at least one capacitor is arranged both in the primary and in the secondary circuit. The reason for this is that if the circuits are spatially loose, the coupling factor may decrease so much that the efficiency and stability of the induced voltage is too low or rapidly decreases.
Der Kopplungsfaktor k der induktiven Kreise ist definiert durch:
Im Falle einer losen Kopplung macht sich die Eigeninduktivität des Primärkreises mit zunehmendem Abstand zwischen Primär- und Sekundärkreis immer stärker bemerkbar und verhindert so eine effiziente Energieübertragung.In the case of a loose coupling, the self-inductance of the primary circuit makes with increasing distance between the primary and secondary circuits increasingly noticeable and thus prevents efficient energy transfer.
Um dem entgegenzuwirken und den Einfluss der Eigeninduktivität zu kompensieren, wird entweder parallel oder in Serie zur Primär- und/oder Sekundärspule wenigstens eine Kapazität eingefügt. Damit wird ein Schwingkreis gebildet, der einer ohmschen Last gleicht, wenn der Schwingkreis bei der zugehörigen Resonanzfrequenz betrieben wird, die wie folgt lautet:
Die Kapazität kann in Serie oder parallel zu der Primär- und Sekundärspule angeordnet sein.The capacitance may be arranged in series or parallel to the primary and secondary coils.
Bei einer losen Kopplung kann der Fall eintreten, dass der Sekundärkreis relativ zum Primärkreis unterschiedlich ausgerichtet oder gar nicht vorhanden ist. Vor diesem Hintergrund ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Primärkreis über Mittel verfügt, die ausgebildet sind, das Vorhandensein des Sekundärkreises zu ermitteln.In the case of a loose coupling, it may be the case that the secondary circuit is differently oriented or not present relative to the primary circuit. Against this background, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the primary circuit has means which are designed to determine the presence of the secondary circuit.
Diese Mittel können Kommunikationsmittel umfassen, die ausgebildet sind, mit dem Sekundärkreis zu kommunizieren.These means may comprise communication means configured to communicate with the secondary circuit.
Alternativ oder zusätzlich können diese Mittel ausgeführt sein, den im Primärkreis fließenden Strom und die dort angelegte Spannung zu bestimmen und darauf basierend die Wirkleistung zu bestimmen, und/oder derart, dass die Resonanzfrequenz und/oder die Transistorschaltungen im spannungslosen und/oder stromlosen Zustand erfasst wird.Alternatively or additionally, these means can be designed to determine the current flowing in the primary circuit and the voltage applied there and to determine the active power based thereon and / or in such a way that the resonance frequency and / or the transistor circuits are detected in the de-energized and / or de-energized state becomes.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ oder „eine“ nicht zwingend auf genau eines der fraglichen Elemente verweisen, wenngleich auch dies von der Erfindung umfasst ist. Von den Begriffen ist auch eine Mehrzahl der fraglichen Elemente umfasst.It should be noted at this point that the terms "a" or "an" do not necessarily refer to exactly one of the elements in question, although this is also included in the invention. The terms also include a majority of the elements in question.
Vorzugsweise produziert ein im Primärkreis, auch als Erreger oder Energiequelle bezeichnet, generierter Wechselstrom ein wechselndes Magnetfeld, das bei einer passenden Ausrichtung des Sekundärkreises diesen durchsetzt und in diesem eine Wechselspannung induziert, aus der elektrische Leistung und/oder Daten gewonnen werden können. Die Übertragung erfolgt mittels einer berührungslosen Kopplung.Preferably, an alternating current generated in the primary circuit, also referred to as an exciter or energy source, produces an alternating magnetic field which, with a suitable orientation of the secondary circuit, passes through it and induces an alternating voltage therein, from which electrical power and / or data can be obtained. The transmission takes place by means of a contactless coupling.
Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich, eine berührungslose Versorgung von Verbrauchern oder Anzeigeelementen mit Energie oder Daten zu realisieren, ohne dass das Gerät selbst optisch geändert werden müsste. Somit kann auf Stanzungen und Durchbrüche z.B im Innebehälter zur Kabeldurchführung verzichtet werden. Denkbar ist es beispielsweise, den Primärkreis schaumseitig, d.h. hinter der Innenbehälterwandung anzuordnen und den Sekundärkreis innerhalb des gekühlten Innenraums.By means of the present invention it is possible to realize a contactless supply of consumers or display elements with energy or data without the device itself having to be optically changed. Thus, can be dispensed with punches and openings, for example, in the inner container for cable entry. It is conceivable, for example, the primary circuit foam side, i. To arrange behind the inner container wall and the secondary circuit within the cooled interior.
Der Sekundärkreis kann Bestandteil eines oder mehrerer in dem gekühlten Innenraum oder auch außerhalb davon angeordneter Elemente sein, wie z.B. von Ablageböden, Schubladen, Türabstellern etc. Er kann so verbaut sein, dass er für den Nutzer nicht sichtbar ist, was vorzugsweise auch für den Primärkreis gilt.The secondary circuit may be part of one or more elements arranged in the cooled interior or also outside thereof, e.g. of shelves, drawers, door racks, etc. It can be installed so that it is not visible to the user, which preferably also applies to the primary circuit.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
Es zeigen:
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1 : eine schematische Darstellung der berührungslosen induktiven Energieübertragung und die Abhängigkeit des Kopplungsfaktors von dem Wert Δx/r2, wobei Δx der seitliche Versatz der Mittelpunkte der Primär- und der Sekundärspule und r2 der Radius der Sekundärspule ist, -
2 : Schaltbilder unterschiedlicher Kopplungsarten, -
3 : Ersatzschaltbild eines resonanten Übertragungssystems, -
4 : Schaltbilder verschiedener Anordnungen der Kapazitäten im Primär- und im Sekundärkreis, -
5 : Schaltbild eines sekundärseitig resonanten Schwingkreises mit Vollwellnengleichrichter und -
6 : Schaltbild eines Sekundärkreises mit Präsenzerkennung durch Cd.
-
1 : a schematic representation of the non-contact inductive energy transfer and the dependence of the coupling factor of the value .DELTA.x / r 2 , where .DELTA.x the lateral offset of the centers of the primary and the secondary coil and r 2 is the radius of the secondary coil, -
2 : Circuit diagrams of different coupling types, -
3 : Equivalent circuit diagram of a resonant transmission system, -
4 : Circuit diagrams of different arrangements of the capacities in the primary and in the secondary circuit, -
5 : Circuit diagram of a resonant circuit on the secondary side with full wave rectifier and -
6 : Circuit diagram of a secondary circuit with presence detection by C d .
In
Bei einer räumlich losen, d.h. nicht festen Kopplung der induktiven Kreise, d.h. des Primärkreises und des Sekundärkreises ohne das Vorhandensein von ferromagnetischen Kernelementen zur Flusskonzentration, sinkt der Kopplungsfaktor - wie aus
In
Wie oben ausgeführt, fügt man entweder parallel oder seriell zur Spule eine Kapazität C1 ein. Damit entsteht ein Schwingkreis, der einer ohmschen Last gleicht, wenn er bei der Resonanzfrequenz gemäß Formel (2) betrieben wird.As stated above, a capacitor C 1 is inserted either in parallel or in series with the coil. This creates a resonant circuit that resembles an ohmic load when operated at the resonant frequency according to formula (2).
Der ohmsche Widerstand setzt sich aus der Summe der parasitären Widerstände der einzelnen Induktivitäten, Kapazitäten und weiterer Komponenten (Transistoren, Leiterbahnen etc.) zusammen und bewegt sich somit in einem sehr niedrigen Bereich, wie dies aus
Wie oben ausgeführt, kann es bei einer losen Kopplung der beiden Kreise relativ zueinander je nach Anwendung vorkommen, dass der Sekundärkreis relativ zum Primärkreis unterschiedlich ausgerichtet oder gar nicht vorhanden ist.As stated above, it may happen in a loose coupling of the two circles relative to each other, depending on the application, that the secondary circuit is oriented differently or not at all relative to the primary circuit.
Der erste Fall führt zu einer Verschlechterung der Energie- bzw. Datenübertragung, der zweite Fall produziert nur Verluste, da kein Energieabnehmer vorhanden ist.The first case leads to a deterioration of the energy or data transmission, the second case only produces losses because there is no energy consumer.
Vorzugsweise besitzt der Primärkreis daher Mittel, um die An- oder Abwesenheit des Sekundärkreises, d.h. der Last, oder von Fremdobjekten zu bestimmen.Preferably, therefore, the primary circuit has means to control the presence or absence of the secondary circuit, i. load or foreign objects.
Dies kann mit einer oder beiden der im Folgenden genannten Varianten erfolgen:
- 1. Der Primär- und Sekundärkreis können miteinander kommunizieren und/oder
- 2. Der Primärkreis kann die abgegebene Wirkleistung und/oder die Eigenschaften des Resonanzkreises erkennen.
- 1. The primary and secondary circuits can communicate with each other and / or
- 2. The primary circuit can detect the delivered active power and / or the characteristics of the resonant circuit.
Denkbar ist es für den Fall
Denkbar ist eine einfache Zustandserkennung (Anwesend oder Abwesend, d.h. der Sekundärkreis signalisiert seine Präsenz) bis zu einer vollduplexen Kommunikation. Somit verfügt der Sekundärkreis über Mittel, um seine Präsenz signalisieren zu können. Ein solcher Fall ist in
Gemäß Fall
Ein weiteres Kriterium, das alternativ oder zusätzlich herangezogen werden kann, ist die Resonanzfrequenz bzw. die Überwachung der Transistorschaltung im spannungsfreien (ZVS: zero voltage switching) oder stromlosen (ZCS: zero current switching) Zustand. Ist die Last weit bzw. zu weit entfernt, führt dies zu einer Verringerung der Resonanzfrequenz.Another criterion that can be used alternatively or additionally is the resonant frequency or the monitoring of the transistor circuit in the zero-voltage (ZVS) or zero-current switching (ZCS) state. If the load is far or too far away, this leads to a reduction of the resonance frequency.
Elektrisch leitfähige Fremdobjekte führen zu einer Stromüberhöhung im Primärkreis, was das Schaltmuster der Transistoren stören kann.Electrically conductive foreign objects lead to a current increase in the primary circuit, which can disturb the switching pattern of the transistors.
Somit ist es möglich, dass Mittel vorgesehen sind, mittels derer die Schaltfrequenz des Primärkreises nachgestimmt werden kann oder die Energieübertragung gestoppt werden kann, wenn keine Last, d.h. kein Sekundärkreis vorliegt oder Fremdobjekte. Thus, it is possible that means are provided by means of which the switching frequency of the primary circuit can be retuned or the energy transfer can be stopped when no load, ie no secondary circuit is present or foreign objects.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft einsetzbar für lose gekoppelte Kreise (Primär- und Sekundärkreis) ohne Ferritkern bzw. ohne einen ferromagnetischen Kern, sie hat den Vorteil geringer Schaltverluste aufgrund der natürlichen Nutzung von ZVS, ZCS im Resonanzbetrieb und passive Elemente können in ihrer Baugröße reduziert werden aufgrund des Betriebs bei höheren Frequenzen.The present invention can be used advantageously for loosely coupled circuits (primary and secondary circuit) without ferrite core or without a ferromagnetic core, it has the advantage of low switching losses due to the natural use of ZVS, ZCS in resonance mode and passive elements can be reduced in size due to operation at higher frequencies.
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