DE10246671A1 - Contactless energy transfer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragung für eine Tür, bei der von einem feststehenden Rahmen durch einen Resonanzkreis per Induktion die Spannung auf einen Resonanzkreis auf der Türseite übertragen wird. Dabei befindet sich die Energieübertragung an dem Ort zwischen Rahmen und Tür, an dem sie benötigt wird. Die durch Streuinduktivitäten entstehenden Koppelungsverluste werden durch eine entsprechende Phasenregelschaltung automatisch kompensiert.The invention relates to a contactless energy transmission for a door, in which the voltage is transmitted from a fixed frame through a resonance circuit by induction to a resonance circuit on the door side. The energy transfer is located between the frame and the door where it is needed. The coupling losses caused by leakage inductances are automatically compensated for by a corresponding phase control circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragung für eine Tür oder dergleichen, bei der die Energieübertragung von einem feststehenden Rahmen auf einen beweglichen Türflügel durch Induktion erfolgt.The invention relates to a contactless power transmission for one Door or the like, in which the energy transfer from a fixed frame to a movable door leaf Induction takes place.

In der DE 299 06 699 U1 wird ein Türgriff beschrieben, bei dem eine Energieübertragung über die Bänder von dem die Tür umgebenden Rahmen auf den beweglichen Türflügel erfolgt. Dabei wird die Versorgung über Zuleitungen durch die Bänder realisiert, wobei jedes der beiden Bänder über elektrisch voneinander isolierte Teile die Stromversorgung vornimmt. Die Stromversorgung geht dann durch den gesamten Türflügel auf die gegenüberliegende Seite, nämlich in den Bereich eines Griffes. Hier wird zum einen die Versorgung eines Türöffners und darüber hinaus die elektrische Versorgung eines leuchtenden Türgriffes mit der Versorgungsspannung gespeist.In the DE 299 06 699 U1 describes a door handle in which energy is transmitted via the hinges from the frame surrounding the door to the movable door leaf. In this case, the supply is implemented via supply lines through the tapes, with each of the two tapes providing the power supply via electrically insulated parts. The power supply then goes through the entire door wing to the opposite side, namely in the area of a handle. On the one hand, the supply of a door opener and the electrical supply of a luminous door handle are supplied with the supply voltage.

Eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie mittels einer Induktionsspule, die in eine weitere von der ersten Spule getrennten Spule die Spannung überträgt, wird in der DE 197 26 840 A1 beschrieben.A device for the contactless transmission of electrical energy by means of an induction coil, which transmits the voltage into a further coil separated from the first coil, is disclosed in DE 197 26 840 A1 described.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass eine Möglichkeit der kontaktlosen Energieübertragung bei Türen geschaffen wird, die unabhängig vom Türtyp angewendet werden kann.The object of the invention is in improving the state of the art in that a possibility contactless energy transfer with doors is created that is independent of the door type can be applied.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.The object of the invention is achieved by solved the features of claim 1. Give the subclaims a further embodiment of the inventive idea again.

Die im Stand der Technik angegebene Lösung, nämlich bei der DE 299 06 699 U1 , Übertragung der Energie über die angeschlossenen Scharniere setzt voraus, dass ein solches Türblatt speziell vorbereitet werden muss. Die Vorbereitung besteht darin, dass innerhalb des Rahmens oder des Türblattes Kabel verlegt werden müssen. Dieses bedeutet, dass nur dieser Türtyp verwendet werden kann und eine universelle Nutzung nicht möglich ist. Aus diesem Grunde wird die Energie bei der Erfindung dort übertragen, wo sie auch gebraucht wird.The solution specified in the prior art, namely the DE 299 06 699 U1 , Transmission of energy via the connected hinges requires that such a door leaf must be specially prepared. The preparation consists in the fact that cables have to be laid within the frame or the door leaf. This means that only this type of door can be used and that universal use is not possible. For this reason, the energy in the invention is transmitted where it is needed.

In der Regel wird zur Sicherung einer Tür ein Zutrittskontrollsystem verwendet, das zum Betrieb mit entsprechender Energie versorgt werden muss. Des Weiteren wirkt mit dem Zutrittskontrollsystem ein motorisch betriebenes Türschloss zusammen. Neben den motorisch angetriebenen Türschlössern können auch solche zur Anwendung kommen, bei denen eine entsprechende Blockierung bzw. Freigabe mittels Elektromagneten realisiert wird.Usually, a Door an access control system used, which are supplied with the appropriate energy for operation got to. Furthermore, the access control system acts as a motor operated door lock together. In addition to the motorized door locks, these can also be used come, where a corresponding blocking or release by means Electromagnet is realized.

Durch die Energieübertragung (Senderseite) von dem ortsfesten Rahmen oder der Zarge auf das Türblatt (Empfängerseite), in dem Bereich, wo die Energie benötigt wird, wird zugleich eine preiswerte Lösung vorgeschlagen und darüber hinaus ist diese Lösung auch noch sabotagesicherer.Through the energy transmission (transmitter side) from the stationary frame or frame on the door leaf (receiver side), in the area where the energy is needed, there is also a inexpensive solution proposed and about beyond that is solution also more sabotage-proof.

Zur kontaktlosen Energieübertragung wird deshalb eine Energieübertragung mittels Induktivitäten sowohl auf der Senderseite als auch auf der Empfängerseite vorgeschlagen. Bei den Induktivitäten handelt es sich um zwei Spulen, die als Resonanzkreise konzipiert sind. Ein Oszillator erzeugt eine entsprechende Spannung, die in einem nachgeschalteten Verstärker verstärkt wird. Diese Spannung geht an einen Resonanzkreis auf der Senderseite. Von der dort verwendeten Induktivität wird eine Teilspannung abgezweigt und einem Phasenregelkreis zugeführt. Der Phasenregelkreis hat die Aufgabe, die durch die lose Koppelung entstehenden Koppeleffekte auszugleichen. Die Koppeleffekte entstehen dadurch, dass zwischen dem Resonanzkreis der Senderseite und dem Resonanzkreis der Empfängerseite kein fester Abstand besteht. Dieses resultiert daraus, dass zwischen der Zarge und der Tür ein Luftspalt vorhanden ist, der bei Türen unterschiedlich ist. Um hier eine weitestgehende Kompensation zu erreichen, wird deshalb vorgeschlagen, einen Phasenregelkreis einzusetzen. Der Phasenregelkreis vergleicht dabei die Phasenlage des Oszillators mit der von der Induktivität der Senderseite abgenommenen Phasenlage dieser Teilspannung. Die sich hieraus ergebende Regelspannung wird dem Oszillator zugeführt, der dadurch eine Nachstimmung automatisch durchführt. Somit können senderseitige Streuinduktivitäten kompensiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Koppelung variabel ist.For contactless energy transfer therefore becomes an energy transfer by means of inductors proposed both on the transmitter side and on the receiver side. at the inductors are two coils that are designed as resonance circuits. An oscillator generates a corresponding voltage, which in one downstream amplifier is amplified. This voltage goes to a resonant circuit on the transmitter side. A partial voltage is branched off from the inductance used there and fed to a phase locked loop. The The phase-locked loop has the task of creating the loose coupling Compensate coupling effects. The coupling effects result from that between the resonant circuit of the transmitter side and the resonant circuit the receiving end there is no fixed distance. This results from the fact that between the frame and the door there is an air gap that is different for doors. Around It is therefore necessary to achieve the greatest possible compensation here proposed to use a phase locked loop. The phase locked loop compares the phase position of the oscillator with that of the inductance phase position of this partial voltage, which is taken from the transmitter side. The resulting control voltage is fed to the oscillator, the this automatically carries out a retuning. Thus, on the transmitter side stray inductances be compensated. It should be noted that the coupling is variable.

Auf der Empfängerseite befindet sich ebenfalls ein Resonanzkreis, der die induzierte Spannung über einen Gleichrichter einer Konstantstromquelle zuführt. Die Konstantstromquelle wiederum versorgt einen Akku, der zur Versorgung des Schlosses bzw. auch der Zutrittskontrolleinrichtung innerhalb der Tür dient.On the receiving end there is also a resonant circuit that measures the induced voltage across a rectifier Constant current source supplies. The constant current source in turn supplies a battery that is used for supply of the lock or the access control device inside serves the door.

Bei den Spulen innerhalb der auf der Sender- und Empfangsseite verwendeten Resonanzkreise kann es sich um Luftspulen handeln oder aber auch um Spulen, die einen Ferritkern aufweisen.With the coils inside the on the resonance circuits used on the transmitter and receiver side can are air coils or coils that have a ferrite core exhibit.

Bei einer geöffneten Tür wird aufgrund des zu großen Luftspaltes zwischen der Empfänger- und der Senderseite keine Energie übertragen. Um jedoch eine funktionstüchtige Einrichtung innerhalb der Tür vorzuhalten, wird die Versorgung in diesem Falle dann über den durch die Energieübertragung gepufferten Akku aufrechterhalten.If the door is open, the air gap is too large between the recipient and transmit no energy to the transmitter side. However, to be a functioning facility inside the door in this case, the supply will then be provided via the through energy transfer maintain the buffered battery.

Die Erfindung wird anhand von zwei möglichen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is based on two potential illustrated embodiments in the figures.

Es zeigen:Show it:

1: Eine Ausführung mit Luftinduktivitäten. 1 : A version with air inductances.

2: Ein Ausführungsbeispiel mit Induktivitäten, die einen Ferritkern beinhalten. 2 : An embodiment with inductors that contain a ferrite core.

Zur Versorgung der Elektronik innerhalb des Türschlosses bzw. einer Zutrittskontrolleinrichtung wird ein Akku 21 benötigt. Um einen solchen Akku 21 innerhalb eines Türblattes im Pufferbetrieb zu laden, wird über einen Luftspalt zwischen einer nicht dargestellten Tür und einer Zarge dieser Akku 21 kontaktlos nachgeladen. Dabei wird zur Energieübertragung ein Transformator mit einem variablen Luftspalt L verwendet.A battery is used to supply the electronics within the door lock or an access control device 21 needed. To such a battery 21 load within a door leaf in buffer mode, is this battery via an air gap between a door, not shown, and a frame 21 reloaded contactless. A transformer with a variable air gap L is used for energy transmission.

Der Luftspalt L liegt somit zwischen einem Resonanzkreis auf der Senderseite 5 und einem Resonanzkreis auf der Empfängerseite 6. Der Resonanzkreis der Senderseite besteht aus einer Spule 22, die mit einem Kondensator 7 in Reihe geschaltet ist. Von einem Verstärker 2 wird über eine Verbindung 4 der Kondensator 7 und die Spule 22 gespeist. Der Verstärker 2 ist über eine Verbindung 3 mit einem variablen Oszillator 1 verbunden. Das dem Kondensator 7 gegenüberliegende Ende der Spule 22 ist geerdet (Bezugszeichen 8).The air gap L is thus between a resonance circuit on the transmitter side 5 and a resonant circuit on the receiver side 6 , The resonant circuit on the transmitter side consists of a coil 22 that with a capacitor 7 is connected in series. From an amplifier 2 is about a connection 4 the capacitor 7 and the coil 22 fed. The amplifier 2 is over a connection 3 with a variable oscillator 1 connected. The condenser 7 opposite end of the coil 22 is grounded (reference symbol 8th ).

Um eine senderseitige Streuinduktivität kompensieren zu können, wird von der Spule 22 über eine Verbindung 9 eine Teilspannung abgegriffen. Die se Teilspannung wird einer Phasenregelschaltung 10 zugeführt. Über eine Verbindung 12 von dem Oszillator 1 wird die dem Verstärker 3 zugeführte Spannung ebenfalls zugeführt. Durch die Phasenregelschaltung 10 kann somit ein auftretender Koppelungseffekt durch die variable Koppelung kompensiert werden. Das daraus entstehende Regelsignal wird über eine Verbindung 11 dem Oszillator 1 zugeführt, der dadurch eine automatische Abstimmung des Oszillators 1 vornimmt.In order to be able to compensate for leakage inductance on the transmitter side, the coil 22 over a connection 9 tapped a partial voltage. This partial voltage is a phase-locked loop 10 fed. Via a connection 12 from the oscillator 1 becomes the amplifier 3 supplied voltage also supplied. Through the phase control circuit 10 an occurring coupling effect can thus be compensated for by the variable coupling. The resulting control signal is sent via a connection 11 the oscillator 1 fed, which thereby an automatic tuning of the oscillator 1 performs.

Durch den Oszillator 1, der durch eine nicht dargestellte Versorgungsspannung von extern versorgt wird, wird die Sendeseite 5 mit der entsprechenden Energie versorgt. Diese Energie überträgt sich über den Luftspalt L auf die Empfängerseite 6 der Energieübertragungseinrichtung. Die Empfängerseite 6 besteht ebenfalls aus einem Resonanzkreis, der aus einer Induktivität mit der Spule 13 und einem parallel dazu geschalteten Kondensator 14 besteht. Über Verbindungen 15 und 16 wird ein angeschlossener Gleichrichter 17 versorgt. Die gleichgerichtete Spannung geht über eine Verbindung 18 an eine Konstantstromquelle 20. Die Konstantstromquelle 20 sorgt dafür, dass über die Verbindungen 35 und 19 der angeschlossene Akku mit der entsprechenden Ladespannung versorgt wird. Dabei wird die Versorgungsspannung des Akkus ständig überwacht.Through the oscillator 1 , which is supplied externally by a supply voltage, not shown, becomes the transmission side 5 supplied with the appropriate energy. This energy is transferred via the air gap L to the receiver side 6 the energy transmission device. The receiving end 6 also consists of a resonance circuit consisting of an inductance with the coil 13 and a capacitor connected in parallel 14 consists. About connections 15 and 16 becomes a connected rectifier 17 provided. The rectified voltage goes through a connection 18 to a constant current source 20 , The constant current source 20 makes sure about the connections 35 and 19 the connected battery is supplied with the appropriate charging voltage. The battery supply voltage is constantly monitored.

Bei der in 2 dargestellten Ausführung einer kontaktlosen Energieübertragung handelt es sich, bei den auf der Senderseite 5 und auf der Empfängerseite 6 verwendeten Induktivitäten, um Spulen, die mit einem Ferritkern ausgerüstet sind.At the in 2 shown embodiment of a contactless energy transfer is the one on the transmitter side 5 and on the receiving end 6 used inductors to coils that are equipped with a ferrite core.

Von einem Generator 23 wird über eine Verbindung 24 eine Verstärkungsschaltung 27 mit der notwendigen Energie für die Senderseite versorgt. Über eine Verbindung 25 wird dabei ein Kondensator 29, der in Reihe mit der Spule 28 liegt, verbunden, wobei andererseits die Spule 28 über eine Verbindung 26 mit dem Verstärker 27 verbunden ist.From a generator 23 is about a connection 24 an amplification circuit 27 supplied with the necessary energy for the transmitter side. Via a connection 25 becomes a capacitor 29 that is in series with the coil 28 lies connected, on the other hand the coil 28 over a connection 26 with the amplifier 27 connected is.

Auch auf der Empfängerseite 6 ist die Spule 30 in Reihe mit einem Kondensator 36 geschaltet. Von dem Kondensator 36 geht über eine Verbindung 31 und über eine Verbindung 32 von dem anderen Spulenende 30 die von der Senderseite 6 empfangene Energie an einen Gleichrichter 17. Über die Verbindungen 33 und 34 wird die gleichgerichtete Spannung dem Akku 21 zugeführt.Also on the receiving end 6 is the coil 30 in series with a capacitor 36 connected. From the capacitor 36 goes through a connection 31 and through a connection 32 from the other end of the coil 30 that from the transmitter side 6 received energy to a rectifier 17 , About the connections 33 and 34 the rectified voltage is the battery 21 fed.

Durch den relativ großen Luftspalt zwischen der Tür und dem Türrahmen verringert sich die magnetische Koppelung. Gleichzeitig wird die Streuung vergrößert. Die Koppelung wird dabei durch die entsprechenden Ferritkerne kompensiert. Die primären und sekundären Streuinduktivitäten werden dabei durch die Kondensatoren 29 und 36 kompensiert.The relatively large air gap between the door and the door frame reduces the magnetic coupling. At the same time, the spread is increased. The coupling is compensated for by the corresponding ferrite cores. The primary and secondary leakage inductances are the capacitors 29 and 36 compensated.

11
variabler Oszillatorvariable oscillator
22
Verstärkeramplifier
33
Verbindungconnection
44
Verbindungconnection
55
Sendeseitetransmission side
66
EmpfangsseiteHome
77
Kondensatorcapacitor
88th
MasseDimensions
99
Verbindungconnection
1010
PhasenvergleichsschaltungPhase comparing circuit
1111
Verbindungconnection
1212
Verbindungconnection
1313
SpuleKitchen sink
1414
Kondensatorcapacitor
1515
Verbindungconnection
1616
Verbindungconnection
1717
Gleichrichterrectifier
1818
Verbindungconnection
1919
Verbindungconnection
2020
KonstantstromquelleConstant current source
2121
Akkubattery pack
2222
SpuleKitchen sink
2323
Generatorgenerator
2424
Verbindungconnection
2525
Verbindungconnection
2626
Verbindungconnection
2727
Verstärkeramplifier
2828
SpuleKitchen sink
2929
Kondensatorcapacitor
3030
SpuleKitchen sink
3131
Verbindungconnection
3232
Verbindungconnection
3333
Verbindungconnection
3434
Verbindungconnection
3535
Verbindungconnection

Claims (10)

Kontaktlose Energieübertragung für eine Tür oder dergleichen von einem feststehenden Rahmen zu einem bewegbaren Türflügel, wobei eine speisende Induktionsspule durch Induktion auf eine gespeiste Induktionsspule die Energie für einen Verbraucher überträgt, indem die Energieübertragung (Senderseite 5) von dem Rahmen auf das Türblatt (Empfängerseite 6) im Bereich eines in der Tür befindlichen Schlosses und/oder Zutrittskontrolleinrichtung durch die induktive Energieübertragung über einen auf der Senderseite (5) und einen auf der Empfängerseite (6) vorhandenen Resonanzkreis erfolgt, wobei deren Koppelung variabel ist und enstprechende Koppeleffekte automatisch kompensiert werden.Contactless energy transmission for a door or the like from a fixed frame to a movable door leaf, wherein a feeding induction coil by induction on a fed induction coil the energy for a consumer transmits by the energy transmission (transmitter side 5 ) from the frame to the door leaf (receiver side 6 ) in the area of a lock and / or access control device in the door by inductive energy transmission via one on the transmitter side ( 5 ) and one on the receiving end ( 6 ) existing resonance circuit takes place, the coupling of which is variable and the corresponding coupling effects are automatically compensated for. Kontaktlose Energieübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oszillator (1) mit einer Phasenregelschaltung (10) und einem nachgeschalteten Verstärker (2) zur Versorgung des senderseitigen Resonanzkreises (5) eingesetzt wird.Contactless energy transmission according to claim 1, characterized in that an oscillator ( 1 ) with a phase control circuit ( 10 ) and a downstream amplifier ( 2 ) to supply the resonant circuit on the transmitter side ( 5 ) is used. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelung zwischen der Senderseite (5) und der Empfängerseite (6) variabel ist.Contactless energy transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling between the transmitter side ( 5 ) and the receiving end ( 6 ) is variable. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleffekte durch einen Phasenvergleich kompensiert werden.Contactless energy transfer according to one of the previous ones Expectations, characterized in that the coupling effects by a phase comparison be compensated. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Phasenvergleiches die Phasenregelschaltung (10) verwendet wird.Contactless energy transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the phase control circuit ( 10 ) is used. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Empfängerseite (6) eine Gleichrichterschaltung (17) mit einer nachgeschalteten Konstantstromquelle (20) vorhanden ist.Contactless energy transmission according to one of the preceding claims, characterized in that on the receiver side ( 6 ) a rectifier circuit ( 17 ) with a downstream constant current source ( 20 ) is available. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (22, 13) auf der Senderseite (5) und der Empfängerseite (6) Luftinduktivitäten sind.Contactless energy transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the inductances ( 22 . 13 ) on the transmitter side ( 5 ) and the receiving end ( 6 ) Are air inductors. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (22, 13) auf der Senderseite (5) und auf der Empfängerseite (6) mit einem Ferritkern versehen sind.Contactless energy transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the inductors ( 22 . 13 ) on the transmitter side ( 5 ) and on the receiving end ( 6 ) are provided with a ferrite core. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung für ein Schloss, Motorschloss und/oder Zutrittskontrolleinrichtung verwendet wird.Contactless energy transfer according to one of the previous ones Expectations, characterized in that the energy transfer for a lock, Motor lock and / or access control device is used. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eines Akkus (21) überwacht wird.Contactless energy transmission according to one of the preceding claims, characterized in that the supply voltage of a battery ( 21 ) is monitored.
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