-
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 199 59 224 A1 ist ein Elektrokochgerät bekannt, das von einer abnehmbaren oder beweglich gelagerten Steuereinheit aus angesteuert werden kann. Zur Energieversorgung einer Elektronik in der Steuereinheit weist sowohl die Steuereinheit als auch eine für die Steuereinheit vorgesehene Halterung am Elektrokochgerät jeweils eine Spule zur induktiven Übertragung von Energie auf.
-
EP 0 798 680 A1 offenbart eine Türüberwachungsvorrichtung. Die Türüberwachungsvorrichtung weist ein Riegelschloss auf, welches mit einem Riegelstatusdetektor versehen ist. Des Weiteren ist ein Türblattstellungsdetektor, mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Detektoren, welche mit einem Sender verbunden ist, vorgesehen, welcher zur drahtlosen Übertragung der Auswertedaten an eine Empfangseinheit in einer Alarmzentrale bestimmt ist, wobei bei nicht autorisiertem Öffnen der Tür eine Alarmmeldung über den Sender an eine Alarmzentrale ausgelöst wird. Das Riegelschloss hat einen Empfänger und die Auswerteschaltung enthält Mittel, die die Statusinformationen solange an die Alarmzentrale senden bis dies durch ein von der Alarmzentrale gesendetes Bestätigungssignal von dem Empfänger empfangen wurde.
-
WO 02/071 423 A1 offenbart ein induktives Kopplungssystem, bei dem die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklungen durch Hinzufügen von Hilfswicklungen an den Primär- und/oder Sekundärjochen der Anordnung nahe dem Luftspalt zwischen den Jochen erhöht wird. Kondensatoren sind mit den Hilfswicklungen verbunden, die zusammen mit der Induktivität der Hilfswicklungen bei der Betriebsfrequenz der primären Wechselspannung in Resonanz schwingen.
-
Die gattungsgemäße
DE 90 12 505 U1 offenbart eine elektronische Türschließvorrichtung mit einer drahtlosen Energieübertragung zur Versorgung eines türflügelseitigen Energiespeichers aus einem rahmenseitigen Netzanschluss, aufweisend eine induktive Energieübertragung zu dem Energiespeicher mittels eines aus je einem im Türrahmen bzw. im Türflügel angeordneten Magnetteilkreis zusammengesetzten, über den Luftspalt zwischen Türrahmen und Türflügel geschlossenen Magnetkreises.
-
DE 41 16 740 A1 offenbart einen Transformator mit einem Kern, der zwei E-förmige Hälften aufweist, die mit offenen Enden aufeinanderstoßen, wobei die beiden äußeren Schenkel der E-förmigen Hälften in direkter Berührung stehen, während die mittleren Schenkel der E-förmigen Hälften einen Spalt bilden. In unmittelbarer Nähe des Spalts sind die beiden mittleren Schenkel verjüngt ausgebildet.
-
DE 40 40 343 A1 zeigt eine Verriegelungsvorrichtung für die Tür eines Backofens, die während des Hochtemperatur- und/oder Mikrowellenbetriebes gegen Öffnen gesichert ist, mit einer mit einem Türhaken zusammenwirkenden Sperrklinke. Auf einem Kunststoff-Trägerteil sind als Verriegelungselemente mindestens die Sperrklinke, eine Blattfeder, eine Schaltnocke, ein Aktuatorpaar und ein Mikroschalter angeordnet, wobei der durch ein Türschließsignal aktivierte Aktuator die Sperrklinke in die Verriegelungsendlage versetzt.
-
DE 29 43 917 A1 offenbart einen Backofen mit einer den Ofeninnenraum abschließenden Ofentür, welche eine durchsichtige bzw. durchscheinende Frontplatte aufweist, die einen Durchblick nach dem Ofeninnenraum ermöglicht und bei dem als Sichtbauteile Einstellelemente und/oder Anzeigegeräte mit Leuchtanzeige vorgesehen sind, wobei die Sichtbauteile so angeordnet sind, daß sie von der Frontplatte abgedeckt werden und daß die Frontplatte wenigstens eine reflektierende, durchscheinende Oberflächenschicht bzw. eine lichtabsorbierende Tönung aufweist, welche nur die Leuchtanzeige der Sichtbauteile bzw. den beleuchteten Ofeninnenraum erkennen lässt.
-
US 6 361 181 B1 offenbart einen Ofen mit einem Garraum, der zur Aufnahme von Nahrungsmitteln geeignet ist und der eine frontseitige Beschickungsöffnung aufweist, die mittels einer schwenkbaren Tür verschließbar ist. Die Tür ist mit einer transparenten Zone versehen, welche die Betrachtung des Garraums bei geschlossener Tür ermöglicht. Innerhalb der Tür ist eine Beleuchtungseinrichtung montiert, mittels welcher der Garraum selektiv beleuchtet werden kann. Vorzugsweise ist die transparente Zone durch eine Fensterpaketanordnung definiert, die ein Paar von beabstandeten ersten und zweiten transparenten Platten enthält, zwischen denen die Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, so dass die Beleuchtungsvorrichtung den Hohlraum durch eine der transparenten Platten beleuchtet. Drähte werden durch die Tür auf die Beleuchtungseinrichtung gelenkt, während sie in einen Schrank des Gerätes neben einem mit der Tür verbundenen Scharnierachsenbereich eintreten.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung weiterzuentwickeln, und zwar insbesondere hinsichtlich der Störunanfälligkeit.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
-
Die Erfindung geht unter anderem aus von einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie von einem stationären Teil eines Haushaltsgeräts zu einem relativ zum stationären Teil beweglich gelagerten Teil des Haushaltsgeräts mit einer im stationären Teil angeordneten Primärwicklung und einer im beweglichen Teil angeordneten Sekundärwicklung.
-
Es wird vorgeschlagen, dass die Primärwicklung einen Primärkern und die Sekundärwicklung einen Sekundärkern umgreifen. Es kann der von der Primärspule erzeugte magnetische Fluss gebündelt und in gebündelter Form auf den Sekundärkern übertragen werden. Die Streuung des magnetischen Flusses zwischen den beiden Wicklungen wird herabgesetzt, wodurch die Störanfälligkeit der induktiven Übertragung, beispielsweise durch ein von einem Bediener unbeabsichtigterweise in das Magnetfeld eingebrachtes Eisenteil, herabgesetzt werden kann. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit der induktiven Übertragung von Energie erhöht, was insbesondere für den zuverlässigen Betrieb einer Elektronik im beweglich gelagerten Teil des Haushaltsgeräts von erheblicher Bedeutung ist. Die Kerne können einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein, wobei von Bedeutung ist, dass der von der Primärwicklung erzeugte magnetische Fluss möglichst gut geführt wird. Zur Herabsetzung von Wirbelströmen können die Kerne aus einem ferritischen Metall geformt oder aus einem oder mehreren Blechpaketen gefertigt sein.
-
Das beweglich gelagerte Teil ist ein Verschlusselement bzw. eine Tür. Auf diese Weise kann z. B. die Türaußenfläche zur Anzeige von Informationen verwendet werden, ohne dass Kabelverbindungen flexibel im Bereich der Türscharniere ausgeführt werden müssen. Es ist auch möglich, eine Beleuchtung in eine Backofentür einzubringen, um auf diese Weise das Ofeninnere gut ausleuchten zu können. Durch die Bündelung des magnetischen Flusses mit Hilfe der Kerne kann des Weiteren eine genügende Menge an Energie übertragen werden, um Heizelemente in der Backofentür anordnen und damit eine Garfunktion erheblich verbessern zu können.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform bilden die beiden Kerne eine zur Führung eines magnetischen Flusses vorgesehene, bis auf einen Spalt zwischen den Kernen ringförmige Anordnung. Der durch die Primärwicklung erzeugte magnetische Fluss kann weitgehend innerhalb der Kerne geführt werden, wodurch eine starke Bündelung des Flusses und somit eine große Energieübertragung von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung möglich ist. Als ringförmig wird eine solche Anordnung verstanden, die es erlaubt, magnetischen Fluss vollständig – bis auf den Spalt zwischen den Kernen – zu führen. Hierbei sollte möglichst der größte Teil des von der Primärwicklung erzeugten in sich geschlossenen magnetischen Flusses in den Kernen geführt werden. Die Ringform muss nicht kreisförmig sein, sondern kann eine beliebige Form annehmen, in der magnetischer Fluss geführt werden kann. Der Spalt zwischen den Kernen unterbricht die Ringform und die Magnetflussführung, wobei der Spalt ein Luftspalt sein kann oder durch einen Stoff, beispielsweise eine elektrische Isolierung, ausgefüllt sein kann. Auch ein teilweise ausgefüllter Spalt ist denkbar.
-
In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die beiden Kerne jeweils eine Stirnfläche aufweisen und die beiden Stirnflächen einander zugewandt sind. Durch die Zuwendung der beiden Stirnflächen zueinander kann die Streuung des magnetischen Flusses im zwischen den Stirnflächen angeordneten Spalt gering gehalten werden.
-
Zweckmäßigerweise sind die Stirnflächen so ausgerichtet, dass ein durch die Primärwicklung erzeugter magnetischer Fluss im Wesentlichen senkrecht durch die Stirnflächen hindurchtritt. Hierdurch kann die Streuung des Magnetfelds außerhalb der Kerne gering gehalten werden.
-
Es wird außerdem vorgeschlagen, dass die Fläche einer Stirnfläche größer ist, als das Quadrat von einem Fünftel des Stirnflächenumfangs und insbesondere kreisförmig oder quadratisch ist. Die Stirnfläche ist somit in ihrer Form kompakt gehalten und relativ groß im Verhältnis zum Stirnflächenumfang. Es kann eine enge Bündelung des magnetischen Flusses durch die Stirnfläche erreicht werden. Bei einer quadratischen oder kreisförmigen Stirnfläche ist diese besonders kompakt und die Flussdichte kann im Bereich der Stirnfläche groß gehalten werden.
-
Es wird des Weiteren vorgeschlagen, dass der kleinste Durchmesser der Stirnflächen größer ist, als die Breite des Spalts. Mit einem solchen Verhältnis des Durchmessers der Stirnflächen zur Breite des Spalts kann die Streuung des magnetischen Flusses im Bereich des Spalts zwischen den Stirnflächen gering gehalten werden.
-
Es ist bevorzugt, dass die beiden Kerne zu den Stirnflächen hin verjüngend ausgeführt sind. Durch die Verjüngung kann der magnetische Fluss im Bereich der Stirnflächen verdichtet und einer Streuung des magnetischen Flusses im Bereich des Spalts entgegengewirkt werden. Die Kerne können zu den Stirnflächen hin beispielsweise in Form eines Kegelstumpfs oder Pyramidenstumpfs ausgeführt sein.
-
In einer Ausführungsvariante ist der Sekundärkern von zwei Sekundärwicklungen mit unterschiedlicher Wicklungszahl umgriffen. Hierdurch können zwei unterschiedliche Stromverbraucher im beweglichen Teil des Haushaltsgeräts ohne großen Aufwand mit einer unterschiedlichen Spannung versorgt werden. Es kann beispielsweise eine Steuerelektronik oder eine Anzeigevorrichtung mit einer geringeren Spannung und eine Beleuchtungseinheit sowie die Heizeinrichtung mit einer größeren Spannung versorgt werden.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, die zur Steuerung einer Induktionsfrequenz von mindestens 30 kHz ausgelegt ist. Durch eine hohe Frequenz oberhalb 30 kHz können durch die Wechselspannung hervorgerufene hörbare Geräusche, die insbesondere von Haustieren als störend wahrgenommen werden, zumindest weitgehend vermieden werden. Außerdem kann mit einer hohen Induktionsfrequenz, also einem schnellen Auf- und Abbauen des von der Primärwicklung angeregten magnetischen Flusses, eine hohe Energieübertragung von der Primärwicklung auf die Sekundärwicklung erreicht werden.
-
Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn die Steuereinheit zur Übertragung von Informationssignalen vorgesehen ist, die einer Induktionsspannung aufgeprägt sind. Die Vorrichtung kann hierdurch nicht nur zur induktiven Energie, sondern auch zur Informationsübertragung zwischen dem stationären Teil und dem beweglich gelagerten Teil des Haushaltsgeräts verwendet werden. Die Steuereinheit kann sowohl für den Empfang als auch für das Aussenden von Informationssignalen vorgesehen sein. Die an der Primärwicklung anliegende Induktionsspannung ist in ihrer Amplitude und der Form ihres zeitlichen Verlaufs im Wesentlichen an die Energieübertragung von der Primärwicklung zur Sekundärwicklung angepasst. Dieser Induktionsspannung können von der Steuereinheit Informationssignale in Form von Spannungsänderungen aufgeprägt werden, die durch den erzeugten magnetischen Fluss auf die Sekundärwicklung übertragen und dort als Spannungsmodulation von einer weiteren Steuereinheit ausgelesen werden können. Umgekehrt ist es ebenso möglich, dass diese zweite Steuereinheit Informationssignale in Form von Spannungsänderungen auf die Sekundärwicklung aufprägt, die sich wiederum auf den magnetischen Fluss auswirken und damit auf die Primärwicklung übertragen werden. Diese Signale können von der mit der Primärwicklung verbundenen Steuereinheit empfangen werden. Informationssignale können der Induktionsspannung in Form von Amplitudenmodulation oder digital aufgeprägt werden, beispielsweise indem nur einzelne oder mehrere Spannungspulse der Induktionsspannung moduliert oder weggelassen werden.
-
Es ist außerdem möglich, dass die Steuereinheit zur Ermittlung der Breite eines Spalts zwischen den Kernen vorgesehen ist. Hierdurch können in einfacher Weise Informationen zur Position des beweglich gelagerten Teils des Haushaltsgeräts relativ zum stationären Teil erhalten werden. Bei einer nicht beanspruchten Ausgestaltung des beweglichen Teils beispielsweise als Kühlschranktür kann auf diese Weise ermittelt werden, ob die Kühlschranktür geschlossen ist. Die Breite des Spalts wirkt sich unmittelbar auf die Induktivität des Systems aus den beiden Kernen aus, die in einfacher Weise von der Steuereinheit auswertbar ist. Eine vielfältige Nutzung des beweglich gelagerten Teils des Haushaltsgeräts kann erreicht werden, wenn die Sekundärwicklung mit einer Elektronikeinheit verbunden ist. Die Elektronikeinheit kann Teil einer Anzeigeeinheit oder Steuereinheit sein und kann zur Steuerung eines Schalters, einer Beleuchtung oder einer Heizeinrichtung verwendet werden.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung durch zwei Kerne, die von Wicklungen umgriffen sind, mit einem dazwischen liegenden Spalt,
-
2 eine Detailansicht aus 1 und
-
3 eine alternative Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie.
-
1 zeigt eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie von einem stationären Teil 2 eines Kühlschranks zu einer Tür 4 des Kühlschranks. Die Vorrichtung umfasst eine Primärwicklung 6, die einen hufeisenförmigen Primärkern 8 umgreift. Die Primärwicklung 6 ist mit einer Steuereinheit 10 verbunden, die zur Steuerung der induktiven Übertragung von Energie vorgesehen ist. Auf der Seite der Tür 4 umfasst die Vorrichtung einen Sekundärkern 12, der von einer ersten Sekundärwicklung 14 und einer zweiten Sekundärwicklung 16 umgriffen ist. Die beiden Sekundärwicklungen 14, 16 sind mit einer Steuereinheit 18 verbunden, an die eine Beleuchtung 20 und eine Anzeige- und Bedieneinheit 22 angeschlossen sind. Die Anzeige- und Bedieneinheit 22 dient sowohl der Anzeige von Informationen als auch der Eingabe von Befehlen durch einen Bediener. Die erste Sekundärwicklung 14 weist eine größere Wicklungsanzahl auf als die zweite Sekundärwicklung 16. Hierdurch wird bei an die Primärwicklung 6 angelegter Wechselspannung in die Sekundärwicklung 14 eine größere Spannung induziert als in die Sekundärwicklung 16. Der Steuereinheit 18 steht somit eine größere Spannung zur Versorgung der Beleuchtung 20 und eine kleinere Spannung zur Versorgung von Elektronikeinheiten in der Steuereinheit 18 und der Anzeige- und Bedieneinheit 22 zur Verfügung. Die Kerne 8, 12 sind aus einem ferritischen Material hergestellt.
-
Im geschlossenen Zustand der Tür 4 ist zwischen dem stationären Teil 2 und der Tür 4 ein schmaler Luftspalt 24. Dieser Luftspalt 24 wird beidseitig begrenzt durch Verkleidungen 26, hinter denen der Primärkern 8 im stationären Teil 2 und der Sekundärkern 12 in der Tür 4 für einen Bediener unsichtbar verborgen sind. Der Primärkern 8 und der Sekundärkern 12 bilden eine ringförmige Anordnung, die zur Führung eines magnetischen Flusses 28 vorgesehen ist und die nur durch den Spalt 24 und die Verkleidungen 26 unterbrochen ist. Der magnetische Fluss 28, der durch zwei gestrichelte Linien angedeutet ist, verläuft in einer geschlossenen Ringform durch die beiden Kerne 8, 12 und über den Spalt, der aus Luftspalt 24 und den Verkleidungen 26 besteht, hinweg.
-
2 zeigt einen Ausschnitt aus 1. Die beiden Kerne 8, 12 weisen Stirnflächen 30, 32 auf, die in 2 von der Seite und somit nicht flächig gezeigt sind. Die Stirnflächen 30, 32 sind parallel zueinander und einander zugewandt. Im Bereich des Spalts zwischen den Kernen 8, 12 streut der magnetische Fluss 28 etwas in den Spalt hinein. Um diese Streuung möglichst gering zu halten, sind die beiden Kerne 8, 12 zu ihren Stirnflächen 30, 32 hin verjüngend ausgeführt. Hierbei ist der quadratische Querschnitt, den die beiden Kerne 8, 12 in ihrem breiten Bereich hinter der Verjüngung aufweisen, durch die ganze Zone der Verjüngung beibehalten, so dass sowohl die Stirnfläche 30 des Primärkerns 8 als auch die Stirnfläche 32 des Sekundärkerns 12 quadratisch ist. Im Bereich der Verjüngung sind somit beide Kerne 8, 12 in der Form eines Pyramidenstumpfs gehalten. Der magnetische Fluss 28, der in 2 durch eine Anzahl gestrichelter Linien dargestellt ist, wird durch die Verjüngung zu den Stirnflächen 30, 32 hin zunehmend gebündelt, so dass der magnetische Fluss 28 in sehr verdichteter Form im Wesentlichen senkrecht durch die Stirnflächen 30, 32 hindurchtritt. Hierdurch kann die Streuung im Bereich des Spalts gering gehalten werden. Als zusätzliche Maßnahme zur Geringhaltung der Streuung sind die kleinsten Durchmesser der Stirnflächen 30, 32, die der in 2 gezeigten Kantenlängen der Stirnflächen 30, 32 entsprechen, größer als die Breite des aus Luftspalt 24 und Verkleidungen 26 bestehenden Spalts.
-
Die Steuereinheit 10 ist zur Steuerung einer Induktionsfrequenz von 40 kHz ausgelegt. Außerdem ist die Steuereinheit 10 dazu ausgelegt, mit der Steuereinheit 18 einen Kommunikationsdialog führen zu können. Hierzu werden von der Steuereinheit 10 und der Steuereinheit 18 Informationssignale tragende Spannungsmuster auf die Primärwicklung 6 bzw. die Sekundärwicklung 16 aufgebracht. Diese werden durch eine entsprechende Beeinflussung des magnetischen Flusses 28 auf die jeweils andere Wicklung 16 bzw. 6 übertragen und von der Steuereinheit 18 bzw. 10 ausgelesen. Auf diese Weise kann Information aus der Steuereinheit 10 auf der Anzeige- und Bedieneinheit 22 zur Anzeige gebracht werden. Umgekehrt ist es möglich, Signale aus der Anzeige- und Bedieneinheit 22 an die Steuereinheit 10 zu übertragen. Die Steuereinheit 10 ist außerdem dazu vorgesehen, aus der Intensität der von der Steuereinheit 18 empfangenen Informationssignale die Breite des Spalts zwischen den Kernen 8, 12 zu ermitteln. Dies ist jedoch nur bis zu einer maximalen Spaltbreite möglich, da bei einer noch größeren Spaltbreite die von der Steuereinheit 18 ausgesendeten Informationssignale von der Steuereinheit 10 nicht mehr empfangen werden können.
-
3 zeigt eine alternative Anordnung eines Primärkerns 34 mit einer Primärwicklung 40 und eines Sekundärkerns 36 mit einer Sekundärwicklung 42 einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung von Energie von einem stationären Teil 44 eines Herds in eine Tür 46 des Herds. Die Sekundärwicklung 42 ist hierbei mit einer Anzahl von Stromverbrauchern, insbesondere mit einem in der Figur nicht dargestellten Heizelement, verbunden, so dass die in 3 gezeigten Kerne 34, 36 zur Übertragung von mehr als 1 kW Leistung vorgesehen sind. Die Kerne 34, 36 sind in Topfform ausgeführt und in 3 mittig geschnitten dargestellt. Beide Kerne 34, 36 weisen jeweils einen zentral angeordneten zylindrischen Zentralkern 48, 50 und einen topfförmig um den Zentralkern 48, 50 herum angeordneten Peripherkern 52, 54 auf. Die Wicklungen 40, 42 sind jeweils um die Zentralkerne 48, 50 gelegt, wobei durch die Primärwicklung 40 ein magnetischer Fluss 56 induziert wird, der jeweils ringförmig durch die Zentralkerne 48, 50 und einen Teil der Peripherkerne 52, 54 fließt. Ebenso wie der Primärkern 34 und Sekundärkern 36 ist der magnetische Fluss 54 um die Zentralkerne 48, 50 herum rotationssymmetrisch ausgebildet.
-
Zwischen dem Primärkern 34 und dem Sekundärkern 36 ist ein Spalt 58 in Form eines Luftspalts angeordnet, der sowohl von den beiden Stirnflächen 60, 62 des Primärkerns 34 als auch von den Stirnflächen 64, 66 des Sekundärkerns 36 unmittelbar begrenzt werden. Der stationäre Teil 44 und die Tür 46 des Herds sind zwar ebenfalls mit Verkleidungen 68 in Form von Beschichtungen ausgeführt, die jedoch zur Durchführung der Stirnflächen 60 bis 66 unterbrochen sind. Hierdurch werden der Primärkern 34 und Sekundärkern 36 nur durch den Spalt 58 beabstandet, wodurch die Streuung des magnetischen Flusses 56 gering gehalten werden kann. Die zylindrisch ausgeführten Zentralkerne 48, 50 sind zu ihren Stirnflächen 60, 64 hin verjüngend in Form eines Kegelstumpfs ausgeführt. Die Durchmesser der Stirnflächen 60, 64 sind größer als die Breite des Spalts 58. Dies gilt auch für den kleinsten Durchmesser der Stirnflächen 62, 66, die kreisringförmig ausgeführt sind. Da die Stirnflächen 62, 66 in Radialrichtung jedoch nur einen kleinen Durchmesser aufweisen, kann dieser Durchmesser auch kleiner ausgeführt sein als die Breite des Spalts 58.
