DE19743860C1 - Vorrichtung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Übertragung von elek­ trischer Energie, mit einer Primärspule und einer Sekundärspule, die benachbart zueinander angeordnet oder anordenbar sind sowie eine Zahnbürste mit einer solchen Vorrichtung.

Derartige Vorrichtungen sind allgemein bekannt und werden bei einer Vielzahl von Gegenständen zur Übertragung von elektrischer Energie verwendet. Ein Anwendungsfall, bei dem derartige Vorrichtungen eingesetzt werden, sind elektrische Zahnbürsten. In diesem Fall ist die Primärspule der Vorrichtung in einem Gehäuse untergebracht, das beispielsweise auf einem Waschbecken oder dergleichen ortsfest abgestellt ist. Über eine entsprechende elektrische Schaltung wird die Primärspule von einem elektrischen Wechselstrom beaufschlagt. Die Sekundärspule ist in dem Bürstenteil untergebracht. Dort ist desweiteren ein Akkumulator sowie ein Elektromotor vorgesehen, mit dem die Zahnbürste in eine Reinigungsbewegung versetzt wird. Das Bürstenteil kann von einem Benutzer zur Zahnreinigung von dem ortsfesten Gehäuse abgenommen werden. Vor und nach der Benutzung des Bürstenteils wird dieses üblicherweise an dem Gehäuse der elektrischen Zahnbürste angebracht. Beispielsweise kann das Bürstenteil zu diesem Zweck auf einen Zapfen oder dergleichen aufgesteckt werden. In diesem aufgesteckten Zustand sind die Primärspule und die Sekundärspule benachbart zueinander angeordnet. Damit ist es möglich, daß eine induktive Übertragung von elektrischer Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule stattfindet. Mit Hilfe der übertragenen Energie wird dann der Akkumulator des Bürstenteils aufgeladen. Unter der "benachbarten Anordnung" der Spulen soll im vorliegen­ den Fall sowohl eine konzentrische Positionierung wie auch eine axial überein­ ander angeordnete Positionierung der Spulen verstanden werden.

Eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen ist beispielsweise aus der DE 77 08 501 U1 bekannt. Zur optimalen magnetischen Kopplung zwischen der im Grundgerät angeordneten Primärspule und der im Handgerät vorgesehenen Sekundärspule ist vorgesehen, daß die Sekundärspule unter Zwischenschaltung wenigstens zweier einander gegenüberliegender und gegenseitig beabstandeter Weicheisenschalen auf einem Spulenträger aus nicht magnetisierbarem Material angeordnet ist. Die Primärwicklung im Grundgehäuse umschließt bei eingestecktem Handgerät die Sekundärwicklung sowie die beiden Weicheisenschalen konzentrisch.

Aus der DE 91 01 850 U1 ist ebenfalls eine mittels eines Ladeteils induktiv aufladbare elektrische Zahnbürste bekannt. An dem Zahnbürstengehäuse ist ein Schließkörper lösbar festgelegt, der mittels eines an dem Ladeteil angebrachten Trennkörpers von dem Zahnbürstengehäuse lösbar ist, so daß die Stromquelle der elektrischen Zahnbürste aus dem Gehäuse entnommen werden kann.

Eine weitere induktiv aufladbare Zahnbürste ist in der JP 5-234 763 (A) beschrieben, wobei diese Vorrichtung besondere Vorteile aufweisen soll, wenn die elektrischen Geräte Modellwechseln unterworfen werden bzw. eine Mehrzahl von elektrischen Geräten gleicher oder unterschiedlicher Ausbildung induktiv aufgeladen werden soll.

Wird die elektrische Zahnbürste auf einer metallischen Fläche abgestellt, bei­ spielsweise auf einer Waschmaschine oder auf einem Edelstahlwaschbecken, so hat dies zur Folge, daß die metallische Fläche einen Einfluß ausübt auf die induktive Übertragung der elektrischen Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule. Insbesondere hat die Einwirkung der metallischen Fläche zur Folge, daß der Wirkungsgrad der induktiven Übertragung der elektrischen Energie geringer wird. Die zu der Sekundärspule übertragene elektrische Energie wird dadurch ebenfalls geringer, so daß die Zeitdauer zur Aufladung des Akku­ mulators in dem Bürstenteil größer wird. Dies kann die unerwünschte Folge haben, daß der Akkumulator aufgrund der Benutzung des Bürstenteils schneller entladen als wieder aufgeladen wird. Desweiteren ist es möglich, daß bei einer fest vorgegebenen Aufladezeit der Akkumulator nur teilweise aufgeladen wird, was ebenfalls zu einer unerwünschten verringerten Benutzungsdauer führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie eine Zahnbürste mit einer Vorrichtung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie zu schaffen, die unabhängig vom individuellen Standort, insbesondere auch unter dem Einfluß einer metallischen Oberfläche ihren Wirkungsgrad im wesentlichen beibehält.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Primärspule umgebender ferromagneti­ scher Ring und/oder eine zwischen Primärspule und Gehäuseboden positionierte, metallische Platte vorgesehen sind.

Mit Hilfe des Rings werden die magnetischen Feldlinien, die sich von der Primär­ spule zu der Sekundärspule erstrecken, gegen die Einwirkung der metallischen Fläche abgeschirmt. Dies bedeutet, daß der Verlauf der magnetischen Feldlinien sich nicht ändert, wenn beispielsweise die elektrische Zahnbürste auf einer metallischen Fläche abgestellt wird. Diese Beibehaltung der magnetischen Feld­ linien hat zur Folge, daß die induktive Übertragung der elektrischen Energie im wesentlichen gleich bleibt. Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung verändert sich also aufgrund des die Primärspule umgebenden ferromagneti­ schen Rings im wesentlichen nicht. Es wird also im wesentlichen immer die gleiche elektrische Energie von der Primärspule auf die Sekundärspule über­ tragen, unabhängig von der Beschaffenheit der Fläche, auf der die erfindungs­ gemäße Vorrichtung abgestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine metallische Platte vorgesehen sein. Mit Hilfe dieser Platte wird eine weitere Abschirmung der magnetischen Feldlinien gegen den Einfluß der metallischen Oberfläche erreicht. Die Primärspule ist nunmehr an ihrem Umfang mit Hilfe des Rings und auf einer weiteren Seite durch die Platte abgeschirmt. Wird beispiels­ weise die elektrische Zahnbürste auf eine metallische Oberfläche abgestellt, so haben der Ring und die Platte zur Folge, daß der Einfluß der metallischen Oberfläche hinsichtlich der magnetischen Feldlinien nicht zur Wirkung kommt. Die magnetischen Feldlinien von der Primärspule zu der Sekundärspule werden somit aufgrund der metallischen Fläche kaum verändert. Die induktive Über­ tragung der elektrischen Energie wird also aufgrund des Rings und der zusätzli­ chen Platte durch äußere Einflüsse im wesentlichen nicht gestört.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Ring aus Ferrit oder Eisenpulver be­ steht. Durch diese Materialwahl wird eine besonders gute Abschirmung der magnetischen Feldlinien gegen die Einwirkung einer metallischen Oberfläche erreicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Primärspule eine etwa quer zur Achse des Rings angeordnete metallische Platte mit bevorzugt hoher elektrischer Leitfähigkeit zugeordnet.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Platte auf der der Sekundärspule abgewandten Seite der Primärspule angeordnet. Dies bedeutet, daß die Primärspule und die Sekundärspule unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Weder der Ring noch die Platte stören insoweit die induktive Übertragung der elektrischen Energie von der Primärspule zu der Sekundärspule.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Platte aus Kupfer oder Aluminium besteht. Diese Materialien besitzen insbesondere eine gute elektrische Leitfähig­ keit, um Einflüsse der metallischen Fläche auf der die erfindungsgemäße Vor­ richtung abgestellt ist, weitestgehend auszuschließen. Insoweit bleibt der Wir­ kungsgrad der Übertragung im wesentlichen ungeändert, wobei Verluste auf­ grund des Auftretens von Wirbelströmen gering gehalten werden.

Wie bereits erläutert, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in besonders vorteilhafter Weise bei einer elektrischen Zahnbürste verwendet werden. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei anderen Gegenständen und Produkten vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombina­ tion den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Ebene I-I der Fig. 2 durch eine elektrische Zahnbürste, in der ein Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie enthalten ist, und

Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung entlang der Ebene II-II der Fig. 1.

In den Fig. 1 und 2 ist eine elektrische Zahnbürste 1 dargestellt, die ein Gehäuse 2 sowie ein Gehäuseteil 3 aufweist. Das Gehäuse 2 ist dazu vorgese­ hen, mit seinem Boden 4 ortsfest auf einer Oberfläche abgestellt zu werden. Das Gehäuse 2 mit den darin untergebrachten Bauteilen wird häufig auch als Ladeteil der elektrischen Zahnbürste 1 bezeichnet. Das Gehäuseteil 3 ist von dem Gehäu­ se 2 abnehmbar und wieder aufsteckbar. In dem Gehäuseteil 3 sind ein Akkumu­ lator sowie ein Elektromotor untergebracht. Desweiteren ist das Gehäuseteil 3 mit einer Zahnbürste versehen. Das Gehäuseteil 3 wird deshalb oft auch als Bürstenteil der elektrischen Zahnbürste 1 bezeichnet.

Zur Zahnreinigung nimmt ein Benutzer das Gehäuseteil 3 von dem Gehäuse 2 ab und schaltet die elektrische Zahnbürste ein. Diese führt dann mit Hilfe des Elektromotors und unter Entnahme von elektrischer Energie aus dem Akkumula­ tor eine Reinigungsbewegung aus. Nach der Zahnreinigung ordnet der Benutzer das Gehäuseteil 3 wieder dem Gehäuse 2 zu, indem er das Gehäuseteil 3 auf das Gehäuse 2 aufsteckt.

Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 2 mit einem nach oben hervorstehenden Zapfen 5 versehen, dem eine entsprechende Ausnehmung 6 in dem Gehäuseteil 3 zugeordnet ist. Der Zapfen 5 ist dabei etwa quer zum Boden 4 des Gehäuses 2 angeordnet und besitzt einen etwa kreisförmigen Querschnitt. Die Ausneh­ mung 6 ist derart ausgestaltet, daß das im wesentlichen zylindrisch ausge­ bildete Gehäuseteil 3 im auf den Zapfen 5 aufgesteckten Zustand ebenfalls etwa quer zum Boden 4 angeordnet ist. Desweiteren sind der Zapfen 5 und die Ausnehmung 6 derart aneinander angepaßt, daß das Gehäuseteil 3 in seinem auf den Zapfen 5 aufgesteckten Zustand einen festen Stand auf dem Gehäuse 2 hat.

In dem Zapfen 5 ist ein Ferritstab 7 untergebracht, der sich etwa quer zum Boden 4 aus einem Bereich unterhalb des Zapfens 5 bis in den Zapfen 5 hinein erstreckt.

In dem Bereich unterhalb des Ferritstabs 7 ist eine Primärspule 8 vorgesehen. Die Primärspule 8 ist als Ringspule ausgebildet und ist auf den Ferritstab 7 aufge­ steckt. Die Achse der Primärspule 8 ist somit etwa quer zum Boden 4 angeord­ net.

Innerhalb des Gehäuseteils 3 ist eine Sekundärspule 9 vorgesehen, die als Rings­ pule ausgebildet ist und die auf die in das Innere des Gehäuseteils 3 hinein­ ragende und dort einen Zylinder bildende Ausnehmung 6 aufgesteckt ist. Die Achse der Sekundärspule 9 ist etwa quer zum Boden 4 und etwa koaxial zur Achse der Primärspule 8 ausgerichtet. Im aufgesteckten Zustand ist die Se­ kundärspule 9 oberhalb der Primärspule 8 angeordnet.

Im aufgesteckten Zustand des Gehäuseteils 3 auf das Gehäuse 2 findet eine induktive Übertragung von elektrischer Energie von der Primärspule 8 auf die Sekundärspule 9 statt. Zu diesem Zweck wird die Primärspule 8 beispielsweise aus einem Energieversorgungsnetz mit einer Wechselspannung beaufschlagt, die dann mit Hilfe des Ferritstabs 7 auf die Sekundärspule 9 übertragen wird. Die übertragene Energie dient dazu, den Akkumulator in dem Gehäuseteil 3 auf­ zuladen.

In dem Gehäuse 2 ist ein ferromagnetischer Ring 10 vorgesehen, der die Primär­ spule 8 umgibt. Die Achse des Rings 10 und die Achse der Primärspule 8 sind etwa koaxial zueinander angeordnet. Der Ring 10 ist beispielsweise aus einem Ferrit oder einem Eisenpulver hergestellt. Desweiteren ist auf der der Sekundär­ spule 9 abgewandten Seite der Primärspule 8 in dem Gehäuse 2 eine metallische Platte 11 vorgesehen. Die Platte 11 erstreckt sich etwa parallel zum Boden 4 und damit etwa quer zur Achse des Rings 10. Die Platte 11 ist etwa quadratisch ausgebildet, kann aber auch eine Kreisform oder eine sonstige Form aufweisen. Die Platte 11 ist aus Kupfer oder aus Aluminium hergestellt.

Wird die elektrische Zahnbürste 1 mit ihrem Gehäuse 2 auf einer metallischen Oberfläche abgestellt, beispielsweise auf einer Waschmaschine oder auf einem Edelstahlwaschbecken, so wird mit Hilfe des Rings 10 und der Platte 11 erreicht, daß die induktive Übertragung der elektrischen Energie von der Primärspule 8 auf die Sekundärspule 9 keinen Einflüssen der metallischen Oberfläche ausge­ setzt ist. Insbesondere wird erreicht, daß die magnetischen Feldlinien zwischen der Primärspule 8 und der Sekundärspule 9 aufgrund der metallischen Ober­ fläche, auf der das Gehäuse 2 abgestellt wird, nicht verändert werden. Dies hat zur Folge, daß der Wirkungsgrad der induktiven Übertragung der elektrischen Energie von der Primärspule 8 zu der Sekundärspule 9 unabhängig ist von der Materialbeschaffenheit, auf der das Gehäuse 2 abgestellt wird.

Claims (8)

1. Vorrichtung, insbesondere Ladeteil für einen Akkumulator, zur induktiven Übertragung von elektrischer Energie, mit einer Primärspule (8) und einer Sekundärspule (9), die benachbart zueinander angeordnet oder an­ ordenbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Primärspule (8) umge­ bender ferromagnetischer Ring (10) und/oder eine zwischen Primärspule (8) und Gehäuseboden (4) positionierte, metallische Platte (11) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (10) aus Ferrit oder Eisenpulver besteht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) etwa quer zur Achse der Primärspule (8) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) auf der der Sekundärspule (9) abgewandten Seite der Primärspule (8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (11) aus Kupfer oder Aluminium besteht.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Primärspule (8) und die Sekundärspule (8) übereinander angeordnet sind, daß die Achsen der Primärspule (8) und der Sekundärspule (9) etwa parallel oder etwa koaxial zueinander ausgerichtet sind, und daß die Primärspule (8) in einem ortsfesten Gehäuse (2) und die Sekundärspule (9) in einem abnehmbaren Gehäuseteil (3) untergebracht sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ferritstab (7) im ortsfesten Gehäuse (2) oder in dem abnehmbaren Gehäuseteil (3) untergebracht ist, der sich bei nicht abgenommenem Gehäuseteil (3) von der Primärspule (8) zu der Sekundärspule (9) erstreckt.

8. Elektrische Zahnbürste (1) mit einer Vorrichtung nach einem der vorstehen­ den Ansprüche.