ES2910155T3 - Método y dispositivo para la transmisión inductiva de energía - Google Patents

Abstract

Método de transmisión de energía inductiva entre una bobina de transmisión (15) y una bobina receptora (25), en particular mediante transformadores de resonancia inductiva, en el que: - la bobina de transmisión (15) forma parte de un circuito resonante de transmisión (13), - la bobina receptora (25) forma parte de un circuito resonante del receptor (23), - la energía se transfiere del circuito resonante de transmisión (13) al circuito resonante del receptor (23), - el campo magnético en la bobina de transmisión (15) y/o en la bobina receptora (25) es guiado por ferritas (16, 26) que están dispuestas en el lado opuesto a la bobina opuesta en cada caso, - Las piezas metálicas (18) están dispuestas en la bobina de transmisión (15) y/o en la bobina receptora (25) en un lado opuesto a la bobina opuesta respectiva, con los pasos siguientes: - se controla la corriente (iHF) que pasa por la bobina de transmisión (15), - la corriente (iHF) que pasa por la bobina de transmisión (15) se regula o limita de tal manera que se sitúa como máximo entre el 5% y el 10% por encima de la corriente de saturación a partir de la cual se produce la saturación en las ferritas (16, 26), de manera que las ferritas se encuentran en la zona de un inicio de saturación o los flujos magnéticos inducidos en las ferritas alcanzan un posible máximo, correspondiendo este posible máximo a la saturación.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y dispositivo para la transmisión inductiva de energía

Campo de aplicación y estado de la técnica

[0001] La invención se refiere a un método para la transmisión de energía inductiva entre una bobina de transmisión y una bobina receptora así como a un dispositivo, con el que pueda realizarse este método.

[0002] La transmisión de energía inductiva es cada vez más importante en el campo de la técnica y se conoce por ejemplo del documento EP 2798911 B1. Aquí también está el consorcio WPC, que trabaja en una norma entre fabricantes para el suministro de energía sin cables de aparatos de cocina. Así se encuentra en el lado de la transmisión un circuito oscilante del transformador con una bobina de transmisión y en el lado del receptor un circuito resonante del receptor con una bobina receptora. Ambos funcionan respectivamente de forma ventajosa como transformador de resonancia inductivo.

[0003] Del documento WO 2018/070003 A1 se conoce la transmisión sin contacto de energía, es decir, de forma inductiva mediante una bobina de inducción. Así se prevé una placa deflectora magnética, que separa un dispositivo de comunicación de la bobina. Así se protege al dispositivo de comunicación de los fuertes campos magnéticos de la bobina.

[0004] Del documento KR 20180085319 A se conoce otro método para la transmisión de energía inductiva entre una bobina de transmisión y una bobina receptora, donde una bobina de inducción se dispone debajo de una mesa junto con el accionamiento. En la mesa se puede o bien calentar en modo inductivo de una manera conocida un recipiente de cocción, alternativamente se puede transmitir energía para el funcionamiento de una batidora instalada. La bobina de inducción se dispone en una sujeción de bobina de plástico de tal manera, que las barras de ferrita dispuestas con forma de estrella están debajo de la bobina de inducción. Así se puede impedir un flujo magnético hacia abajo hacia el otro dispositivo.

[0005] Del documento EP 2916432 A1 se conoce proporcionar una calefacción accionable de forma inductiva en un recipiente, que se puede colocar sobre un punto de cocción de una encimera de cocción por inducción. Encima de una bobina receptora en el recipiente que recibe inductivamente la energía para el funcionamiento de la calefacción relacionada, están previstas barras de ferrita para la protección del campo magnético hacia arriba por encima de la bobina receptora.

Tarea y solución

[0006] La invención tiene por objeto crear un método mencionado anteriormente, así como un dispositivo adecuado para su realización, con el que se puedan resolver los problemas del estado de la técnica y en particular sea posible conseguir bien en la medida de lo posible una transmisión de energía inductiva, en particular utilizando también una encimera de cocción por inducción como dispositivo para la transmisión de energía.

[0007] Esta tarea se consigue mediante un método con las características de la reivindicación 1 así como a través de un dispositivo con las características de la reivindicación 15. Configuraciones ventajosas, así como preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones adicionales y se explican con más detalle a continuación. Algunas de las características se explican solamente para el método o solamente para el dispositivo. Sin embargo, al margen de esto deben poder valer de forma autónoma e independiente tanto para el método como también para el dispositivo de forma autónoma e independiente entre sí.

[0008] En el método se usan una bobina de transmisión y una bobina receptora, para transmitir energía inductiva. De manera ventajosa esto se realiza mediante un transformador de resonancia inductivo. La bobina de transmisión es parte de un circuito oscilante de transmisor, y la bobina receptora es parte de un circuito resonante del receptor. Ambos circuitos resonantes presentan preferiblemente capacidades o condensadores dimensionados todavía de forma respectiva. La energía se transmite inductivamente así desde el circuito resonante de transmisión al circuito resonante de recepción. Esto puede ocurrir preferiblemente en correspondencia con la norma previamente citada elaborada en el consorcio WPC, pero no tiene que ser así necesariamente.

[0009] El campo magnético en la bobina de transmisión y/o en la bobina receptora se guía por ferritas, donde las ferritas están dispuestas sobre el lado opuesto a la bobina opuesta respectivamente. Su posible configuración detallada se explica todavía en detalle sucesivamente. Además, en la bobina de transmisión y/o en la bobina receptora en un lado opuesto a la bobina opuesta respectiva, son dispuestas piezas metálicas, ventajosamente partes metálicas conformadas de manera superficial. Pueden ser por ejemplo dispositivos de transporte o dispositivos de apantallamiento para la bobina respectiva. Al usar una encimera de cocción por inducción como dispositivo según la invención esta puede ser preferiblemente una placa de soporte de gran superficie de aluminio, sobre la que está dispuesta la al menos una bobina de transmisión. Esta sirve para la sujeción mecánica de la bobina de transmisión o una bobina de calentamiento por inducción, así como la protección contra campos magnéticos de componentes y grupos de componentes dispuestos debajo.

[0010] En el método la corriente se controla por la bobina de transmisión. Se regula o limita de tal manera que las ferritas se encuentran en el rango de un inicio de saturación o los flujos magnéticos inducidos en las ferritas alcanzan un máximo posible, pero según posibilidad no fluye todavía una corriente más alta a través de la bobina de transmisión. Este máximo posible corresponde entonces a la saturación. La saturación puede entrar en la bobina de transmisión y/o en la bobina receptora. Una así llamada inducción de saturación de las ferritas disminuye además al aumentar la temperatura, por lo que depende de la temperatura también. Esto significa que la saturación se presenta en las ferritas más rápidamente o en corrientes inferiores cuanto más calientes estén. Cuando las ferritas están en el estado frío se puede usar así una corriente más alta a través de la bobina de transmisión y así transmitir más energía. Esto es aplicable particularmente cuando un regulador regula el punto de uso de la saturación. La corriente a través de la bobina de transmisión se regula o limita de tal manera que como máximo está en 5 % hasta 10 % por encima de la corriente de saturación, en donde entra la saturación mencionada en las ferritas. Por tanto, la corriente a través de la bobina de transmisión puede ser algo mayor, pero no mucho, ventajosamente solamente un 5 % hasta 10 % mayor. De modo particularmente ventajoso la corriente a través de la bobina de transmisión se limita incluso a como máximo el 2 % por encima de la corriente de saturación, de modo el método trabaja casi en el límite de la saturación.

[0011] El problema que condujo a la invención es que cuando las ferritas están saturadas, parte del campo magnético puede penetrar en las piezas metálicas vecinas y provocar un calentamiento no deseado. Por otro lado, y principalmente, esta energía se pierde por supuesto en la transferencia de energía, por lo que la eficiencia de la transferencia de energía se ve afectada negativamente de forma significativa. Por último, también es posible que la alimentación de la bobina del transformador esté excesivamente cargada o incluso dañada por corrientes demasiado fuertes.

[0012] En una configuración ventajosa de la invención, la bobina transformadora es una bobina de calentamiento por inducción de la placa de inducción cuando el método se lleva a cabo con una placa de inducción. De forma especialmente ventajosa, el método se lleva a cabo con una sola bobina de calentamiento por inducción, donde estas bobinas de calentamiento por inducción y, en particular, su control de potencia, están especialmente diseñados para este fin.

[0013] Ventajosamente, se puede prever que la bobina de transmisión y el circuito resonante de transmisión estén dispuestos bajo un tablero de mesa, que puede servir como un tablero de mesa habitual como mobiliario en un hogar. Dicho tablero, ventajosamente constituido por madera, piedra u otros materiales no magnéticos y no metálicos, puede tener un espesor de 60 mm como máximo. Ventajosamente, el grosor está en el rango entre 5 mm y 20 mm o incluso 40 mm. Incluso si se proporciona un tablero de mesa, el dispositivo en el sentido de la presente invención es al menos también una superficie de cocción, ya que la bobina de calentamiento por inducción también puede utilizarse para cocinar. Para ello, es posible colocar una base separada para un recipiente de cocción en la mesa por problemas de calor, pero esto no es un problema en sí mismo. Dicha placa sustituye a otra placa de cocción, que suele ser de vitrocerámica. Una placa de inducción de este tipo con un tablero y al menos una bobina de calentamiento por inducción debajo puede ser entonces mucho más grande que una placa de inducción convencional. La al menos una bobina de calentamiento por inducción también puede estar dispuesta de forma móvil en la parte inferior, de modo que pueda ser llevada a diferentes posiciones. El experto sabe cómo se realiza esto en detalle por la técnica anterior y no es necesario explicarlo en detalle aquí.

[0014] En una configuración de la invención, una lámina metálica plana está dispuesta como la parte metálica mencionada en la bobina de transmisión en un lado opuesto a la bobina receptora. Esta hoja metálica plana tiene una superficie que es al menos el 70% de la superficie de la bobina de transmisión, ventajosamente al menos tan grande como esta bobina de transmisión. Puede servir para dar firmeza a la bobina de transmisión y, sobre todo, también para asegurar el apantallamiento hacia abajo. Una distancia entre la lámina metálica y la bobina de transmisión puede ser como máximo de 50 mm, ventajosamente como máximo de 10 mm a 20 mm. Se refiere a los devanados de la bobina de transmisión. La lámina metálica plana puede tener aberturas y aperturas que permitan encajar o fijar las bobinas de transmisión y los pasacables o para su refrigeración. Para el apantallamiento se utiliza preferentemente un metal con buena conductividad eléctrica y un alto contenido en aluminio o cobre.

[0015] En una configuración mencionada de la invención con una lámina metálica plana, se prevé ventajosamente que las ferritas estén dispuestas entre la lámina metálica y la bobina de transmisión. Su grosor suele oscilar entre 4 mm y 10 mm, de modo que también puede mantenerse la ventajosa condición de separación antes mencionada.

[0016] Dichas ferritas son ventajosamente alargadas y de forma plana. Su anchura puede ser de dos a diez veces el grosor. Su longitud puede ser de tres a diez veces su anchura. Preferentemente, las ferritas están dispuestas en la bobina de transmisión de manera que apunten a su zona central, en particular a un punto central geométrico. Se pueden suministrar entre dos y diez ferritas. Ventajosamente, están formadas de manera idéntica, pero esto no es obligatorio.

[0017] Para detectar un inicio de saturación de las ferritas, hay varias posibilidades. En una primera posibilidad básica, se puede calcular o determinar la primera derivada de una curva envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión. La curva envolvente se entiende que es el curso de los valores de pico positivos de la corriente a través de la bobina de transmisión. Esta curva puede determinarse, por ejemplo, mediante un detector de picos deslizantes, de modo que se pueda observar tanto el aumento del valor de pico con el aumento de la tensión de red como la disminución del valor de pico con la caída de la tensión de red. Esta primera derivada se suaviza mediante dos filtros de paso bajo que tienen constantes de tiempo diferentes. Una constante de tiempo del segundo filtro de paso bajo es de cinco a veinte veces la constante de tiempo del primer filtro de paso bajo, en particular unas diez veces. Preferentemente, se puede prever que la constante de tiempo del primer paso bajo corresponda a 1,0 veces a cinco veces la duración del período de la corriente a través de la bobina de transmisión. De forma particularmente preferible, puede corresponder al doble del período de la corriente que pasa por la bobina de transmisión.

[0018] Aquí es posible detectar el inicio de la saturación de las ferritas cuando la señal después del primer filtro de paso bajo de la curva envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión no desciende durante una duración de al menos 0,3 ms a una frecuencia de conmutación entre 20 kHz y 60 kHz de la corriente a través de la bobina de transmisión, por lo que preferentemente sólo se considera una ventana de tiempo entre 2,5 ms y 5 ms después del cruce por cero de la tensión de red, principalmente 50 Hz o 60 Hz. Dentro de esta ventana de tiempo, la señal después del primer filtro de paso bajo no debe caer durante un cierto período de tiempo. De forma especialmente ventajosa, la señal después del primer paso bajo debe aumentar en esta ventana de tiempo para poder detectar entonces de forma fiable el inicio de la saturación de las ferritas. Esta determinación de una curva de señal después de dos pases bajos reduce el esfuerzo computacional.

[0019] La saturación de las ferritas se produce generalmente a altas corrientes, es decir, se produce preferentemente alrededor del máximo de una tensión de red sinusoidal. Con la red de 50 Hz, el máximo está en 5,0 ms después del paso por cero, con la red de 60 Hz ya en 4,17 mseg. Con una carga lineal ideal, la primera derivada de la corriente cae según una función coseno de 1 a -1 de un valor máximo; en la realidad, puede producirse un comportamiento que se desvía del coseno, en el que la primera derivada, sin embargo, disminuye continuamente en el curso de la media onda de la red. El rango alrededor de los cruces de cero se excluye preferentemente del análisis, ya que la saturación se produce primero a tensiones altas, y los procesos de regulación, así como las no linealidades en valores bajos de corriente, también pueden ser causa de breves aumentos de la primera derivada. De este modo, se consigue de forma ventajosa los mencionados 2,5 ms.

[0020] Como segunda posibilidad en variación de esta primera posibilidad, se puede prever que se detecte un inicio de saturación de las ferritas cuando la señal después del primer paso bajo atraviesa la señal después del segundo paso bajo y permanece mayor durante al menos 0,2 ms. Ventajosamente, la señal no sólo permanece más grande durante al menos 0,2 ms, sino incluso durante 0,5 ms. Esto significa que los cursos respectivos de las señales después del primer paso bajo y después del segundo paso bajo se cruzan en el rango temporal entre el cruce de cero y el máximo de la curva envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión, es decir, la tendencia descendente de la primera derivada de la corriente se ha invertido y, por tanto, se detecta el inicio de la saturación.

[0021] Como tercera posibilidad básica, después de la formación de la primera derivada de la curva envolvente de la corriente por la bobina del transformador, se puede detectar un inicio de saturación de las ferritas si, en una ventana de tiempo de 2,5 ms a 5 ms después de un cruce por cero de la tensión de red, la primera derivada suavizada con un filtro de paso bajo o el valor medio móvil de la primera derivada de la curva envolvente de la corriente se comporta aproximadamente constante o creciente. Puede variar hacia arriba o hacia abajo en un máximo del 10 %, preferiblemente en un máximo del 7 %. El valor de la primera derivada no debe haber disminuido durante un período de al menos 0,3 ms, preferiblemente de 0,5 ms a 1 ms; en particular, un valor límite puede estar en un aumento del 10 % o del 7 %. En este caso, el inicio de la saturación se detecta cuando la primera derivada de la curva envolvente es casi constante o sólo aumenta ligeramente en la ventana de tiempo mencionada.

[0022] En otra configuración, se puede prever que también la segunda derivada de la curva envolvente de la corriente esté formada por la bobina de transmisión. El inicio de la saturación se detecta si la segunda derivada es de al menos 1,0 A/ms2 en la ventana de tiempo mencionada entre 2,5 ms y 5 ms después del cruce del cero de la curva envolvente de la corriente. Por lo tanto, en este caso se controla digamos hasta qué punto sube la primera derivada.

[0023] Como cuarta posibilidad básica, en un paso anterior una curva de referencia para la curva envolvente de la corriente se puede registrar a través de la bobina de transmisión. Esto puede hacerse cuando se transfiere el 50% de la energía máxima transmisible, y como máximo el 50% o incluso exactamente el 50%. En cualquier caso, se produce en un estado en el que la saturación está todavía muy lejos. Durante el control posterior de la corriente que pasa por la bobina de transmisión, su curva envolvente se compara con la curva de referencia. Ventajosamente, las dos curvas se normalizan o se ajustan entre sí para poder compararlas. El inicio de la saturación se detecta cuando la curva envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión es al menos un 10%, preferiblemente al menos un 20%, mayor que dicha curva de referencia. Preferentemente, la saturación se detecta cuando la curva envolvente se hace al menos un 20 % mayor que la curva de referencia o la supera en consecuencia.

[0024] Como otra variación similar a esta segunda posibilidad, puede disponerse que se detecte un inicio de saturación cuando la primera derivada de la corriente a través de la bobina de transmisión vuelva a subir brevemente en una ventana de tiempo comprendida entre una décima y una cuarta parte del periodo de la corriente a través de la bobina de transmisión durante un rango descendente o en un rango descendente. Esta subida se produce ventajosamente durante al menos 1 ps y/o en al menos un 10% de la altura de la señal en este momento. En determinadas circunstancias, el aumento también puede ser solo del 5 % como mínimo.

[0025] Como alternativa a la evaluación de la envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión, también se pueden aplicar los mismos métodos para evaluar las corrientes suministradas en el circuito intermedio, véase la corriente Ídc en la Fig.1, o en el lado de la red delante del rectificador, véase la corriente Íac allí.

[0026] Así, además de la mencionada bobina de transmisión o del circuito resonante de transmisión, el dispositivo dispone, sobre todo, de medios para controlar o determinar la corriente que pasa por la bobina de transmisión. Además, dispone de medios para determinar la primera y posiblemente también la segunda derivada de esta corriente. Además, presenta las ferritas en la bobina de transmisión y una placa de soporte como parte metálica debajo. Ventajosamente, el dispositivo es una placa de inducción con varias bobinas de calentamiento por inducción, al menos una de las cuales está diseñada, junto con el control, para llevar a cabo el proceso mencionado. A continuación, se explicará en detalle.

[0027] La subdivisión de la solicitud en secciones individuales, así como los subtítulos, no limitan la validez general de las declaraciones realizadas en ellas.

Breve descripción de los dibujos

[0028] Ejemplos de realización de la invención se representan esquemáticamente en los dibujos y se explican con más detalle a continuación. Se muestran:

Fig. 1

un dispositivo según la invención como encimera de cocción de inducción para la realización del procedimiento, Fig. 2

el curso de una corriente a través de la bobina de transmisión y su pendiente derivada en la tensión máxima de red,

Fig. 3

el curso de la curva envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión cuando una media onda de red con cursos de la primera derivación y su suavización doble a través de diferentes filtros de paso bajo, cuando todavía no se ha producido saturación en las ferritas de la bobina de transmisión,

Fig. 4 y 5

respectivamente el diagrama de la Fig. 3 con inicio de saturación y con saturación fuerte,

Fig. 6

una representación de la curva envolvente de la corriente de transmisión junto con su primera derivación después del tiempo para diferentes grados de saturación y

Fig. 7

una representación similar a la Fig. 6 con la representación de la respectiva segunda derivación.

Descripción detallada de los ejemplos de realización

[0029] En la Fig. 1 se representa un dispositivo 11 según la invención, con el que se puede realizar el método según la invención y por medio del cual se describe a continuación. El dispositivo 11 es ventajosamente una encimera de cocción de inducción, como se describe por ejemplo también en el documento DE 102012219 040 A1. El dispositivo 11 tiene un circuito resonante de transmisión 13, encima se encuentra un circuito resonante de recepción 23, de manera ventajosa dispuesto sobre una placa de cocción no representada. Estos dos están acoplados por un campo magnético 20 o tiene lugar una transmisión de energía inductiva mediante transmisor de resonancia inductivo.

[0030] El circuito resonante de transmisión 13 tiene una bobina de transmisión 15, que aquí es una bobina de calentamiento por inducción. Ventajosamente se enrolla en espiral en un plano a partir de un trenzado de bobinas de alta frecuencia. Debajo de la bobina de transmisión 15 están dispuestas ferritas 16, es decir, distribuidas en forma de barra y en dirección radial. Pueden ser seis hasta diez ferritas 16. Ventajosamente se fijan, por ejemplo, se pegan en el lado inferior de la bobina de transmisión 15. Alternativamente se pueden mantener sujetas en una sujeción de plástico. Esto se conoce del estado de la técnica para la estructura de encimeras de cocción por inducción o bobinas de calentamiento por inducción. Al circuito resonante de transmisión 13 pertenecen en realidad todavía los dos condensadores de transmisión 21a y 21b, que se representan completamente a la derecha en el diagrama del circuito.

[0031] La bobina de transmisión 15 debe descansar sobre una placa de soporte plana 18. Ventajosamente es de aluminio; es importante que tenga una baja resistencia eléctrica. Los materiales alternativos son el cobre o posiblemente una aleación de plata. La placa de soporte 18, que también se conoce por la publicación mencionada, tiene una función de soporte para la bobina de transmisión 15, por un lado, y posiblemente también para otras bobinas de calentamiento por inducción de la placa de inducción en la forma del dispositivo 11. Además, la placa de soporte 18 protege los componentes electrónicos y eléctricos subyacentes del campo magnético de las bobinas dispuestas en ella. Por último, la placa de soporte 18 puede tener también una función de conducción del calor y, por tanto, de refrigeración, y puede estar provista de aberturas o rebajes para la fijación o para los pasacables.

[0032] La bobina del receptor 25 del circuito resonante del receptor 23 se encuentra encima de la bobina del transformador 15. Ventajosamente, se coloca en una carcasa plana o como un dispositivo plano en una placa de cocción directamente sobre la bobina de transmisión 15. La placa de cocción no se muestra aquí, pero es fácilmente imaginable. En lugar de una placa de cocción normal, que suele ser de vitrocerámica, también puede ser una placa de mesa o de otro tipo de almacenamiento con el grosor mencionado y de los materiales citados. La bobina de transmisión 15 también puede utilizarse para cocinar como con una bobina normal de calentamiento por inducción con calentamiento inductivo de un recipiente de cocción colocado encima. En un método de funcionamiento especial, también se puede realizar una transferencia de energía inductiva. En este caso, la bobina receptora 25 puede tener un diseño similar al de la bobina de transmisión 15, en particular teniendo aproximadamente el mismo tamaño o superficie y forma. Las ferritas 26 también están dispuestas y fijadas en su parte superior, como en el caso de la bobina de transmisión 15. También es concebible un apantallamiento en la parte superior del receptor, pero no es obligatorio allí. El circuito resonante de recepción 23 también tiene un condensador de recepción 29 y una carga 28 a la que finalmente se va a transmitir la energía inductiva o a la que se va a suministrar energía. Esta carga 28 puede ser, por ejemplo, un aparato de cocina en forma de batidora, hervidor de agua o similar, que se coloca en la cubierta por encima de la bobina de transmisión 15 y al que se le suministra energía por medios inductivos, digamos, de forma inalámbrica. De este modo, la carga 28 debe funcionar esencialmente como un consumidor eléctrico más, correspondiente a un pequeño electrodoméstico o a un aparato eléctrico de cocina. A este respecto, el circuito oscilante del transformador 13 y el circuito oscilante del receptor 23 deben estar diseñados para este fin, y además es necesario controlar la bobina del transformador 15 de forma correspondiente con una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz. En este sentido, la curva envolvente de la corriente del transformador, que se explica con más detalle a continuación, corresponde a esta frecuencia de 50 Hz o 60 Hz.

[0033] Para controlar la bobina de transmisión 15, el circuito resonante de transmisión 13 tiene un primer condensador de transmisión 21a en la parte inferior derecha y un segundo condensador de transmisión 21b por encima. Una toma para detectar la corriente del transformador Íhf como corriente a través de la bobina del transformador puede proporcionarse delante de la bobina de transmisión 15. A la izquierda de éste, hay dos transistores 31a y 31b para accionar el circuito resonante de transmisión 13. A través de un condensador de circuito intermedio 34, se conectan de la forma habitual a un rectificador 33, que a su vez está conectado a una conexión de red 35. Allí se puede medir la corriente alterna normal íac. La tensión de red Un en la conexión de red 35 sólo da la frecuencia de 50 Hz. También se puede medir una corriente rectificada Ídc

[0034] El inversor con los transistores 31a y 31b hace funcionar el circuito resonante de transmisión 13 con una frecuencia de 25 kHz, pero también puede ser mayor o menor. Mientras que en el modo de cocción la bobina de transmisión 15 como bobina de calentamiento por inducción puede transmitir energía con una potencia de hasta 3,7 kW al menos en el funcionamiento a corto plazo como modo de refuerzo, que luego se acopla pasivamente a un recipiente de cocción colocado para calentarlo, en el funcionamiento con transmisión de energía inductiva se puede transmitir ventajosamente una potencia de hasta 2,4 kW de forma continua. Se trata de una transferencia de energía activa, ya que en el lado del receptor también está dispuesto un circuito oscilante, concretamente el circuito oscilante de recepción 23.

[0035] En las ferritas 16, puede producirse una adición de los flujos magnéticos de la bobina de transmisión 15 y de la bobina de recepción 25 durante el funcionamiento de la transferencia de energía inductiva, dependiendo de la carga y del punto de funcionamiento. Esto puede llevar a que las ferritas 16 entren en saturación ya con una corriente significativamente menor en la bobina de transmisión 15 que la que se produciría normalmente en el funcionamiento de la cocción inductiva, ya que el ángulo de fase de la corriente en un recipiente de cocción no se modifica por un condensador de resonancia. Si estas ferritas 16 entran en saturación, el exceso de flujo magnético, digamos, que ya no puede ser absorbido y guiado por las ferritas, induce corrientes de Foucault en la placa metálica de soporte 18. Esto lleva a que la inductancia efectiva disminuya, pero sobre todo a que la corriente del transformador íhf aumente con control inalterado. Por un lado, esto reduce la eficiencia, lo que no es deseable por razones de eficiencia energética. Por otra parte, las corrientes demasiado elevadas pueden provocar una sobrecarga no deseada o la generación de calor en el control del circuito resonante de transmisión 13, en particular en los transistores 31a y 31b. Además, la saturación de las ferritas depende de la temperatura. Típicamente, el límite de saturación disminuye con el aumento de la temperatura, posiblemente incluso de forma significativa, de modo que el funcionamiento prolongado a una temperatura más alta también hace que la saturación se produzca más rápidamente, lo que debe evitarse según la invención. Esto también dificulta el funcionamiento con límites de corriente predeterminados para evitar la saturación en las ferritas 16. Los inventores han reconocido este problema de saturación en el ámbito de la invención cuando la energía debe ser transmitida inductivamente con una bobina de calentamiento por inducción de una placa de inducción a un llamado consumidor o receptor activo como el circuito resonante de recepción 23. Además, esta saturación de las ferritas 16 también es un problema debido a que en una placa de inducción como dispositivo 11 se proporciona una placa de soporte 18 por debajo.

[0036] La regulación de la corriente del transformador de manera que no se produzca ninguna saturación o sólo una ligera, puede realizarse ahora de diferentes maneras. En cada caso, es un tipo de control de saturación.

[0037] La Fig. 2 muestra el curso de la corriente del transformador Íhf a través de la bobina del transformador 15 junto con su primera derivada después del tiempo en la máxima tensión de red. La corriente de transmisión íhf se muestra en una línea continua y la primera derivada se muestra de forma punteada. El ligero aumento de la primera derivada en torno a 6 ps es una señal de que las ferritas empiezan a saturarse, es decir, que la corriente de transmisión íhf vuelve a aumentar. Así, una posibilidad de control de la saturación podría consistir en registrar el curso de la corriente del transformador íhf y formar la primera derivada de la misma. Si esta se eleva brevemente en el intervalo comprendido entre una décima parte de la duración del período de la corriente de transmisión, es decir, 4 ps, y una cuarta parte de la duración del período, es decir, 10 ps, en lo que en realidad es un intervalo descendente, esto es una indicación de saturación incipiente en las ferritas 16. Este aumento debería durar al menos 1 ps y/o comprender al menos el 5 % o incluso el 10 % de la altura de la señal en este momento. Si estas condiciones están presentes o se cumplen, se puede detectar una saturación incipiente en las ferritas 16 y reducir la corriente de transmisión íhf, por ejemplo, en un 10 % o 20 %. Entonces ya no debería producirse este breve aumento de la primera derivada de la corriente de transmisión íhf, ya que de lo contrario la corriente de transmisión íhf tendría que reducirse aún más.

[0038] Sin embargo, la mencionada detección de la propia corriente de transmisión íhf, incluida la formación de su primera derivada, no es del todo sencilla desde el punto de vista metrológico, especialmente en lo que respecta a la precisión requerida y a la alta resolución temporal. Por lo tanto, para una primera posibilidad de control de la saturación mencionada al principio, se puede considerar la curva envolvente de los valores pico o máximos de la corriente de transmisión, como se muestra en las Figs. 3 a 5 para la no saturación, la saturación incipiente y la saturación fuerte, respectivamente. Esta curva envolvente discurre según la tensión de red Un como un seno con una frecuencia de 50 Hz.

[0039] En la Fig. 3, la línea continua delgada muestra la curva envolvente de los valores pico de la corriente de transmisión íhf. No hay saturación, una línea de puntos gruesa como indicador de saturación está en el cero constante. La primera derivada de la curva envolvente, que no está directamente dibujada aquí, se muestra en dos variantes. Según la primera posibilidad mencionada, esta señal de la primera derivada se suaviza mediante dos filtros de paso bajo con constantes de tiempo claramente diferentes. La curva de la primera derivada tras el suavizado mediante el primer filtro de paso bajo se muestra con una línea de puntos fina. La curva de la primera derivada tras el suavizado por el segundo filtro de paso bajo se muestra con una línea continua gruesa. La curva de trazos finos después del primer filtro de paso bajo con una constante de tiempo relativamente pequeña, ventajosamente dos veces el período de la oscilación de HF de la propia corriente de transmisión, no se modifica mucho en comparación con la primera derivada per se. La curva continua de trazado grueso después del segundo filtro de paso bajo con una constante de tiempo significativamente mayor, ventajosamente diez veces el período de la oscilación HF, posiblemente hasta veinte veces, es, digamos, significativamente más lenta o suavizada. Un indicador de saturación se muestra con puntos gruesos.

[0040] En la Fig. 4, para un inicio de saturación en las ferritas 16, se muestra cómo la señal de línea punteada fina después del segundo filtro de paso bajo ya no cae adecuadamente en la ventana de tiempo entre 3 ms y 5 ms después del cruce por cero de la curva envolvente de la corriente de transmisión, a la que se presta especial atención aquí. Esto se puede ver en alrededor de 3,6 ms, la señal incluso se eleva ligeramente aquí, y la curva de trazos fina de la primera derivada con el primer paso bajo rápido rompe fácilmente la curva de trazos fina del segundo paso bajo más lento. Además, en esta ventana de tiempo la curva de la segunda derivada, que es continua y gruesa, se cruza con el eje x que viene de abajo, lo que todavía no ocurría en la Fig. 3. Esta es también la razón por la que la curva de puntos gruesos del indicador de saturación muestra un aumento aquí. Hasta este punto de funcionamiento, la transmisión de energía inductiva mediante el dispositivo 11 puede seguir funcionando de forma ventajosa, la saturación de las ferritas 16 sigue siendo relativamente baja y las pérdidas resultantes también son relativamente bajas.

[0041] En la Fig. 5, se muestra un nuevo aumento de la saturación. Mientras que entre la Fig. 3 y la Fig. 4 el valor de la corriente máxima de la curva envolvente sólo ha aumentado algo menos de 10 A, en la Fig. 5 ha aumentado algo más de 20 A. Además, se puede observar que en la mencionada ventana de tiempo entre 3 ms y 5 ms, el curso de la curva de puntos finos ha aumentado bruscamente después del primer filtro de paso bajo. Además, la curva continua gruesa de la segunda derivada muestra un fuerte aumento. Del mismo modo, el indicador de puntos gruesos de la saturación se eleva de forma extrema y se sale de la parte superior del diagrama. El punto en el que se detectó esta fuerte saturación se indica con la flecha a unos 3,8 ms, como en la Fig. 4.

[0042] Además, se puede ver en la fuerte saturación de la Fig. 5 que la curva de trazos finos después del primer filtro de paso bajo se cruza con la curva de trazos finos después del segundo paso bajo a unos 3,5 ms hacia arriba, es decir, en la ventana de tiempo mencionada, y corre por encima de ella o es mayor durante algo más de 1 ms. Esto también puede reconocerse como un indicador de esta fuerte saturación, como se ha explicado anteriormente.

[0043] De acuerdo con otra posibilidad de control de saturación, al observar la curva de trazos finos después del segundo filtro de paso bajo, se puede reconocer en la ventana de tiempo mencionada de 3 ms a 5 ms después de un cruce de cero de la curva envolvente que esta curva después del segundo filtro de paso bajo vuelve a aumentar significativamente, concretamente de unos 6 A/ms a 8 A/ms, es decir, en un porcentaje significativamente mayor que el 7 % o el 10 % mencionado al principio. La duración de este aumento es ligeramente superior a 0,5 ms. En concreto, esta ventana de tiempo está entre 3,5 ms y 4,1 ms.

[0044] En el caso de las dos curvas después de los dos filtros de paso bajo, también es posible, para evitar o suprimir el ruido en las señales medidas, que una diferencia entre las dos señales, es decir, entre la curva con puntos finos después del primer pase bajo y la curva con puntos gruesos después del segundo pase bajo, se integre en la ventana de tiempo mencionada de 3 ms a 5 ms, siempre que la curva después del primer pase bajo sea mayor que la otra. De este modo, se obtiene una señal robusta que puede utilizarse para detectar el inicio de la saturación o la saturación ya claramente establecida. Se puede contrarrestar, y esto es siempre independiente de cuándo se produce exactamente la saturación dependiente de la temperatura en las ferritas 16.

[0045] En la Fig. 6, se muestra el curso de la curva envolvente de los valores de pico de la corriente del transformador para diferentes cursos de corriente con diferentes corrientes de pico a través de la bobina de transmisión, a saber, un máximo de 38 A, 42 A, 50 A y 64 A respectivamente, de forma similar a las Figs. 3 a 5, y aumentando de abajo a arriba. Se muestran de forma continua en cada caso, ya que son fáciles de distinguir. Las tres corrientes mayores corresponden a las ilustraciones de las figuras 3 a 5.

[0046] De forma similar a como se ha descrito antes también se forma aquí la primera derivación de las curvas envolventes, que se representa respectivamente. La primera derivación para la corriente pico de 38 A se representa con una línea continua fina, la primera derivación para la corriente pico 42 A se representa con una línea continua gruesa, la primera derivación para la corriente pico de 50 A se representa con una línea no continua en guiones fina y la primera derivación para la corriente pico de 64 A se representa con una línea no continua en guiones gruesa. De la Fig. 6 se puede ver que en el margen de tiempo previamente citado entre 3 ms y 5 ms después del retorno al nivel cero de la curva envolvente la primera derivación de la corriente pico de 50 A permanece aproximadamente igual con pequeñas fluctuaciones. Con una corriente pico de 64 A y una saturación fuerte aumenta claramente la curva gruesa correspondiente con una línea no continua, mientras que sigue cayendo respectivamente en el caso de las corrientes puntas más pequeñas.

[0047] En la Fig. 7 se muestra la segunda derivada de la misma manera para las curvas con diferentes corrientes de pico que para la primera derivada en la Fig. 6. Aquí se puede ver que en la ventana de tiempo mostrada entre 3 ms y 5 ms después del cruce del cero de la curva envolvente, la curva de trazos finos de la segunda derivada excede ligeramente el valor límite dibujado de 1,0 A/ms2 a una corriente de pico de 50 A, y además dos veces. Esto también muestra el inicio de la saturación y, por tanto, un buen punto de control. Además, se puede observar en la Fig. 7 que la segunda derivada para la siguiente corriente pico más pequeña de 42 A se mantiene claramente por debajo de este valor límite en esta ventana de tiempo. La segunda derivada de la curva, de trazo grueso, para una corriente de pico de 64 A es mucho mayor. Por lo tanto, la condición adicional también puede definirse de forma bastante general de forma que la corriente del transformador se regule de tal manera que la segunda derivada en esta ventana de tiempo se encuentre entre 1,0 y 1,5 o entre 1,0 y 2 A/ms2.

[0048] La posibilidad mencionada de registrar una curva de referencia para la curva envolvente de la corriente del transformador con la energía transmitida claramente por debajo del máximo y una comparación posterior no se muestra aquí en las figuras. Sin embargo, esto es fácilmente imaginable y realizable para el experto en la materia, por lo que se puede prescindir de una ilustración separada. La descripción anterior es completamente suficiente para la aplicación.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método de transmisión de energía inductiva entre una bobina de transmisión (15) y una bobina receptora (25), en particular mediante transformadores de resonancia inductiva, en el que:

- la bobina de transmisión (15) forma parte de un circuito resonante de transmisión (13),

- la bobina receptora (25) forma parte de un circuito resonante del receptor (23),

- la energía se transfiere del circuito resonante de transmisión (13) al circuito resonante del receptor (23), - el campo magnético en la bobina de transmisión (15) y/o en la bobina receptora (25) es guiado por ferritas (16, 26) que están dispuestas en el lado opuesto a la bobina opuesta en cada caso,

- Las piezas metálicas (18) están dispuestas en la bobina de transmisión (15) y/o en la bobina receptora (25) en un lado opuesto a la bobina opuesta respectiva,

con los pasos siguientes:

- se controla la corriente (Íhf) que pasa por la bobina de transmisión (15),

- la corriente ( íhf) que pasa por la bobina de transmisión (15) se regula o limita de tal manera que se sitúa como máximo entre el 5% y el 10% por encima de la corriente de saturación a partir de la cual se produce la saturación en las ferritas (16, 26), de manera que las ferritas se encuentran en la zona de un inicio de saturación o los flujos magnéticos inducidos en las ferritas alcanzan un posible máximo, correspondiendo este posible máximo a la saturación.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la corriente ( íhf) a través de la bobina de transmisión (15) está limitada a un máximo del 2% por encima de la corriente de saturación.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que se realiza con una bobina de calentamiento por inducción (15) de una placa de cocción por inducción (11), en particular con una única bobina de calentamiento por inducción.

4. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la bobina de transmisión (15) y el circuito resonante de transmisión (13) están dispuestos bajo un tablero, preferiblemente por debajo un tablero con un espesor máximo de 60 mm, en particular con un espesor de 10 mm hasta 50 mm.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que en la bobina de transmisión (15) en un lado opuesto a la bobina receptora (25) está dispuesta una chapa de metal superficial (18) como parte de metal, preferiblemente de metal con buenas propiedades conductivas eléctricamente con cuota de cobre o de aluminio, con un área de al menos 70% del área de esta bobina de transmisión (15), en particular con al menos la superficie de esta bobina de transmisión, preferiblemente con una distancia de como máximo 50 mm, donde en particular las ferritas (16) se disponen entre chapa de metal (18) y bobina de transmisión (15).

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las ferritas (16, 26) se forman de manera alargada, en particular están dispuestas orientadas hacia un punto central geométrico de la bobina de transmisión (15), donde preferiblemente cuatro hasta diez ferritas (16,26) están previstas en forma de barra recta.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que se reconoce un inicio de la saturación de las ferritas (16,26), por el hecho de que se determina la primera derivación de la curva envolvente de la corriente (íhf) a través de la bobina de transmisión (15) o por la corriente suministrada por la red a la bobina de transmisión, donde esta primera derivación se suaviza de modo constante a través de dos filtros de paso bajo con diferentes constantes de tiempo, donde preferiblemente una constante de tiempo del segundo filtro de paso bajo se corresponde con cinco hasta veinte veces una constante de tiempo del primer filtro de paso bajo, en particular diez veces.

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la constante de tiempo del primer filtro de paso bajo se corresponde con una vez hasta cinco veces, preferiblemente el doble, del período de duración de la corriente (íhf) a través de la bobina de transmisión (15).

9. Método según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por el hecho de que se detecta un inicio de saturación de las ferritas (16, 26) cuando la señal después del primer paso bajo no desciende durante una duración de al menos 0,3 ms, preferentemente de al menos 0,5 ms, en la ventana de tiempo comprendida entre 2,5 ms y 5 ms después del cruce por cero de la curva envolvente de la corriente (íhf) a través de la bobina del transformador (15), en particular cuando la señal después del primer filtro de paso bajo aumenta en esta ventana de tiempo.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por el hecho de que se detecta un inicio de saturación de las ferritas (16, 26) cuando la señal después del primer paso bajo sube por encima de la señal después del segundo paso bajo y permanece al menos 0,2 ms, en particular al menos 0,5 ms, mayor.

11. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que la primera derivada de la curva envolvente de la corriente (Íhf) está formada por la bobina de transmisión (15) y se detecta un inicio de saturación cuando, en una ventana de tiempo de 2,5 ms a 5 ms después de un cruce de cero de la curva envolvente de la corriente por la bobina de transmisión, esta primera derivada permanece constante o aumenta al menos un 7% hacia arriba durante un período de tiempo de al menos 0,3 ms, preferiblemente de 0,5 ms a 1 ms.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que también se forma la segunda derivada de la curva envolvente de la corriente (íhf) a través de la bobina de transmisión (15) y se detecta un inicio de saturación cuando en la ventana de tiempo comprendida entre 2,5 ms y 5 ms después del cruce por cero de la curva envolvente de la corriente a través de la bobina de transmisión (15), la segunda derivada es de al menos 1,0 A/ms².

13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que en una etapa precedente, se registra una curva de referencia para la curva envolvente de la corriente (i^HF) a través de la bobina de transmisión (15), siendo la energía transmitida como máximo el 50%, en particular exactamente el 50%, de la energía máxima transmisible, donde posteriormente, durante el seguimiento de la corriente que pasa por la bobina de transmisión, se compara su curva envolvente con la curva de referencia, donde se normalizan las dos formas de curva y se detecta un inicio de saturación cuando la curva envolvente de la corriente (íhf) que pasa por la bobina de transmisión (15) es al menos un 10%, preferiblemente al menos un 20%, mayor que la curva de referencia.

14. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que se controla la corriente (íhf) a través de la bobina de transmisión (15) y se forma su primera derivada en función del tiempo, donde se detecta un inicio de saturación cuando la primera derivada aumenta brevemente en una ventana de tiempo entre una décima parte de la duración del periodo de la corriente a través de la bobina de transmisión y una cuarta parte de la duración del periodo en un rango descendente, preferiblemente durante al menos 1 ps y/o en al menos el 10%, preferiblemente al menos el 5%, del nivel de la señal en este momento.

15. Dispositivo (11) para la transferencia de energía inductiva entre una bobina de transmisión (15) y una bobina receptora (25), en particular mediante transformadores de resonancia inductiva, que comprende:

- un circuito resonante de transmisión (13) con una bobina de transmisión (15) para transferir la energía del circuito resonante de transmisión a un circuito resonante del receptor (23) por medio de transformadores resonantes, teniendo el circuito resonante del receptor una bobina receptora (25) y del que está suspendida una carga (28) a la que hay que suministrar energía,

- ferritas (16) en el lado de la bobina de transmisión (15) que se aleja de la bobina del receptor (25), para guiar el campo magnético en la bobina de transmisión (15),

- piezas metálicas planas (18) en la bobina de transmisión (15) por debajo de las ferritas (16),

- medios para controlar la corriente que pasa por la bobina de transmisión (15), caracterizados por

- medios para regular o limitar la corriente (íhf) que pasa por la bobina de transmisión (15) de manera que se sitúe como máximo entre el 5% y el 10% por encima de la corriente de saturación a partir de la cual se produce la saturación en las ferritas (16), de manera que las ferritas (16) se encuentren en la zona de un inicio de saturación o los flujos magnéticos inducidos en las ferritas alcancen un posible máximo, correspondiendo este posible máximo a la saturación.