WO2023110672A1 - Induktionsenergieempfangsvorrichtung - Google Patents

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WO2023110672A1
WO2023110672A1 PCT/EP2022/085207 EP2022085207W WO2023110672A1 WO 2023110672 A1 WO2023110672 A1 WO 2023110672A1 EP 2022085207 W EP2022085207 W EP 2022085207W WO 2023110672 A1 WO2023110672 A1 WO 2023110672A1
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WO
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switching
receiving device
energy receiving
capacitor
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PCT/EP2022/085207
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ignacio Lope Moratilla
Emilio PLUMED VELILLA
Jesus Acero Acero
Sergio Llorente Gil
Tomas Cabeza Gozalo
Diego Puyal Puente
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BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Hausgeraete GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/12—Cooking devices
    • H05B6/1209—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them
    • H05B6/1236—Cooking devices induction cooking plates or the like and devices to be used in combination with them adapted to induce current in a coil to supply power to a device and electrical heating devices powered in this way

Definitions

  • the invention relates to an inductive energy receiving device according to the preamble of claim 1 and an electrical device with such an inductive energy receiving device according to claim 13 and a method for operating such an inductive energy receiving device according to claim 14.
  • Induction energy receiving devices are known from the prior art, which receive energy electrically by means of an induction coil. These inductive energy receiving devices have fixed-size resonance capacitances.
  • the object of the invention consists in particular, but not limited thereto, in providing a generic device with improved properties with regard to reduced electrical losses and/or reduced heat development.
  • the object is achieved according to the invention by the features of claim 1, while advantageous refinements and developments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the invention is based on an inductive energy receiving device with at least one resonant circuit, which has at least one induction coil provided for receiving inductively transmitted energy and at least one capacitor unit, the capacitor unit being connected in series with the induction coil.
  • the capacitor unit has at least one switching unit, the capacitor unit contributing a first electrical capacitance to the resonant circuit in a first switching state of the switching unit, and the capacitor unit contributing a second electrical capacitance to the resonant circuit in a second switching state, the second electrical capacitance being different is of the first capacity.
  • an electrical capacitance of the capacitor unit can be adapted to a current situation.
  • a reception characteristic of the induction energy receiving device can be adapted to a transmission characteristic of a transmission unit, from which the inductive energy receiving device obtains electric energy, or adjusted to a distance between the inductive energy receiving device and the transmitting unit.
  • the electrical capacitance of the capacitor unit can be selected in such a way that a current strength received by the induction coil is within a desired range.
  • the induction energy receiving device is provided in particular to obtain electrical energy from a magnetic, in particular electromagnetic, alternating field which is generated in particular by the transmission unit.
  • the transmission unit is designed as a hob inductor.
  • the transmission unit it is possible for the transmission unit to be formed by a device that is separate from a hob.
  • the alternating magnetic field has a frequency between 1 kHz and 200 kHz, in particular between 30 k.
  • the induction energy receiving device is designed in particular as a household appliance device.
  • a “household appliance device” is to be understood in particular as meaning at least a part, in particular a subassembly, of a household appliance, in particular a small household appliance.
  • a household appliance having the household appliance device could be a mixer, an automatic cooker, a toaster, a peripheral device such as a sensor module that in particular communicates wirelessly with another kitchen appliance, or the like.
  • the household appliance is designed as an intelligent cooking utensil.
  • the induction coil is in particular an electrical coil.
  • the induction coil is preferably designed as a flat coil.
  • the induction coil is intended to convert an alternating magnetic field into an alternating current and to provide it at/between two output contacts of the induction coil.
  • the induction coil has at least one electrical conductor which is wound, for example spirally, in particular a stranded wire.
  • the capacitor unit is in particular an electrical assembly with two output contacts, in particular a two-terminal network.
  • the capacitor unit has one, two or more capacitors which are connected in series between the output contacts, connected in parallel with one another or arranged in a combination of series connection and parallel connection with one another.
  • the capacitor unit is provided to convert the current received from the induction coil into a voltage.
  • the capacitor unit is connected in parallel with the induction coil.
  • the switching unit is provided, for example, for reversibly switching at least between the first and the second switching state.
  • the switching unit has at least one switching element.
  • a switching element is to be understood in particular as an electrical component or an electrical assembly with two output contacts which, depending on a state, in particular switching state, of the switching element has a different electrical conductivity between the two output contacts.
  • the switching element has at least one switching contact, the state of the switching element being determined by a current and/or a voltage at the switching contact.
  • the switching element is intended to be electrically non-conductive in a first state between the two output contacts, in particular to electrically insulate the output contacts from one another.
  • the switching element is provided to short-circuit the two output contacts in a second state.
  • the switching element has exactly two possible states, in particular the first state and the second state.
  • switching elements are conceivable whose state can be adjusted continuously, in particular as a function of a voltage/current at the switching contact, between two limit states, in particular the first and the second state.
  • the switching unit is provided for switching between the first and the second switching state at least as a function of at least one temperature sensor unit.
  • the inductive energy receiving device has the temperature sensor unit.
  • the temperature sensor unit is designed in one piece with at least one switching element of the switching unit.
  • at least one of the switching elements is designed as a bimetal switching element.
  • the temperature sensor unit has at least one physical characteristic which changes significantly depending on a temperature prevailing at the temperature sensor unit and which is suitable for directly changing a switching state of the switching unit or which is read out by a detector and/or evaluation unit, in particular an electrical one can be.
  • overheating can be avoided by changing the electrical capacitance as a function of the prevailing temperature. In this way, in particular, a current strength in the resonant circuit and, as a result, ohmic losses in the components of the resonant circuit can be reduced.
  • the inductive energy receiving device has at least one electronic control unit, which is provided to define a switching state of the switching unit as a function of at least one operating parameter.
  • the electronic control unit has at least one application-specific integrated circuit and/or at least one processor that is provided for executing an operating program.
  • the operating parameter is in particular a parameter recorded by at least one sensor unit.
  • the operating parameter can in particular reflect a voltage present in the oscillating circuit, a current present in the oscillating circuit, a frequency present in the oscillating circuit, a temperature, a distance from the transmission unit, and/or the like. In this way, in particular, efficient control can be achieved.
  • the electronic control unit is provided to define the switching state of the switching unit at least as a function of a temperature parameter determined by the temperature sensor unit.
  • the temperature parameter can in particular be a digital value that reflects the temperature itself.
  • the temperature parameter as voltage/current/frequency or a similar variable, which is converted into a temperature value in particular by the electronic control unit, in particular in accordance with stored correlation tables and/or in accordance with a correlation formula, or which is used directly in a controller. In this way, in particular, overheating can be effectively avoided.
  • the electronic control unit can be provided to change the switching state of the switching unit only during a minimum of an averaged amplitude of an inductive alternating current received, in particular in the induction coil.
  • a minimum of the averaged amplitude of the inductive alternating current is reached when a supply voltage and/or a supply current of the transmitting station reaches a zero crossing and/or a minimum amount.
  • the control unit is provided to receive a signal from the transmitting station, which communicates the zero crossing, by means of a communication unit, in particular a wireless one.
  • the inductive energy receiving device has at least one sensor for current and/or voltage measurement and the control unit is provided to evaluate a signal from the sensor in order to determine a point in time for switching between the switching states. In this way, in particular, the occurrence of overvoltages during switching can be avoided or reduced.
  • the switching unit has at least one temperature-sensitive switching element.
  • the switching element is designed as a bi-metal switching element.
  • the switching element can also be designed as a thermistor, in particular as a PTC thermistor, preferably as a self-resetting fuse or as a silistor, alternatively as a thermistor. In this way, in particular, a simple circuit can be achieved.
  • the capacitor unit can have at least two, in particular at least three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve or more capacitor branches which are connected in parallel to one another in the first switching state and jointly contribute to the first electrical capacitance and wherein in the second switching state at least one of the capacitor branches does not contribute to the second electrical capacitance.
  • a capacitor branch has, in particular, a single capacitor or a series connection of a plurality of capacitors.
  • at least one of the capacitor branches has a switching element of the switching unit, which is connected in particular in series with the capacitor(s) of the capacitor branch.
  • the switching unit is provided to electrically isolate the at least one capacitor branch from the at least one other capacitor branch, at least in the second switching state.
  • a high electrical capacitance can be achieved by using capacitor branches connected in parallel.
  • a low overall height can be achieved since, instead of one large capacitor with a high electrical capacitance, many small, particularly inexpensive, capacitors, each with a low electrical capacitance, can be used.
  • a dielectric strength of the capacitor unit can be maintained by deactivating capacitor branches, in particular in comparison to other methods of changing the electrical capacitance.
  • switching elements of the switching unit are provided for bridging/short-circuiting at least some of the series-connected capacitors of a respective capacitor branch so that they no longer contribute to an electrical capacitance of the capacitor unit.
  • each of the capacitor branches has the same electrical capacitance. In this way, in particular, a simple and/or cost-effective circuit can be achieved.
  • Each of the capacitor branches is preferably formed by a plurality of capacitors connected in series.
  • each of the capacitor branches has the same number of capacitors. In this way, in particular, a high dielectric strength can be achieved.
  • the switching unit has at least two switching elements, each of which is arranged in one of the capacitor branches.
  • the at least two switching elements are intended to be switched simultaneously.
  • the at least two switching elements are provided to switch under different operating conditions, in particular different temperatures, and/or to be switched, in particular by the electronic control unit. In this way, in particular, a flexible configuration can be achieved.
  • the switching unit has at least one switching element which is connected in series with a parallel connection of a part of the at least two capacitor branches.
  • a single switching element of the switching unit can be provided to electrically isolate at least two of the capacitor branches simultaneously from the capacitor unit, so that they no longer contribute to an electrical capacitance of the capacitor unit.
  • a simple and/or space-saving circuit can be achieved.
  • the second electrical capacitance preferably corresponds to 30% to 90%, in particular 50% to 80%, for example 60% to 70%, of the first electrical capacitance.
  • the second electrical capacitance corresponds to at least 20%, in particular at least 30%, for example at least 40%, for example at least 50% of the first electrical capacitance.
  • the second electrical capacitance corresponds to a maximum of 90%, in particular a maximum of 80%, for example a maximum of 70%, for example a maximum of 60%, of the first electrical capacitance.
  • a clear change in the reception characteristics can be achieved.
  • an electrical appliance in particular a household appliance, preferably a small household appliance, is proposed with at least one induction energy receiving device as described above.
  • the electrical device is a small electrical device, in particular with a power consumption of less than 50 W, in particular less than 20 W, preferably less than 10 W.
  • the electrical device has at least one energy store, in particular a rechargeable battery, which is provided for the purpose of To be loaded induction energy receiving device.
  • the electrical device is embodied as consumer electronics, in particular as a tablet, smartphone, headphones, loudspeaker or the like.
  • the household appliance is designed as a mixer, toaster or other food processor.
  • the small household appliance is designed as a peripheral device, in particular as a sensor module for another kitchen appliance.
  • the small household appliance is designed as an intelligent cooking utensil with integrated sensors, with the induction energy receiving device being provided in particular to supply a sensor and a control unit of the cooking utensil with energy, while the cooking utensil itself is heated by means of the alternating magnetic field generated by the transmitter unit, in this case from a hob inductor, is heated.
  • a method for operating an inductive energy receiving device as described above is proposed.
  • the induction energy receiving device should not be limited to the application and embodiment described above.
  • the induction energy receiving device can have a number of individual elements, components and units that differs from the number specified here in order to fulfill a function described herein.
  • FIG. 1 shows an electrical device according to the invention in a cross-sectional view
  • Fig. 2 is a circuit diagram of an inventive
  • FIG. 6 shows a circuit diagram of an inductive energy receiving device according to the invention
  • FIG. 7 shows a circuit diagram of an inductive energy receiving device according to the invention.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of an inductive energy receiving device according to the present invention.
  • Figure 1 shows an electrical device 10.
  • the electrical device 10 is designed as a small household appliance.
  • the electrical device 10 is designed as an intelligent cooking utensil.
  • the electrical device 10 is intended to be set up on a transmission unit 40 .
  • the transmission unit 40 is designed as a hob.
  • the transmission unit 40 has a mounting plate 42, for example a hob plate, which is intended to carry the electrical device 10 to/during operation.
  • the transmission unit 40 has an inductor 44, here a hob inductor, which is intended to generate an alternating magnetic field.
  • the transmission unit 40 also has a magnetic field bundling unit 46, for example a ferrite plate, which is arranged below the inductor 44, in particular opposite the mounting plate 42.
  • the transmission unit 40 has a shielding unit 48, for example an aluminum sheet, which is arranged below the inductor 44 and in particular below the magnetic field bundling unit 46.
  • the electrical device 10 has an induction energy receiving device 20 .
  • the induction energy receiving device 20 is designed as a household appliance device.
  • the induction energy receiving device 20 has an oscillating circuit.
  • the resonant circuit has an induction coil 22 which is provided for receiving inductively transmitted energy.
  • the induction coil 22 is intended to receive energy transmitted inductively by means of the inductor 44 of the transmission unit 40 .
  • the resonant circuit also has a capacitor unit 24 .
  • the capacitor unit 24 is connected in series with the induction coil 22 (see FIG. 2).
  • the capacitor unit 24 is connected in parallel with the induction coil 22 .
  • the capacitor unit 24 has a switching unit 30 . In a first switching state of the switching unit 30, the capacitor unit 24 contributes a first electrical capacitance to the resonant circuit. In a second switching state of the switching unit 30, the capacitor unit 24 contributes a second electrical capacitance to the resonant circuit.
  • the capacitor unit 24 has a number of capacitors 28 (only one of which is provided with a reference number for the sake of clarity). All capacitors 28 have, in particular within the usual standards, the same or identical properties, in particular at least with regard to their electrical capacities, dimensions and/or their dielectric strength.
  • the switching unit 30 is provided to switch between the first and the second switching state at least as a function of a temperature sensor unit 33 .
  • the switching unit 30 has a temperature-sensitive switching element 32 .
  • the switching element 32 is designed as a bi-metal switch.
  • the switching element 32 is formed in one piece with the temperature sensor unit 33 .
  • the switching element 32 is provided to electrically isolate a portion of the capacitors 28 from external contacts of the capacitor unit 24 above a threshold temperature (here, for example, 150° C., cf. FIG. 5).
  • the capacitor unit 24 has at least two, here for example six, capacitor branches 26. Each of the capacitor branches 26 has a series connection of different capacitors 28 . In the first switching state, the switching element 32 is closed. The capacitor branches 26 are connected in parallel to one another in the first switching state and jointly contribute to the first electrical capacitance. In the second switching state, the switching element 32 is open. In the second switching state, at least one of the capacitor branches 26, in this case two of the capacitor branches 26, does not contribute to the second electrical capacitance.
  • Each of the capacitor branches 26 has the same electrical capacitance.
  • the second electrical capacity corresponds to 50% to 80% of the first electrical capacity.
  • the second electrical capacitance is 66% of the first electrical capacitance.
  • the capacitor unit can have a different number of capacitor branches.
  • one, two, three, four, five, six or more of the capacitor branches can be electrically isolated from the output contacts of the capacitor unit by the switching unit, whereby in particular other ratios between the second electrical capacitance and the first electrical capacitance can be achieved.
  • Configurations are also conceivable in which the capacitor branches have different electrical capacitances from one another.
  • Each of the capacitor branches 26 has a plurality, for example at least four, here for example six, of the capacitors 28 .
  • the capacitors 28 of a respective capacitor branch 26 are connected in series with one another.
  • the capacitor branches 26 are formed by the capacitors 28 connected in series.
  • the capacitor branches each have only a single capacitor.
  • a number of capacitors per capacitor branch is adapted in particular to a required dielectric strength.
  • the switching element 32 is connected in series with a parallel connection of a part, here two capacitor branches 26, of the capacitor branches 26.
  • All components of the inductive energy receiving device 20 are preferably arranged in a base of the electrical device 10 .
  • all components of the inductive energy receiving device 20 are arranged on a single and/or common circuit board.
  • further electronic components of the electrical device 10 are arranged on the individual and/or common printed circuit board.
  • the electrical device can also have an electrical/ohmic heating element which is intended to be operated by the inductive energy receiving device.
  • an electrical/ohmic heating element which is intended to be operated by the inductive energy receiving device.
  • the electrical device 10 To operate the electrical device 10 and the induction energy receiving device 20 , the electrical device 10 is placed on the installation plate 42 of the transmission unit 40 .
  • the electronic device 10 (here intelligent cooking utensil) is then inductively heated by the transmitting unit 40 by means of the alternating magnetic field. Part of the alternating magnetic field emitted by transmitter unit 40 is converted into electrical energy by inductive energy receiving device 20 and made available to electrical systems, in particular sensor electronics, control electronics, communication electronics and/or other electronics, for example a stirring mechanism, of electrical device 10.
  • the switching unit 30 automatically switches over between the first and the second switching state as a function of a temperature prevailing at the switching element 32 .
  • FIG. 3 shows a family of characteristic curves for different conditions.
  • a frequency of the alternating magnetic field (in kHz) is represented on the X-axis, while an electric power (in W) received/receivable by the induction energy receiving device 20 is represented on the Y-axis.
  • Solid curves stand for the first switching state and dashed curves for the second switching state. The higher a peak of the respective characteristic curve (between 30 kHz and 50 kHz), the smaller the distance between the electrical device 10, i.e.
  • the frequency of the alternating magnetic field is set here by the transmission unit 40 as a function of the power requested by an operator or, for example, a cooking program.
  • FIG. 4 shows a family of characteristic curves for different conditions.
  • the X-axis shows the electric power (in W) received/receivable by the inductive energy receiving device 20, while the Y-axis shows a current intensity present in the resonant circuit.
  • Solid curves stand for the first switching state and dashed curves for the second switching state.
  • the higher a peak of the respective characteristic curve between 30 kHz and 50 kHz), the smaller the distance between the electrical device 10, i.e. the inductive energy receiving device 20, and the inductor 44 of the transmitter unit 40, or the better the coupling/alignment/position of the inductive energy receiving device 20 the inductor 44.
  • FIG. 5 shows a course of the electrical capacitance (in nF) of the capacitor unit 24 as a function of the temperature (in °C).
  • the electrical device is not intended for inductive heating, but that all or at least a large part of the energy transmitted by the transmitter unit is provided to the electrical device in electrical form by means of the induction energy receiving device, for example in a configuration as a mixer or similar.
  • FIGS. Three further exemplary embodiments of the invention are shown in FIGS.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, whereby reference can be made to the description of the other exemplary embodiments, in particular to the description of the exemplary embodiment in FIGS. 1 to 5, with regard to components, features and functions that remain the same.
  • the letters a to c are appended to the reference symbols of the exemplary embodiments according to FIGS.
  • components with the same designation in particular with regard to components with the same reference numbers, reference can in principle also be made to the drawings and/or the description of the other exemplary embodiments, in particular the exemplary embodiment in FIGS.
  • FIG. 6 shows an embodiment of an induction energy receiving device 20a, with a corresponding switching unit 30a having two switching elements 32a, 34a, which are each arranged in one of the capacitor branches 26a.
  • the switching elements 32a, 34a are each formed in one piece with a temperature sensor unit 33a, 35a.
  • the switching elements 32a, 34a are each designed as temperature-sensitive switching elements.
  • the switching elements 32a, 34a are each designed as bi-metal switches.
  • the switching elements 32a, 34a are each intended to open above a respective threshold temperature and to electrically isolate the corresponding capacitor branch 26a from the other capacitor branches 26a.
  • the threshold temperatures of the switching elements 32a, 34a may be different to achieve staggered switching and to allow operating conditions suitable for a wider temperature range.
  • the inductive energy receiving device 20b has an electronic control unit 36b which is provided to define a switching state of the switching unit 30b as a function of at least one operating parameter.
  • the switching unit 30b has a switching element 32b.
  • the switching element 32b is formed as a semiconductor switching element (transistor). Alternatively, the switching element 32b can also be designed as a relay.
  • the induction energy receiving device 20b has a separate temperature sensor unit 33b.
  • the temperature sensor unit 33b is provided in particular to determine a temperature of at least one of the components of the inductive energy receiving device 20b.
  • the electronic control unit 36b is provided to define the switching state of the switching unit 30b as a function of a temperature parameter determined by the temperature sensor unit 33b.
  • the electronic control unit 36b is intended to change the switching state of the switching unit 30b only during a minimum of an averaged amplitude of a received inductive alternating current.
  • a temperature is constantly measured by the temperature sensor unit 33b.
  • the electronic control unit 36b regularly compares a temperature or temperature parameter determined/measured by the temperature sensor unit 33b with a threshold value. If the ascertained/measured temperature or temperature parameter exceeds or falls below the threshold value, the electronic control unit 36b changes the switching state of the switching unit 30b. If the threshold value is exceeded, the switching element 32b is switched from a conductive to a non-conductive state (second switching state), as a result of which one, alternatively several, of the capacitor branches 26b are electrically isolated from the other capacitor branches 26b.
  • the switching element 32b is switched from a non-conductive to a conductive state, as a result of which the electrically isolated capacitor branches 26b are again switched in parallel with the other capacitor branches 26b (first switching state).
  • the electronic control unit 36b can be provided for falling below a lower threshold value Threshold to be applied as for exceeding the threshold (hysteresis) to avoid constant switching around a single threshold.
  • FIG. 8 shows an embodiment similar to that according to FIG. 7.
  • the switching unit 30c has a plurality (here two) switching elements 32c, 34c, which are each provided for electrically separating a single capacitor branch 26c from the other capacitor branches 26c.
  • the control unit 36c can be provided to switch the switching elements 32c, 34c at the same or different threshold values as a function of a temperature parameter determined by the temperature sensor unit 33c.
  • the switching elements 32c, 34c are each connected in series with the capacitors 28c of the respective capacitor branch 26c.
  • the electronic control unit is intended to set a switching state of the switching unit as a function of control signals which are transmitted in particular by means of a wireless communication unit, in particular via Bluetooth, WiFi or NFC, in particular from the transmitter unit.

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsenergieempfangsvorrichtung, insbesondere einer Haushaltsgerätevorrichtung, mit zumindest einem Schwingkreis, der zumindest eine Induktionsspule (22), die zum Empfang von induktiv übertragener Energie vorgesehen ist, und zumindest einer Kondensatoreinheit (24) aufweist, wobei die Kondensatoreinheit (24) in Reihe zu der Induktionsspule (22) geschaltet ist. Um eine erhöhte Flexibilität, verringerte elektrische Verluste und/oder eine geringere Erwärmung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Kondensatoreinheit (24) zumindest eine Schalteinheit (30) aufweist, wobei die Kondensatoreinheit (24) in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit (30) dem Schwingkreis eine erste elektrische Kapazität beisteuert und wobei die Kondensatoreinheit (24) in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (30) dem Schwingkreis eine zweite elektrische Kapazität beisteuert.

Description

Induktionsenergieempfangsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Elektrogerät mit einer solchen Induktionsenergieempfangsvorrichtung gemäß Anspruch 13 und ein Verfahren zu einem Betrieb einer solchen Induktionsenergieempfangsvorrichtung gemäß Anspruch 14.
Aus dem Stand der Technik sind Induktionsenergieempfangsvorrichtungen bekannt, die Energie elektrisch mittels einer Induktionsspule empfangen. Diese Induktionsenergieempfangsvorrichtungen weisen Resonanzkapazitäten fixer Größe auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere, aber nicht beschränkt darauf, darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich reduzierter elektrischer Verluste und/oder einer reduzierten Wärmeentwicklung bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Induktionsenergieempfangsvorrichtung mit zumindest einem Schwingkreis, der zumindest eine Induktionsspule, die zum Empfang von induktiv übertragener Energie vorgesehen ist, und zumindest eine Kondensatoreinheit aufweist, wobei die Kondensatoreinheit in Reihe zu der Induktionsspule geschaltet ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kondensatoreinheit zumindest eine Schalteinheit aufweist, wobei die Kondensatoreinheit in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit dem Schwingkreis eine erste elektrische Kapazität beisteuert und wobei die Kondensatoreinheit in einem zweiten Schaltzustand dem Schwingkreis eine zweite elektrische Kapazität beisteuert, wobei die zweite elektrische Kapazität verschieden ist von der ersten Kapazität.
Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass eine elektrische Kapazität der Kondensatoreinheit an eine aktuelle Situation angepasst werden kann. Insbesondere kann eine Empfangscharakteristik der Induktionsenergieempfangsvorrichtung an eine Sendecharakteristik einer Sendeeinheit, von der die Induktionsenergieempfangsvorrichtung elektrische Energie bezieht, oder an einen Abstand zwischen der Induktionsenergieempfangsvorrichtung und der Sendeeinheit angepasst werden. Insbesondere kann sowohl in Situationen mit gutem Empfang, also einer guten Kopplung zwischen der Induktionsenergieempfangsvorrichtung und der Sendeeinheit, und in Situationen mit schlechtem Empfang, also schlechter Kopplung, die elektrische Kapazität der Kondensatoreinheit jeweils derart gewählt werden, dass eine von der Induktionsspule empfangene Stromstärke innerhalb eines gewünschten Bereichs liegt.
Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung ist insbesondere dazu vorgesehen, elektrische Energie aus einem magnetischen, insbesondere elektromagnetischen, Wechselfeld zu beziehen, das insbesondere von der Sendeeinheit generiert wird. Insbesondere ist die Sendeeinheit als Kochfeldinduktor ausgebildet. Alternativ ist es möglich, dass die Sendeeinheit von einem zu einem Kochfeld separaten Gerät gebildet ist. Insbesondere weist das magnetische Wechselfeld eine Frequenz zwischen 1 kHz und 200 kHz, insbesondere zwischen 30 k auf.
Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung ist insbesondere als Haushaltsgerätevorrichtung ausgebildet. Unter einer „Haushaltsgerätevorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Haushaltsgeräts, insbesondere eines Haushaltskleingeräts, verstanden werden. Beispielsweise könnte es sich bei einem die Haushaltsgerätevorrichtung aufweisenden Haushaltsgerät um einen Mixer, einen Kochautomaten, einen Toaster, ein Peripheriegerät, wie zum Beispiel ein, insbesondere mit einem anderen Küchengerät drahtlos kommunizierendes, Sensormodul, oder vergleichbares handeln. Beispielsweise ist das Haushaltsgerät als intelligentes Gargeschirr ausgebildet.
Die Induktionsspule ist insbesondere eine elektrische Spule. Vorzugsweise ist die Induktionsspule als Flachspule ausgebildet. Insbesondere ist die Induktionsspule dazu vorgesehen, ein magnetisches Wechselfeld in einen Wechselstrom zu wandeln und an/zwischen zwei Ausgangskontakten der Induktionsspule bereitzustellen. Insbesondere weist die Induktionsspule zumindest einen, beispielsweise spiralförmig, gewickelten elektrischen Leiter, insbesondere eine Litzenleitung, auf. Die Kondensatoreinheit ist insbesondere eine elektrische Baugruppe mit zwei Ausgangskontakten, insbesondere ein Zweipol. Insbesondere weist die Kondensatoreinheit einen, zwei oder mehr Kondensatoren auf, die zwischen den Ausgangskontakten in Reihe geschaltet, parallel zueinander geschaltet oder in einer Kombination von Reihenschaltung und Parallelschaltung zueinander angeordnet sind. Insbesondere ist die Kondensatoreinheit dazu vorgesehen, den von der Induktionsspule empfangenen Strom in eine Spannung zu wandeln. Insbesondere ist die Kondensatoreinheit parallel zur Induktionsspule geschaltet.
Die Schalteinheit ist beispielsweise dazu vorgesehen, reversibel zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand umzuschalten. Die Schalteinheit weist insbesondere zumindest ein Schaltelement auf. Unter einem Schaltelement soll insbesondere ein elektrisches Bauteil oder eine elektrische Baugruppe mit zwei Ausgangskontakten verstanden werden, die in Abhängigkeit von einem Zustand, insbesondere Schaltzustand, des Schaltelements eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit zwischen den zwei Ausgangskontakten aufweist. Beispielsweise weist das Schaltelement zumindest einen Schaltkontakt auf, wobei der Zustand des Schaltelements durch einen Strom und/oder eine Spannung an dem Schaltkontakt bestimmt wird. Insbesondere ist das Schaltelement dazu vorgesehen, in einem ersten Zustand elektrisch nicht leitfähig zu sein zwischen den zwei Ausgangskontakten, insbesondere die Ausgangskontakte elektrisch voneinander zu isolieren. Insbesondere ist das Schaltelement dazu vorgesehen, in einem zweiten Zustand die zwei Ausgangskontakte kurzzuschließen. Beispielsweise weist das Schaltelement genau zwei mögliche Zustände, insbesondere den ersten Zustand und den zweiten Zustand auf. Alternativ sind Schaltelemente denkbar, deren Zustand fließend, insbesondere abhängig von einer Spannung/einem Strom am Schaltkontakt, zwischen zwei Grenzzuständen, insbesondere dem ersten und dem zweiten Zustand, angepasst werden kann.
Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Gemäß weiteren Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit dazu vorgesehen ist, zumindest in Abhängigkeit von zumindest einer Temperatursensoreinheit zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand zu wechseln. Insbesondere weist die Induktionsenergieempfangsvorrichtung die Temperatursensoreinheit auf. Insbesondere ist die Temperatursensoreinheit einstückig mit zumindest einem Schaltelement der Schalteinheit ausgebildet. Insbesondere ist zumindest eines der Schaltelemente als Bi-Metallschaltelement ausgebildet. Die Temperatursensoreinheit weist insbesondere zumindest eine physikalische Charakteristik auf, die sich in Abhängigkeit von einer an der Temperatursensoreinheit vorherrschenden Temperatur signifikant ändert und die dazu geeignet ist, direkt einen Schaltzustand der Schalteinheit zu verändern oder die von einer, insbesondere elektrischen Detektor- und/oder Auswerteeinheit ausgelesen werden kann. Durch die Veränderung der elektrischen Kapazität in Abhängigkeit von der vorherrschenden Temperatur kann insbesondere eine Überhitzung vermieden werden. Insbesondere kann hierdurch eine Stromstärke im Schwingkreis und dadurch ohmsche Verluste in den Komponenten des Schwingkreises reduziert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Induktionsenergieempfangsvorrichtung zumindest eine elektronische Steuereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Schaltzustand der Schalteinheit in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebskenngröße festzulegen. Insbesondere weist die elektronische Steuereinheit zumindest einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und/oder zumindest einen Prozessor auf, der dazu vorgesehen ist, ein Betriebsprogramm auszuführen. Die Betriebskenngröße ist insbesondere eine von zumindest einer Sensoreinheit erfasste Kenngröße. Die Betriebskenngröße kann insbesondere eine im Schwingkreis vorliegende Spannung, ein im Schwingkreis vorliegender Strom, eine im Schwingkreis vorliegende Frequenz, eine Temperatur, ein Abstand zur Sendeeinheit, und/oder vergleichbares widerspiegeln. Hierdurch kann insbesondere eine effiziente Steuerung erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die elektronische Steuereinheit dazu vorgesehen ist, den Schaltzustand der Schalteinheit zumindest in Abhängigkeit von einer durch die Temperatursensoreinheit ermittelten Temperaturkenngröße festzulegen. Die Temperaturkenngröße kann insbesondere ein digitaler Wert sein, der die Temperatur an sich wiedergibt. Alternativ kann die Temperaturkenngröße als Spannung/Strom/Frequenz oder ähnliche Größe vorliegen, die insbesondere von der elektronischen Steuereinheit, insbesondere gemäß gespeicherter Korrelationstabellen und/oder gemäß einer Korrelationsformel, in einen Temperaturwert gewandelt wird oder die unmittelbar bei einer Steuerung Anwendung findet. Hierdurch kann insbesondere eine Überhitzung effektiv vermieden werden.
Die elektronische Steuereinheit kann dazu vorgesehen sein, den Schaltzustand der Schalteinheit nur während eines Minimums einer gemittelten Amplitude eines, insbesondere in der Induktionsspule, empfangenen induktiven Wechselstroms zu verändern. Insbesondere wird ein Minimum der gemittelten Amplitude des induktiven Wechselstroms dann erreicht, wenn eine Versorgungsspannung und/oder ein Versorgungsstrom der Sendestation einen Nulldurchgang und/oder ein betragsmäßiges Minimum erreicht. Insbesondere ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, mittels einer, insbesondere drahtlosen, Kommunikationseinheit ein Signal der Sendestation zu erhalten, das den Nulldurchgang mitteilt. Alternativ weist die Induktionsenergieempfangsvorrichtung zumindest einen Sensor zur Strom- und/oder Spannungsmessung auf und die Steuereinheit ist dazu vorgesehen, ein Signal des Sensors auszuwerten, um einen Zeitpunkt für das Umschalten zwischen den Schaltzuständen festzulegen. Hierdurch kann insbesondere eine Entstehung von Überspannungen während des Umschaltens vermieden oder reduziert werden.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit zumindest ein temperaturempfindliches Schaltelement aufweist. Insbesondere ist das Schaltelement als Bi-Metall-Schaltelement ausgebildet. Alternativ kann das Schaltelement auch als Thermistor, insbesondere als Kaltleiter, vorzugsweise als selbstrückstellende Sicherung oder als Silistor, alternativ als Heißleiter, ausgebildet sein. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Schaltung erreicht werden.
Ferner kann die Kondensatoreinheit zumindest zwei, insbesondere zumindest drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder mehr, Kondensatorzweige aufweisen, die in dem ersten Schaltzustand parallel zueinander geschaltet sind und gemeinsam zur ersten elektrischen Kapazität beitragen und wobei in dem zweiten Schaltzustand zumindest einer der Kondensatorzweige nicht zur zweiten elektrischen Kapazität beiträgt. Ein Kondensatorzweig weist insbesondere einen einzelnen Kondensator oder eine Reihenschaltung mehrerer Kondensatoren auf. Insbesondere weist zumindest einer der Kondensatorzeige ein Schaltelement der Schalteinheit auf, das insbesondere in Reihe zu dem/den Kondensator(en) des Kondensatorzweigs geschaltet ist. Insbesondere ist die Schalteinheit dazu vorgesehen, zumindest in dem zweiten Schaltzustand den zumindest einen Kondensatorzweig elektrisch von dem zumindest einen anderen Kondensatorzweig zu trennen. Durch die Verwendung von parallel geschalteten Kondensatorzweigen kann insbesondere eine hohe elektrische Kapazität erreicht werden. Insbesondere kann eine niedrige Bauhöhe erreicht werden, da statt eines großen Kondensators mit einer hohen elektrischen Kapazität viele kleine, insbesondere kostengünstige, Kondensatoren mit jeweils einer geringen elektrischen Kapazität verwendet werden können. Durch eine Deaktivierung von Kondensatorzweigen kann insbesondere im Vergleich zu anderen Methoden der Veränderung der elektrischen Kapazität eine Spannungsfestigkeit der Kondensatoreinheit aufrechterhalten werden.
Gemäß alternativen Ausgestaltungen ist es denkbar, dass Schaltelemente der Schalteinheit dazu vorgesehen sind, zumindest einen Teil der in Reihe geschalteten Kondensatoren eines jeweiligen Kondensatorzweigs zu überbrücken/kurzzuschließen, damit diese nicht weiter zu einer elektrischen Kapazität der Kondensatoreinheit beitragen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass jeder der Kondensatorzweige eine gleiche elektrische Kapazität aufweist. Hierdurch kann insbesondere eine einfache und/oder kostengünstige Schaltung erreicht werden.
Vorzugsweise ist jeder der Kondensatorzweige von einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Kondensatoren gebildet. Insbesondere weist jeder der Kondensatorzweige eine gleiche Anzahl an Kondensatoren auf. Hierdurch kann insbesondere eine hohe Spannungsfestigkeit erreicht werden.
In weiteren Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit zumindest zwei Schaltelemente aufweist, die jeweils in einem der Kondensatorzweige angeordnet sind. Insbesondere sind die zumindest zwei Schaltelemente dazu vorgesehen, gleichzeitig geschaltet zu werden. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die zumindest zwei Schaltelemente dazu vorgesehen sind, bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, insbesondere unterschiedlichen Temperaturen, zu schalten und/oder, insbesondere durch die elektronische Steuereinheit, geschaltet zu werden. Hierdurch kann insbesondere eine flexible Ausgestaltung erreicht werden. Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit zumindest ein Schaltelement aufweist, das in Reihe zu einer Parallelschaltung eines Teils der zumindest zwei Kondensatorzweige geschaltet ist. Ein einzelnes Schaltelement der Schalteinheit kann dazu vorgesehen sein, zumindest zwei der Kondensatorzweige gleichzeitig elektrisch von der Kondensatoreinheit zu trennen, so dass diese nicht weiter zu einer elektrischen Kapazität der Kondensatoreinheit beitragen. Es kann insbesondere eine einfache und/oder platzsparende Schaltung erreicht werden.
Vorzugsweise entspricht die zweite elektrische Kapazität 30 % bis 90 %, insbesondere 50 % bis 80 %, beispielsweise 60 % bis 70 %, der ersten elektrischen Kapazität. Insbesondere entspricht die zweite elektrische Kapazität zumindest 20 %, insbesondere zumindest 30 %, beispielsweise zumindest 40 %, beispielsweise zumindest 50 %, der ersten elektrischen Kapazität. Insbesondere entspricht die zweite elektrische Kapazität maximal 90 %, insbesondere maximal 80 %, beispielsweise maximal 70 %, beispielsweise maximal 60 %, der ersten elektrischen Kapazität. Es kann insbesondere eine deutliche Veränderung der Empfangscharakteristik erreicht werden.
Weiterhin wird ein Elektrogerät, insbesondere Haushaltsgerät, vorzugsweise Haushaltskleingerät, mit zumindest einer zuvor beschriebenen Induktionsenergieempfangsvorrichtung vorgeschlagen. Insbesondere ist das Elektrogerät ein Elektrokleingerät, insbesondere mit einer Leistungsaufnahme von weniger als 50 W, insbesondere weniger als 20 W, vorzugsweise weniger als 10 W. Insbesondere weist das Elektrogerät zumindest einen Energiespeicher, insbesondere einen Akku, auf, der dazu vorgesehen ist, von der Induktionsenergieempfangsvorrichtung geladen zu werden. Insbesondere ist das Elektrogerät als Unterhaltungselektronik, insbesondere als Tablet, Smartphone, Kopfhörer, Lautsprecher oder ähnliches ausgebildet. Insbesondere ist das Haushaltsgerät als Mixer, Toaster oder andere Küchenmaschine ausgebildet. Insbesondere ist das Haushaltskleingerät als Peripheriegerät, insbesondere als Sensormodul für ein anderes Küchengerät ausgebildet. Insbesondere ist das Haushaltskleingerät als intelligentes Gargeschirr mit integrierter Sensorik ausgebildet, wobei die Induktionsenergieempfangsvorrichtung insbesondere dazu vorgesehen ist, eine Sensorik und eine Steuereinheit des Gargeschirrs mit Energie zu versorgen, während das Gargeschirr an sich mittels des von der Sendeeinheit generierten magnetischen Wechselfelds, in diesem Fall von einem Kochfeldinduktor, beheizt wird. Weiterhin wird ein Verfahren zum Betrieb einer zuvor beschriebenen Induktionsenergieempfangsvorrichtung vorgeschlagen.
Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Induktionsenergieempfangsvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen, jeweils in schematischer Ansicht:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Elektrogerät in einer Querschnittsdarstellung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen
Induktionsenergieempfangsvorrichtung,
Fig. 3 Kopplungsdiagramme (Frequenz-Leistungs-Diagramm) für unterschiedliche Abstände und unterschiedliche elektrische Kapazitäten der Kondensatoreinheit einer erfindungsgemäßen Induktionsenergieempfangsvorrichtung,
Fig. 4 ein Strom-Leistungsdiagramm für unterschiedliche Abstände und unterschiedliche elektrische Kapazitäten der Kondensatoreinheit einer erfindungsgemäßen Induktionsenergieempfangsvorrichtung,
Fig. 5 ein Temperatur-Kapazitätsdiagramm für eine erfindungsgemäße Induktionsenergieempfangsvorrichtung,
Fig. 6 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Induktionsenergieempfangsvorrichtung,
Fig. 7 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Induktionsenergieempfangsvorrichtung und
Fig. 8 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Induktionsenergieempfangsvorrichtung. Figur 1 zeigt ein Elektrogerät 10. Das Elektrogerät 10 ist als Haushaltskleingerät ausgebildet. Das Elektrogerät 10 ist als intelligentes Gargeschirr ausgebildet. Das Elektrogerät 10 ist dazu vorgesehen, auf eine Sendeeinheit 40 aufgestellt zu werden. Die Sendeeinheit 40 ist als Kochfeld ausgebildet. Die Sendeeinheit 40 weist eine Aufstellplatte 42, beispielsweise eine Kochfeldplatte, auf, die dazu vorgesehen ist, das Elektrogerät 10 zu/während einem Betrieb zu tragen. Die Sendeeinheit 40 weist einen Induktor 44, hier einen Kochfeldinduktor, auf, der dazu vorgesehen ist, ein magnetisches Wechselfeld zu generieren. Die Sendeeinheit 40 weist weiterhin eine Magnetfeldbündelungseinheit 46, beispielsweise eine Ferrit-Platte, auf, die unterhalb des Induktors 44, insbesondere gegenüber der Aufstellplatte 42, angeordnet ist. Die Sendeeinheit 40 weist eine Abschirmeinheit 48, beispielsweise ein Aluminiumblech, auf, die unterhalb des Induktors 44 und insbesondere unterhalb der Magnetfeldbündelungseinheit 46 angeordnet ist.
Das Elektrogerät 10 weist eine Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 auf.
Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 ist als Haushaltsgerätevorrichtung ausgebildet.
Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 weist einen Schwingkreis auf. Der Schwingkreis weist eine Induktionsspule 22 auf, die zum Empfang von induktiv übertragener Energie vorgesehen ist. Die Induktionsspule 22 ist dazu vorgesehen, induktiv mittels dem Induktor 44 der Sendeeinheit 40 übertragene Energie zu empfangen.
Der Schwingkreis weist weiterhin eine Kondensatoreinheit 24 auf. Die Kondensatoreinheit 24 ist in Reihe zu der Induktionsspule 22 geschaltet (vgl. Figur 2). Die Kondensatoreinheit 24 ist parallel zu der Induktionsspule 22 geschaltet.
Die Kondensatoreinheit 24 weist eine Schalteinheit 30 auf. Die Kondensatoreinheit 24 steuert in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit 30 dem Schwingkreis eine erste elektrische Kapazität bei. Die Kondensatoreinheit 24 steuert in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 30 dem Schwingkreis eine zweite elektrische Kapazität bei.
Die Kondensatoreinheit 24 weist eine Anzahl an Kondensatoren 28 auf (von diesen ist der Übersichtlichkeit halber nur einer mit einem Bezugszeichen versehen). Alle Kondensatoren 28 weisen, insbesondere im Rahmen üblicher Normen, gleiche oder identische Eigenschaften, insbesondere zumindest bezüglich ihrer elektrischen Kapazitäten, Dimensionen und/oder ihrer Spannungsfestigkeiten, auf.
Die Schalteinheit 30 ist dazu vorgesehen, zumindest in Abhängigkeit von einer Temperatursensoreinheit 33 zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand zu wechseln.
Die Schalteinheit 30 weist ein temperaturempfindliches Schaltelement 32 auf. Das Schaltelement 32 ist als Bi-Metall-Schalter ausgebildet. Das Schaltelement 32 ist einstückig mit der Temperatursensoreinheit 33 ausgebildet. Das Schaltelement 32 ist dazu vorgesehen, über einer Schwellentemperatur (hier z.B. 150 °C, vgl. Figur 5) einen Anteil der Kondensatoren 28 elektrisch von Außenkontakten der Kondensatoreinheit 24 zu trennen.
Die Kondensatoreinheit 24 weist zumindest zwei, hier z.B. sechs, Kondensatorzweige 26 auf. Jeder der Kondensatorzweige 26 weist eine Reihenschaltung von unterschiedlichen Kondensatoren 28 auf. In dem ersten Schaltzustand ist das Schaltelement 32 geschlossen. Die Kondensatorzweige 26 sind in dem ersten Schaltzustand parallel zueinander geschaltet und tragen gemeinsam zur ersten elektrischen Kapazität bei. In dem zweiten Schaltzustand ist das Schaltelement 32 geöffnet. In dem zweiten Schaltzustand trägt zumindest einer der Kondensatorzweige 26, hier zwei der Kondensatorzweige 26, nicht zur zweiten elektrischen Kapazität bei.
Jeder der Kondensatorzweige 26 weist eine gleiche elektrische Kapazität auf. Die zweite elektrische Kapazität entspricht 50 % bis 80 % der ersten elektrischen Kapazität.
Dadurch, dass zwei der sechs Kondensatorzweige 26 im zweiten Schaltzustand nicht mehr zur elektrischen Kapazität der Kondensatoreinheit 24 beitragen, beträgt die zweite elektrische Kapazität 66 % der ersten elektrischen Kapazität.
In anderen Ausgestaltungen kann die Kondensatoreinheit eine abweichende Anzahl an Kondensatorzweigen aufweisen. Weiterhin können ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr der Kondensatorzweige durch die Schalteinheit elektrisch von den Ausgangskontakten der Kondensatoreinheit getrennt werden, wodurch insbesondere andere Verhältnisse zwischen zweiter elektrischer Kapazität und erster elektrischer Kapazität erreicht werden können. Auch sind Ausgestaltungen denkbar, in denen die Kondensatorzweige zueinander unterschiedliche elektrische Kapazitäten aufweisen. Jeder der Kondensatorzweige 26 weist eine Mehrzahl, beispielsweise zumindest vier, hier z.B. sechs, der Kondensatoren 28 auf. Die Kondensatoren 28 eines jeweiligen Kondensatorzweigs 26 sind zueinander in Reihe geschaltet. Die Kondensatorzweige 26 sind von den in Reihe geschalteten Kondensatoren 28 gebildet.
In alternativen Ausgestaltungen weisen die Kondensatorzweige jeweils nur einen einzigen Kondensator auf. Eine Anzahl der Kondensatoren je Kondensatorzweig ist insbesondere an eine benötigte Spannungsfestigkeit angepasst.
Das Schaltelement 32 ist in Reihe zu einer Parallelschaltung eines Teils, hier zweier Kondensatorzweige 26, der Kondensatorzweige 26 geschaltet.
Vorzugsweise sind alle Komponenten der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 in einem Boden des Elektrogeräts 10 angeordnet. Beispielsweise sind alle Komponenten der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 auf einer einzelnen und/oder gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Insbesondere sind weitere elektronische Komponenten des Elektrogeräts 10 auf der einzelnen und/oder gemeinsamen Leiterplatte angeordnet.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann das Elektrogerät auch ein elektrisches/ohmsches Heizelement aufweisen, das dazu vorgesehen ist, von der Induktionsenergieempfangsvorrichtung betrieben zu werden. Insbesondere kann so, insbesondere zusätzlich zu einer induktiven Erhitzung einer ferromagnetischen Last des Elektrogeräts, eine Erhitzung des Elektrogeräts, insbesondre eines Garraums des Elektrogeräts, erreicht werden.
Zu einem Betrieb des Elektrogeräts 10 und der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 wird das Elektrogerät 10 auf die Aufstellplatte 42 der Sendeeinheit 40 gestellt. Das Elektrogerät 10 (hier intelligentes Gargeschirr) wird anschließend von der Sendeeinheit 40 mittels des magnetischen Wechselfelds induktiv erhitzt. Ein Teil des von der Sendeeinheit 40 ausgestrahlten magnetischen Wechselfelds wird von der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 in elektrische Energie gewandelt und elektrischen Systemen, insbesondere Sensorelektronik, Steuerelektronik, Kommunikationselektronik und/oder anderer Elektronik, beispielsweise einem Rührmechanismus, des Elektrogeräts 10 zur Verfügung gestellt. Bei einem Betrieb der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 schaltet die Schalteinheit 30 selbstständig in Abhängigkeit von einer an dem Schaltelement 32 vorherrschenden Temperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand um.
In Figuren 3 und 4 sind Auswirkungen der Umschaltung an Hand von Diagrammen zu sehen. Figur 3 zeigt eine Schar von Kennlinien für unterschiedliche Bedingungen. Auf der X-Achse ist eine Frequenz des magnetischen Wechselfelds (in kHz) dargestellt, während auf der Y-Achse eine von der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 empfangene/empfangbare elektrische Leistung (in W) dargestellt ist. Durchgezogene Kennlinien stehen hierbei für den ersten Schaltzustand und gestrichelte Kennlinien für den zweiten Schaltzustand. Je höher ein Peak der jeweiligen Kennlinie (zwischen 30 kHz und 50 kHz) desto kleiner ist ein Abstand des Elektrogeräts 10, also der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20, zu dem Induktor 44 der Sendeeinheit 40 oder desto besser ist eine Kopplung/Ausrichtung/Lage der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 zu dem Induktor 44. Die Frequenz des magnetischen Wechselfelds wird hierbei von der Sendeeinheit 40 in Abhängigkeit von einer durch einen Bediener oder bspw. einem Kochprogramm angeforderten Leistung eingestellt.
Figur 4 zeigt eine Schar von Kennlinien für unterschiedliche Bedingungen. Auf der X- Achse ist die von der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 empfangene/empfangbare elektrische Leistung (in W) dargestellt, während auf der Y- Achse eine im Schwingkreis vorliegende Stromstärke dargestellt ist. Durchgezogene Kennlinien stehen hierbei für den ersten Schaltzustand und gestrichelte Kennlinien für den zweiten Schaltzustand. Je höher ein Peak der jeweiligen Kennlinie (zwischen 30 kHz und 50 kHz) desto kleiner ist ein Abstand des Elektrogeräts 10, also der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20, zu dem Induktor 44 der Sendeeinheit 40 oder desto besser ist eine Kopplung/Ausrichtung/Lage der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20 zu dem Induktor 44.
Durch die Reduktion der elektrischen Kapazität wird also in den meisten Fällen eine Reduktion der im Schwingkreis vorliegenden Stromstärke, damit eine Reduktion von ohmschen Verlusten und dadurch eine reduzierte Erwärmung erreicht. Figur 5 zeigt einen Verlauf der elektrischen Kapazität (in nF) der Kondensatoreinheit 24 in Abhängigkeit von der Temperatur (in °C).
Gemäß weiteren Ausgestaltungen ist es denkbar, dass das Elektrogerät nicht zu einer induktiven Erwärmung vorgesehen ist, sondern dass eine Gesamtheit oder zumindest ein Großteil der von der Sendeeinheit übertragenen Energie dem Elektrogerät mittels der Induktionsenergieempfangsvorrichtung in elektrischer Form bereitgestellt wird, beispielsweise in einer Ausgestaltung als Mixer oder ähnlichem.
In Figuren 6 bis 8 sind drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondre auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 5 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele sind die Buchstaben a bis c an die Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 6 bis 8 angehängt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 bis 5, verwiesen werden.
Figur 6 zeigt eine Ausgestaltung einer Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20a, wobei eine entsprechende Schalteinheit 30a zwei Schaltelemente 32a, 34a aufweist, die jeweils in einem der Kondensatorzweige 26a angeordnet sind. Die Schaltelemente 32a, 34a sind jeweils einstückig mit einer Temperatursensoreinheit 33a, 35a ausgebildet. Die Schaltelemente 32a, 34a sind jeweils als temperaturempfindliche Schaltelemente ausgebildet. Die Schaltelemente 32a, 34a sind jeweils als Bi-Metall-Schalter ausgebildet. Die Schaltelemente 32a, 34a sind jeweils dazu vorgesehen, über einer jeweiligen Schwellentemperatur zu öffnen und den entsprechenden Kondensatorzweig 26a elektrisch von den anderen Kondensatorzweigen 26a zu trennen. Die Schwellentemperaturen der Schaltelemente 32a, 34a können unterschiedlich sein, um eine gestaffelte/abgestufte Umschaltung zu erreichen und um für einen breiteren Temperaturbereich geeignete Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Figur 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20b. Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20b weist eine elektronische Steuereinheit 36b auf, die dazu vorgesehen ist, einen Schaltzustand der Schalteinheit 30b in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebskenngröße festzulegen. Die Schalteinheit 30b weist hierbei ein Schaltelement 32b auf. Das Schaltelement 32b ist als Halbleiterschaltelement (Transistor) ausgebildet. Alternativ kann das Schaltelement 32b auch als Relais ausgebildet sein. Die Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20b weist eine separate Temperatursensoreinheit 33b auf. Die Temperatursensoreinheit 33b ist insbesondere dazu vorgesehen, eine Temperatur zumindest einer der Komponenten der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20b zu ermitteln.
Die elektronische Steuereinheit 36b ist dazu vorgesehen, den Schaltzustand der Schalteinheit 30b in Abhängigkeit von einer durch die Temperatursensoreinheit 33b ermittelten Temperaturkenngröße festzulegen.
Die elektronische Steuereinheit 36b ist dazu vorgesehen, den Schaltzustand der Schalteinheit 30b nur während eines Minimums einer gemittelten Amplitude eines empfangenen induktiven Wechselstroms zu verändern.
Bei einem Betrieb der Induktionsenergieempfangsvorrichtung 20b wird eine Temperatur beständig durch die Temperatursensoreinheit 33b gemessen. Die elektronische Steuereinheit 36b vergleicht eine von der Temperatursensoreinheit 33b ermittelte/gemessene Temperatur oder Temperaturkenngröße regelmäßig mit einem Schwellenwert. Überschreitet oder unterschreitet die ermittelte/gemessene Temperatur oder Temperaturkenngröße den Schwellenwert, verändert die elektronische Steuereinheit 36b den Schaltzustand der Schalteinheit 30b. Bei einer Überschreitung des Schwellenwerts wird das Schaltelement 32b von einem leitenden in einen nichtleitenden Zustand geschaltet (zweiter Schaltzustand), wodurch einer, alternativ mehrere, der Kondensatorzweige 26b elektrisch von den anderen Kondensatorzweigen 26b getrennt werden. Bei einer Unterschreitung des Schwellenwerts wird das Schaltelement 32b von einem nicht leitenden in einen leitenden Zustand geschaltet, wodurch die elektrisch getrennten Kondensatorzweige 26b wieder parallel zu den anderen Kondensatorzweigen 26b geschaltet werden (erster Schaltzustand). Die elektronische Steuereinheit 36b kann dazu vorgesehen sein, für die Unterschreitung des Schwellenwerts einen niedrigeren Schwellenwert anzusetzen als für die Überschreitung des Schwellenwerts (Hysterese), um ein ständiges Umschalten im Bereich eines einzelnen Schwellenwerts zu vermeiden.
Figur 8 zeigt eine Ausgestaltung ähnlich zu der gemäß Figur 7. Hierbei weist die Schalteinheit 30c jedoch mehrere (hier zwei) Schaltelemente 32c, 34c auf, die jeweils dazu vorgesehen sind, einen einzelnen Kondensatorzweig 26c elektrisch von den anderen Kondensatorzweigen 26c zu trennen. Die Steuereinheit 36c kann hierbei dazu vorgesehen sein, die Schaltelemente 32c, 34c an gleichen oder unterschiedlichen Schwellenwerten in Abhängigkeit von einer durch die Temperatursensoreinheit 33c ermittelten Temperaturkenngröße zu schalten. Die Schaltelemente 32c, 34c sind jeweils in Reihe zu den Kondensatoren 28c des jeweiligen Kondensatorzweigs 26c geschaltet.
Gemäß weiteren Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die elektronische Steuereinheit dazu vorgesehen ist, einen Schaltzustand der Schalteinheit in Abhängigkeit von Steuersignalen einzustellen, die insbesondere mittels einer drahtlosen Kommunikationseinheit, insbesondere via Bluetooth, WiFi, oder NFC, insbesondere von der Sendeeinheit, übermittelt werden.
Bezugszeichen
10 Elektrogerät
20 Induktionsenergieempfangsvorric htung
22 Induktionsspule
24 Kondensatoreinheit
26 Kondensatorzweig
28 Kondensator
30 Schalteinheit
32 Schaltelement
33 Temperatursensoreinheit
34 Schaltelement
35 Temperatursensoreinheit
36 Steuereinheit
40 Sendeeinheit
42 Aufstellplatte
44 Induktor
46 Magnetfeldbündelungseinheit
48 Abschirmeinheit

Claims

Ansprüche Induktionsenergieempfangsvorrichtung, insbesondere Haushaltsgerätevorrichtung, mit zumindest einem Schwingkreis, der zumindest eine Induktionsspule (22), die zum Empfang von induktiv übertragener Energie vorgesehen ist, und zumindest eine Kondensatoreinheit (24) aufweist, wobei die Kondensatoreinheit (24) in Reihe zu der Induktionsspule (22) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinheit (24) zumindest eine Schalteinheit (30) aufweist, wobei die Kondensatoreinheit (24) in einem ersten Schaltzustand der Schalteinheit (30) dem Schwingkreis eine erste elektrische Kapazität beisteuert und wobei die Kondensatoreinheit (24) in einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit (30) dem Schwingkreis eine zweite elektrische Kapazität beisteuert. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (30) dazu vorgesehen ist, zumindest in Abhängigkeit von zumindest einer Temperatursensoreinheit (33) zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand zu wechseln. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zumindest eine elektronische Steuereinheit (36), die dazu vorgesehen ist, einen Schaltzustand der Schalteinheit (30) in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebskenngröße festzulegen. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (36) dazu vorgesehen ist, den Schaltzustand der Schalteinheit (30) zumindest in Abhängigkeit von einer durch die Temperatursensoreinheit (33) ermittelten Temperaturkenngröße festzulegen. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (36) dazu vorgesehen ist, den Schaltzustand der Schalteinheit (30) nur während eines Minimums einer gemittelten Amplitude eines empfangenen induktiven Wechselstroms zu verändern. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (30) zumindest ein temperaturempfindliches Schaltelement (32) aufweist. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinheit (36) zumindest zwei Kondensatorzweige (26) aufweist, die in dem ersten Schaltzustand parallel zueinander geschaltet sind und gemeinsam zur ersten elektrischen Kapazität beitragen und wobei in dem zweiten Schaltzustand zumindest einer der Kondensatorzweige (26) nicht zur zweiten elektrischen Kapazität beiträgt. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Kondensatorzweige (26) eine gleiche elektrische Kapazität aufweist. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Kondensatorzweige (26) von einer Mehrzahl in Reihe geschalteter Kondensatoren (28) gebildet ist. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (30) zumindest zwei Schaltelemente (32, 34) aufweist, die jeweils in einem der Kondensatorzweige (26) angeordnet sind. 19
11. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (30) zumindest ein Schaltelement (32) aufweist, das in Reihe zu einer Parallelschaltung eines Teils der zumindest zwei Kondensatorzweige (26) geschaltet ist. 12. Induktionsenergieempfangsvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektrische Kapazität 50 % bis 80 % der ersten elektrischen Kapazität entspricht.
13. Elektrogerät, insbesondere Haushaltskleingerät, mit zumindest einer Induktionsenergieempfangsvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zum Betrieb einer Induktionsenergieempfangsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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US20150013549A1 (en) * 2011-12-29 2015-01-15 Arcelik Anonim Sirketi Wireless Kitchen Appliance Operated on an Induction Heating Cooker
CN106304451A (zh) * 2016-09-23 2017-01-04 中惠创智无线供电技术有限公司 一种无线供电加热系统

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